湖北電站左岸防淘墻預(yù)應(yīng)力錨索工程施工技術(shù)總結(jié)

清江電站左岸防陶墻預(yù)應(yīng)力錨索工程施工技術(shù)總結(jié)1.工程概況電站下游出口河道及兩岸地質(zhì)條件較差，水流水力學(xué)條件不理想，由于泄洪對(duì)河床及兩岸的沖刷影響，可能會(huì)危及兩岸邊坡的穩(wěn)定與安全。為此，采用預(yù)應(yīng)力錨索加固措施改善防淘墻及附近巖體的應(yīng)力變形狀況，以免泄洪沖刷引起邊坡失穩(wěn)。電站左岸防淘墻的預(yù)應(yīng)力錨索布置有兩類：①?gòu)姆捞詨鹊厘^入滑坡體的內(nèi)錨式錨索，有197根；②左岸▽190m的拉錨洞與防淘墻廊道之間的對(duì)穿式錨索，有68根；預(yù)應(yīng)力錨索共計(jì)265根，其中監(jiān)測(cè)錨索共有10根（屬于內(nèi)錨式錨索），長(zhǎng)度在42m～53m之間；預(yù)應(yīng)力錨索的造孔高程在▽178m～▽196m之間，。預(yù)應(yīng)力錨索的布置類型示意圖和造孔高程見左岸防淘墻對(duì)穿式錨索剖面布置圖如圖1.1所示。預(yù)應(yīng)力錨索需要在防淘墻豎井廊道內(nèi)和拉錨洞施工，具有施工干擾大、作業(yè)空間小的特點(diǎn)。從左岸防淘墻豎井開挖情況看，基巖面上部為第四系堆積體坡積物，其中含有孤石、大塊石等，且塊徑相差較大；基巖淺層為強(qiáng)風(fēng)化巖層，巖性主要為鐵質(zhì)石英砂巖夾有風(fēng)化砂，強(qiáng)度高；深層為鐵質(zhì)石英砂巖夾中至厚層含鈣質(zhì)泥巖,且多呈互層；從整體上講，施工區(qū)巖層表現(xiàn)為不完整基巖，斷層發(fā)育且存在褶皺，部分表現(xiàn)為砂巖與泥巖互層，巖層透水性強(qiáng)，最大為40m3/h；基于上述地質(zhì)情況，錨索造孔時(shí)極易塌孔、卡鉆，遇鐵質(zhì)石英砂巖時(shí)鉆頭磨損嚴(yán)重，固壁時(shí)耗漿量大。圖1.1左岸防淘墻對(duì)穿預(yù)應(yīng)力錨索剖面布置圖2.錨索的結(jié)構(gòu)與編制工藝防淘墻所用錨索為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在每根鋼絞線的自由段鋼絞線表面涂有防腐劑和潤(rùn)滑劑，并套有塑料套管，使鋼絞線與被錨固的巖體不發(fā)生粘結(jié)，內(nèi)錨段的塑料套管剝離，用鋸末、麻布將防腐潤(rùn)滑油脂擦拭干凈，表面不留油污。切割鋼絞線時(shí)嚴(yán)禁采用氣焊或電焊，應(yīng)采用無齒鋸切割。因而整個(gè)自由段全長(zhǎng)能夠長(zhǎng)久地保存?zhèn)鬟f應(yīng)力，并可隨時(shí)調(diào)整預(yù)應(yīng)力大小。2000KN預(yù)應(yīng)力錨索由14股鋼絞線組成，每股鋼絞線由7根高強(qiáng)鋼線絞成，鋼絞線直徑15.24mm，截面面積140mm2。鋼絞線屈服強(qiáng)度1670MPa、極限抗拉強(qiáng)度1860MPa。錨索設(shè)計(jì)工作荷載2000KN，超張拉荷載2250KN。錨索對(duì)中隔離架要安裝均勻，錨固段每隔1m一個(gè)，自由段每隔2m一個(gè)，并注意鋼鉸線不能出現(xiàn)相互交叉或扭曲現(xiàn)象。無粘結(jié)式錨索內(nèi)錨段長(zhǎng)10m，內(nèi)錨段采用棗核狀結(jié)構(gòu)，相鄰隔離架中間要用無鋅鉛絲綁扎。灌漿和回漿（排氣）管的安裝應(yīng)順直，并且與鋼絞線綁扎牢固，防止穿索過程中被損壞。預(yù)應(yīng)力錨索由內(nèi)錨固段、自由段和外錨頭三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.1、2.2所示。