自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索的研究與應(yīng)用

自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索的研究與應(yīng)用

1總結(jié)1.1工程邊坡支護(hù)形式設(shè)計(jì)瀘定水電站位于四川省四川省甘孜藏族自治省瀘定縣。這是河?xùn)|路提取的第12級(jí)水電站。位于康定縣約44公里處，距瀘定縣約2.5公里。廠區(qū)位于川滇南北向構(gòu)造帶北段與北東向龍門山斷褶帶、北西向鮮水河斷褶帶和金湯弧形構(gòu)造帶的交接復(fù)合部位,區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜。廠房后緣邊坡高陡,邊坡走向N15°E,屬弱風(fēng)化上段強(qiáng)卸荷及弱卸荷巖體,呈碎裂～塊裂結(jié)構(gòu)。廠房邊坡開挖開口線最大高程約為1410.0m,一期開挖至高程1315.4m,最大開挖高度約100m,邊坡每20m設(shè)置一級(jí)寬2～3m的馬道,開挖坡比為1∶0.5～1∶1。廠房一期工程邊坡支護(hù)形式設(shè)計(jì)劃分為A、B、C、D四種,其中A、B、D三種支護(hù)形式中均有錨索支護(hù)。廠房邊坡采用“自由式單孔多錨頭防腐型”的新型結(jié)構(gòu)錨索,錨索設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。1.2錨索加固工程效果自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索(以下簡(jiǎn)稱多錨頭錨索)是由四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程公司楊俊志、馮楊文等人發(fā)明的專利產(chǎn)品,是四川省重點(diǎn)科研成果,通過(guò)在數(shù)個(gè)大中型水利水電工程高邊坡錨索加固工程中應(yīng)用,取得良好的效果,屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng),總體上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索由導(dǎo)向帽、托板、擠壓頭密封套組件、承載錨板、注漿管、連接螺桿、高強(qiáng)低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線組成(見(jiàn)圖1),具有改善錨固段應(yīng)力集中、有效防腐、有效減小孔徑、全孔一次注漿、可進(jìn)行二次補(bǔ)償張拉等特點(diǎn),增強(qiáng)了對(duì)復(fù)雜地層的適應(yīng)性,增強(qiáng)了錨固效果。其特征在于擠壓頭上有密封套組件,有兩個(gè)或兩個(gè)以上防腐型錨頭。2施工前研究1)驗(yàn)證適合本工程的施工工藝、注漿工藝、張拉工藝,為錨索后續(xù)施工提供指導(dǎo)和依據(jù);2)驗(yàn)證錨索受力性能試驗(yàn)及設(shè)計(jì)參數(shù),為設(shè)計(jì)、監(jiān)理提供參考;3)通過(guò)鉆孔,收集地質(zhì)資料,查明地質(zhì)特性,探索適合本地區(qū)的錨索加固方法;4)驗(yàn)證錨墩混凝土及注漿配合比。3預(yù)應(yīng)力錨索施工的規(guī)章本次工藝試驗(yàn)按《瀘定水電站廠房一期工程施工招標(biāo)文件技術(shù)條款》、《瀘定水電站廠區(qū)樞紐邊坡錨索施工技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行,主要規(guī)程規(guī)范為:①《水利水電工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》DL/T5083-2004;②《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370-2000;③《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》GB/T5224-1995;④《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148—2001;⑤《水電站基本建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程》DL/T51234錨索工藝試驗(yàn)方案根據(jù)業(yè)主、監(jiān)理要求,分別選P=2000kN,L=50m、P=1500kN,L=40m、P=1000kN,L=50m錨索各3束進(jìn)行工藝試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)與設(shè)計(jì)永久錨索統(tǒng)籌考慮。