圖2.1巖體內(nèi)錨式俯孔預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖圖2.2對(duì)穿式俯孔預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖3.鉆孔施工3.1對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔施工3.1.1預(yù)應(yīng)力錨索造孔精度要求左岸防淘墻對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔要求孔斜率在1％以內(nèi)，雖與三峽水電站永久船閘高陡邊坡對(duì)穿錨索孔斜率1％的要求相同，但左岸防淘墻是兩條廊道之間的對(duì)穿，實(shí)際難度要大得多，如果孔斜精度不能滿足設(shè)計(jì)要求即意味著廢孔，所以必須采取有效的措施將孔斜率控制在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。3.1.2施工設(shè)備的選擇為了達(dá)到孔斜精度要求，根據(jù)施工特點(diǎn)，在總結(jié)三峽水電站永久船閘高陡邊坡對(duì)穿式錨索施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了一套適合電站左岸防淘墻巖層的施工方案。最終確定采用以風(fēng)動(dòng)潛孔沖擊錘鉆進(jìn)、導(dǎo)正鉆進(jìn)鉆具組合工藝為主的施工方法。3.1.3鉆機(jī)選擇的要求鉆機(jī)必須滿足施工要求，具有良好的導(dǎo)向性和剛性，才能確保鉆孔精度符合設(shè)計(jì)要求。鉆機(jī)選擇的基本原則應(yīng)符合以下要求：a.基本功能符合要求；b.全液壓動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，機(jī)身自重大，導(dǎo)向性好；c.扭矩大，鉆速平穩(wěn)，鉆進(jìn)效率高；d.提升力大，處理事故能力強(qiáng)；e.安裝拆卸方便，分體重量輕，便于搬遷，操作方便，節(jié)省勞動(dòng)。3.1.4施工設(shè)備的類型及特點(diǎn)根據(jù)以上要求，最終選定MD－165型錨固工程鉆機(jī)，此鉆機(jī)的特點(diǎn)是：a.鉆機(jī)為為分體式結(jié)構(gòu)，鉆機(jī)主機(jī)可以分為鉆進(jìn)機(jī)架、液壓動(dòng)力泵站及操縱臺(tái)三大部分。鉆機(jī)可拆性好，安裝迅速方便；并可遠(yuǎn)距離操縱，一次搬遷完成多孔施工；操作員工工作環(huán)境相對(duì)較好，勞動(dòng)強(qiáng)度低；b.鉆機(jī)鉆進(jìn)能力強(qiáng)，適用范圍廣；鉆孔速度快，處理事故能力強(qiáng)，鉆進(jìn)效率高；c.鉆機(jī)機(jī)架前后設(shè)有上下液壓調(diào)節(jié)立柱，可調(diào)節(jié)桅桿高低，施工時(shí)對(duì)孔位快捷方便。d.MD－165型錨固工程鉆機(jī)性能參數(shù)見表3.1。表3.1MD－165型錨固工程鉆機(jī)性能指標(biāo)參數(shù)孔徑（mm)110～2500孔深(m)100鉆桿直徑(mmm)89～114鉆孔角度(°))0～90轉(zhuǎn)速(r/min)15～180給進(jìn)行程(m))1.8給進(jìn)力(KN))35扭矩(KN·m)5功率(KW)18質(zhì)量(Kg)1500提升力(KN))5外形尺寸(長(zhǎng)××寬×高）（m）3.2×1.33×1.553.1.5錨索孔斜孔的影響因素在試驗(yàn)索的施工過程中，發(fā)現(xiàn)錨索鉆孔孔斜偏差較大，超出了施工技術(shù)要求所規(guī)定的“錨索鉆孔孔斜偏差不超過1％”的允許范圍。