根據(jù)廠房邊坡的地質(zhì)條件,P=2000kN,L=50m及P=1500kN,L=40m試驗(yàn)錨索擬選定在高程1397m的巖石邊坡部位進(jìn)行試驗(yàn),兩種錨索相間布置,間距5m;P=1000kN,L=50m試驗(yàn)錨索擬選定在廠房下游側(cè)邊坡高程1360m附近的土質(zhì)邊坡開口位置框格梁節(jié)點(diǎn)上,間距6m。5多臂錨膠制備試驗(yàn)5.1錨具、錨墊板的檢驗(yàn)檢測(cè)在進(jìn)行工藝試驗(yàn)前,首先對(duì)用于工藝試驗(yàn)的鋼絞線、水泥、外加劑等原材料以及錨具、錨墊板等的品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)、驗(yàn)收合格后,才能用于施工并對(duì)施工設(shè)備、機(jī)具進(jìn)行施工前的檢查,確保工藝試驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行。5.1.1材料測(cè)試1復(fù)合涂層的防腐試驗(yàn)選用河南恒豐鋼纜有限公司生產(chǎn)的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,該種鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)型1860MPa(270級(jí)),無(wú)粘結(jié)鋼絞線的防腐油脂應(yīng)化學(xué)穩(wěn)定性好,不得含有有害成分,其涂敷量不應(yīng)小于50g/m。PE套管厚度為1.0～1.2mm,應(yīng)有一定的韌性和硬度,并有抗腐蝕、抗老化性能。2“巖”的檢驗(yàn)結(jié)果水泥采用四川省治權(quán)特種水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的“峨塔”牌42.5R普通水泥,其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。外加劑為昆明生威混凝土外加劑有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SW高效減水劑,其檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。3錨具試驗(yàn)檢驗(yàn)錨具型號(hào)為ESM15-7、ESM15-10、ESM15-12系列錨具,錨具試驗(yàn)檢驗(yàn)包括外觀檢查及驗(yàn)收、錨具硬度檢驗(yàn)等。做外觀及結(jié)構(gòu)主端部與張拉機(jī)具的匹配尺寸及表面檢查,外觀檢查合格后方可入庫(kù)。錨具上述檢驗(yàn)試驗(yàn)資料試驗(yàn)前報(bào)監(jiān)理工程師審批后,才能用于施工。5.1.2對(duì)設(shè)備的檢查11打開孔設(shè)備檢驗(yàn)鉆機(jī)應(yīng)配有導(dǎo)向機(jī)構(gòu),且鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)要平穩(wěn),易于控制鉆孔精度,測(cè)斜儀器應(yīng)能滿足造孔精度的要求。2錨具、張拉千斤頂?shù)拿芏扰c張拉機(jī)具相匹配的壓力表精度不應(yīng)低于1.5級(jí),張拉時(shí)壓力表讀數(shù)不超過(guò)表盤刻度的75%。測(cè)力計(jì)應(yīng)與錨具、張拉千斤頂相匹配,且性能穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定性好。張拉機(jī)具按規(guī)范進(jìn)行標(biāo)定,并出具“千斤頂—壓力表讀數(shù)關(guān)系曲線圖”,試驗(yàn)前將上述成果提交監(jiān)理工程師審批后實(shí)施。5.2工藝錨索工藝試驗(yàn)內(nèi)容包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、造孔、編索、穿索、注漿、張拉等。工藝流程框圖見(jiàn)圖2。5.3孔施工5.3.1錨固鉆機(jī)基礎(chǔ)錨索工藝試驗(yàn)鉆孔設(shè)備采用較為先進(jìn)的YG-80錨固鉆機(jī),配套CIR110W沖擊器及偏芯鉆具,基本鉆進(jìn)原理為風(fēng)壓帶動(dòng)潛孔錘沖擊推進(jìn)、排渣,電機(jī)回轉(zhuǎn),YG-80錨固工程鉆機(jī)參數(shù)見(jiàn)表5。5.3.2錨索孔定位試驗(yàn)錨索位置現(xiàn)場(chǎng)由設(shè)計(jì)、監(jiān)理確定后,測(cè)量測(cè)放高程和樁號(hào),使用紅油漆標(biāo)定孔位。