經(jīng)分析鉆孔孔斜發(fā)生偏差的因素有：①巖石強(qiáng)度不均一或存在不利的結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致發(fā)生較大偏差，如巖層的破碎風(fēng)化程度、巖層的軟硬、巖層的走向及巖層傾角都對(duì)造孔精度有著直接或間接的影響。②由于鉆頭、沖擊器、鉆桿自重和孔壁與鉆具的摩擦力引起鉆孔偏斜；這些因素是造成偏斜的主要原因。③沖擊器與鉆桿直徑相差較大，在強(qiáng)大沖擊力作用下鉆桿彎曲變形而產(chǎn)生的鉆孔偏斜。④鉆機(jī)及操作人員因素的影響，鉆機(jī)的自身精度限制、鉆機(jī)的定位與開孔精度以及操作人員的熟練程度都對(duì)鉆孔的精度有一定的影響。3.1.6鉆具扶正器及鉆進(jìn)參數(shù)的調(diào)整3.1.6.1鉆具扶正器為保證鉆孔精度，結(jié)合本工程特點(diǎn)和三峽水電站永久船閘高陡邊坡對(duì)穿錨索工程中的經(jīng)驗(yàn)，采用了自制扶正器：在鉆桿上圓周等距加焊3道圓弧形鋼板條，板條寬約4cm，外徑?162，在鉆進(jìn)過程中按一定間隔分別加在沖擊器、鉆桿間（一般每6米放置一個(gè)鉆桿扶正器），以糾正鉆具自重偏斜和調(diào)整鉆桿的彎曲半波長(zhǎng)（撓度），使鉆頭沿著設(shè)計(jì)孔軸線完成鑿巖造孔施工。禁止使用過度磨損的鉆頭、扶正器,切忌新、舊鉆頭、扶正器混合使用,必須新鉆頭配新扶正器,舊鉆頭配舊扶正器［4］。3.1.6.2鉆進(jìn)參數(shù)的調(diào)整隨著鉆桿和扶正器的增加，鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速必須與鉆頭球齒合金的配齒分布角嚴(yán)格結(jié)合起來。按中、高風(fēng)壓沖擊器沖擊頻率和?165潛孔錘鉆頭配齒分布角考慮在中硬巖層中的最優(yōu)轉(zhuǎn)角，選擇鉆機(jī)轉(zhuǎn)速為20～25轉(zhuǎn)/分鐘，鉆進(jìn)壓力為8MPa～10MPa。經(jīng)驗(yàn)證，其破巖速度達(dá)到20～25cm/min，巖屑直徑8～10mm，粉末含量小于15％，大大改善重復(fù)破碎，提高鉆進(jìn)效率，克服偏斜。3.1.7嚴(yán)格控制成孔過程好的鉆進(jìn)方法和成孔工藝必須在嚴(yán)格的系列工序控制下才能產(chǎn)生效率，在施工過程中必須做到：a.嚴(yán)格控制測(cè)量放樣，精度達(dá)到毫米；b.機(jī)具安裝時(shí)鉆進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)方向軸線重合，鉆頭中心與孔位點(diǎn)重合，機(jī)座與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)牢固，達(dá)到受震不偏移；c.鉆進(jìn)過程中每鉆進(jìn)一定深度需停機(jī)進(jìn)行孔斜測(cè)量，實(shí)時(shí)掌握鉆進(jìn)軌跡；孔斜率若超過2%,需進(jìn)行鉆具、護(hù)正器、護(hù)正器間距、鉆速鉆壓的的調(diào)整，鉆具重量越輕、護(hù)正器磨損情度越小、鉆桿剛度越高、護(hù)正器間隔越小、鉆速鉆壓越低其孔斜率越小。d.根據(jù)鉆進(jìn)速度隨時(shí)調(diào)節(jié)鉆壓，力求勻速鉆進(jìn)，遇軟地層時(shí)減壓吹孔，保持孔內(nèi)清潔，避免巖屑堆積致使鉆孔偏斜；e.洞室施工采用水氣混合鉆進(jìn)時(shí)，水量控制到濕潤(rùn)空氣降低粉塵時(shí)為宜，因水量過大會(huì)減短沖擊器壽命且降低鉆進(jìn)效率；f.鉆機(jī)前方的孔口補(bǔ)心特別易磨損，施工中應(yīng)安裝限位板，減小磨損，控制開孔時(shí)機(jī)具的偏斜。3.1.8施工效果本工程的對(duì)穿式預(yù)應(yīng)力錨索孔孔斜率統(tǒng)計(jì)見表3.2。表3.2對(duì)穿預(yù)應(yīng)力錨索孔孔斜率統(tǒng)計(jì)表孔斜率(％)左右偏斜（孔）上下偏斜（孔）0～156591.5～2129總數(shù)6868數(shù)據(jù)表明：采用上述措施和工藝后孔斜率到了很好的控制，取得了良好的效果。3.2覆蓋層跟管鉆進(jìn)施工由于覆蓋層破碎帶埋深較淺（8m～12m）且孤石分布較少，主要采用168偏心跟管跟進(jìn)（偏心鉆示意圖見圖3.1），穿過破碎巖層，然后更換直釬鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。采用套管護(hù)壁的方式防止因孔壁坍塌造成的埋鉆、卡鉆事故，同時(shí)確保錨索安裝到位。目前，在防淘墻工地中與之配合使用較多的是成都產(chǎn)低風(fēng)壓兩件套偏心跟管鉆具，其特點(diǎn)是產(chǎn)品性能較為穩(wěn)定，鉆進(jìn)事故率??；缺點(diǎn)為鉆進(jìn)速度較慢、導(dǎo)向性差。導(dǎo)導(dǎo)正器A—花鍵易斷；B—大臺(tái)階不耐磨；C—R槽易磨損圖3.1偏心鉆3.2.1偏心鉆跟管鉆進(jìn)工藝流程接好鉆機(jī)風(fēng)管、保證鉆機(jī)用電正常、操作控制油箱油位符合標(biāo)準(zhǔn)→用CIR150沖擊器配Ф168直釬開孔→上Ф168套管（配套使用Ф168的管靴）→換偏心鉆具跟管鉆進(jìn)→跟管鉆進(jìn)到一定深度后提鉆檢查偏心鉆的使用情況→繼續(xù)鉆進(jìn)到一定深度后重復(fù)提鉆檢查偏心鉆、沖擊器的使用情況→跟管到穩(wěn)定巖土體或基巖中后提鉆換Ф138的直釬鉆進(jìn)→直釬鉆進(jìn)到一定深度后提鉆檢查直釬的安全性（檢查直釬的外徑是否滿足不低于135的要求、檢查CIR110沖擊器的橫銷的是否可以繼續(xù)鉆進(jìn)）→直鉆→提鉆檢查→重復(fù)直鉆、提鉆檢查直至鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度→掃孔、提鉆→探孔、驗(yàn)孔→終孔。3.2.2偏心鉆跟管鉆進(jìn)中事故的避免與處理偏心鉆跟管鉆進(jìn)中應(yīng)盡量避免孔內(nèi)事故的出現(xiàn)，避免的措施就是嚴(yán)格按照偏心鉆跟管鉆進(jìn)的工藝流程和工藝操作安全技術(shù)規(guī)程在實(shí)際施工中去認(rèn)真執(zhí)行，用心去體會(huì)，認(rèn)真地對(duì)待和處理施工中出現(xiàn)的實(shí)際問題，相互間多交流多積累經(jīng)驗(yàn)。不疏忽不大意，工作中積極主動(dòng)的去預(yù)知、預(yù)見可能出現(xiàn)的問題，盡量避免孔內(nèi)事故的出現(xiàn)。事故的處理：就施工所發(fā)生的事故情況看，事故主要有以下幾種：①?zèng)_擊器橫銷磨損或彎斷，偏心鉆整套掉入孔中。處理方法：將孔內(nèi)套管全部拔出取出偏心鉆后再重新跟管鉆進(jìn)；②偏心鉆橫銷出問題偏心塊掉入孔中。處理方法：將孔內(nèi)套管全部拔出后若未塌孔可加工專用的器具進(jìn)行打撈，成功則重新跟管鉆進(jìn)；或進(jìn)行孔內(nèi)微型爆破將偏心塊埋入鉆孔底后通過注漿再成孔的方式解決；若兩種方法均不成功則此孔報(bào)廢；③管靴被打斷：若被判斷是管靴被打斷的情況時(shí)首先不能使偏心鉆反轉(zhuǎn)收鉆，而應(yīng)該采取將孔內(nèi)套管和鉆桿一起拔出，試著將被打斷的管靴隨著偏心鉆給帶出來。之后再重新跟管鉆進(jìn)，不成功若能采取直釬鉆進(jìn)并能成功的情況下可以終孔；否則此孔報(bào)廢；④套管被打斷：若巖土體的情況相對(duì)較好能采取直打方式終孔則采取提鉆后直打；若需要再跟管則也可采取繼續(xù)跟管鉆進(jìn)一定深度后提鉆，再在孔口用偏心鉆搗振器直接錘打孔口套管直進(jìn)的方式處理；若以上方法不能終孔則只能報(bào)廢；⑤鉆孔中不小心反轉(zhuǎn)使鉆桿脫扣，處理方法為提鉆拔管后重新鉆進(jìn)。4.錨墩施工本工程采用的是鋼墊板與鋼筋混凝土錨墩形式，鋼筋混凝土錨墩采用梯形臺(tái)形式，鋼墊板采用A3鋼板和無縫鋼管焊接制成，鋼墊墩上開孔，以方便錨索穿過。錨墩混凝土配合比和強(qiáng)度結(jié)果見表4.1。表4.1錨墩混凝土配合比和強(qiáng)度結(jié)果編號(hào)砼種類配合比參數(shù)每m3混凝土材料用量量（Kg/mm3）坍落度（mm）強(qiáng)度（Mpa）水灰比砂率（％）用水量（Kg//m3）水泥水小石砂外加劑品種種/用量3d7dMDPC35（7d）錨墩墩混凝土0.36371353751261222718GJ-3/2..355∕41.15.錨索灌漿錨索灌漿的漿液采用純水泥漿。灌漿的水泥采用石門P·MH42.5中熱水泥，水灰比為0.36：1。外加劑采用上海麥斯特公司生產(chǎn)的Flowcable助流劑，摻量為水泥用量的5%。該種助流劑具有觸變性和可泵性，同時(shí)在硬化和凝結(jié)過程中具有輕微的膨脹性，適用于預(yù)應(yīng)力錨固工程。錨索凈漿配合比和強(qiáng)度結(jié)果見表5.1。表5.1錨索凈漿配合比和強(qiáng)度結(jié)果編號(hào)凈漿種類配合比參數(shù)每m3凈漿材料用量（Kg/mm3）坍落度（mm）強(qiáng)度（Mpa）水灰比砂率（％）用水量（Kg//m3）水泥水小石砂外加劑品種種/用量3d7dMSPM35（7d）錨錨索凈漿0.36∕5171435517∕∕FLOWCABBLE/771.8具有良好的流動(dòng)動(dòng)性28.938.1灌漿機(jī)采用3SNS型電動(dòng)活塞式注漿機(jī)，制漿機(jī)采用JJS-2B型雙層攪拌機(jī)。漿液拌和嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行，拌和時(shí)間不少于3min。灌漿開始后，壓力表指針在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，然后在趨于穩(wěn)定，說明止?jié){環(huán)工作正常。當(dāng)回漿管回漿后，觀察回漿管溢出的漿液稠度和濃度變化，當(dāng)回漿管漿液與灌漿所用漿液稠度和濃度一致時(shí)，開始屏漿60min，然后將回漿管、注漿管相繼封死，注漿工作隨即結(jié)束。錨索內(nèi)錨段灌漿7天后才允許進(jìn)行張拉施工，在未達(dá)到設(shè)計(jì)齡期前不允許對(duì)錨索進(jìn)行擾動(dòng)，30m范圍內(nèi)不允許爆破作業(yè)。6.錨索的張拉6.1張拉機(jī)具的選擇結(jié)合本工程錨索張拉施工的需要，選用了YDC3000型整體張拉穿心式千斤頂和27T單束張拉千斤頂，油泵采用ZB4-500型電動(dòng)油泵，壓力表型號(hào)與液壓千斤頂和油泵型號(hào)相配套。工具錨板、工作錨板、限位板、夾片等均采用柳州建筑機(jī)械總廠生產(chǎn)的OVM15－14系列配套產(chǎn)品。6.2錨索張拉張拉設(shè)備使用前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)率定，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果在錨索張拉實(shí)際施工過程中直接采用壓力表的讀數(shù)來控制張拉力。錨索張拉過程分為預(yù)緊張拉、整體分級(jí)張拉和卸荷三個(gè)過程。預(yù)緊張拉采用27T千斤頂逐根進(jìn)行，預(yù)緊張拉力為30KN。整體張拉按1000KN、1500KN、2000KN、2250KN四級(jí)進(jìn)行加載。在張拉過程中應(yīng)量