5.3.3鉆機(jī)就位的確定根據(jù)實(shí)地測(cè)放的錨索孔位,將鉆機(jī)搬至相應(yīng)孔位并安裝。為保證錨孔質(zhì)量,使錨索孔在施工過(guò)程中及成孔后其軸線的傾角、方位角符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,必須保證鉆機(jī)就位的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和牢固性。5.3.4孔施工1校核鉆機(jī)校核開孔鉆進(jìn)時(shí)要低速低壓推進(jìn),當(dāng)成孔約50cm時(shí),需再次校核孔向,及時(shí)調(diào)整鉆機(jī),鉆孔過(guò)程中及時(shí)測(cè)量孔斜并及時(shí)糾偏。造孔時(shí)采用短回次,盡量排粉充分,使孔底干凈,這樣既避免了重復(fù)碎巖、提高了鉆進(jìn)效率,又減少了孔內(nèi)事故隱患。2無(wú)巖渣地層導(dǎo)鉆釬頭與沖擊器前接頭通過(guò)花鍵連接,在下鉆前,應(yīng)檢查釬頭花鍵及沖擊器前接頭花鍵的磨損情況,嚴(yán)重時(shí)須更換。在鉆孔過(guò)程中始終保持孔內(nèi)無(wú)巖渣,必要時(shí)進(jìn)行清孔強(qiáng)吹,當(dāng)停止鉆進(jìn)時(shí),不可立即停止向沖擊器供氣,應(yīng)提鉆進(jìn)行強(qiáng)吹,待孔中不再有巖渣及巖粉排出時(shí)再停氣,然后停止回轉(zhuǎn)。使用沖擊器鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵,為減少粉塵對(duì)人體的傷害,操作人員應(yīng)佩帶好口罩,并在鉆進(jìn)過(guò)程中用水淋孔口以減少粉塵。5.4錨系統(tǒng)、運(yùn)輸和安裝5.4.1錨索系統(tǒng)的建立1鋼絞線下料長(zhǎng)度鋼絞線必須使用砂輪切割機(jī)下料,鋼絞線下料長(zhǎng)度L=s+h,式中:L—鋼絞線下料長(zhǎng)度,mm;s—實(shí)測(cè)孔道長(zhǎng)度減去本錨頭以前的長(zhǎng)度,mm;h—錨孔外鋼絞線使用長(zhǎng)度包括錨墩、工作錨板、限位板、工具錨板的厚度,張拉千斤頂長(zhǎng)度和工具錨板外必要的安全長(zhǎng)度之和,mm;2清潔擠壓頭擠壓前,先將擠壓部位的PE套剝?nèi)?將鋼絞線油脂清洗干凈,裸露部位應(yīng)用膠帶纏封防止水泥漿侵入內(nèi)部。3pe套密封的制備擠壓頭擠壓采用柳州產(chǎn)GYJA型擠壓機(jī)(參數(shù)見(jiàn)表5),剝?nèi)E套并清洗干凈的待擠壓的鋼絞線頭穿入密封套后與擠壓套冷擠壓成擠壓頭,密封圈位于擠壓頭底部與密封套內(nèi)端面之間,密封帽與密封套螺紋連接并用密封膠密封。4底端口削成灌漿管采用PVC管,其下料長(zhǎng)度=錨固段長(zhǎng)度+自由段長(zhǎng)度+外露長(zhǎng)度,底端口削成45°,距導(dǎo)向帽頂端10cm;排氣管采用PVC管,其下料長(zhǎng)度=自由段長(zhǎng)度+外露長(zhǎng)度,底端口削成45°,頂端超過(guò)自由段10cm。51隔離配置沿錨索的軸線方向自由段每隔1.5～2m設(shè)置隔離架;錨固段每隔1m設(shè)置隔離架,鋼絞線沿隔離架周圍均勻分布。6黑鐵錨固段錨固段綁扎編束時(shí),每根鋼絞線均應(yīng)平順、自然,不得有扭曲、交叉的現(xiàn)象,自由段用符合編束要求的黑鐵絲將隔離架與鋼絞線捆扎牢靠,錨固段在兩隔離架中間使用黑鐵絲將其捆扎成紡錘型,綁扎牢固,避免在運(yùn)移過(guò)程中散脫、解體。7進(jìn)行編碼、掛標(biāo)錨索編制完成后,經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格簽發(fā)合格證,并進(jìn)行編號(hào)、掛標(biāo)示牌,注明使用部位、孔號(hào)等;合格錨索應(yīng)按編號(hào)整齊、平順地存放在距地面20cm以上的支架上,支架間距宜為1.0～1.5m,并加臨時(shí)保護(hù)。5.4.2次放索均勻下錨時(shí),操作人員要協(xié)調(diào)一致,用力均勻,只能往里推,不能往外拉,一次放索到位,避免在安裝過(guò)程中反復(fù)拖動(dòng)索體,保證錨索體在孔內(nèi)順直不扭曲。5.5錨定注漿5.5.1液體和材料錨索注漿為M35的水泥凈漿,漿液配比由試驗(yàn)確定為0.35∶1,加入0.7%的SW高效減水劑。5.5.2砂漿的制備制漿設(shè)備采用ZJ-400高速攪拌機(jī),攪拌機(jī)攪拌時(shí)間不少于3min。制漿時(shí),按規(guī)定配比稱量材料,控制稱量誤差小于5%。5.5.3改善錨固段注漿、灌漿總控制性能在錨索下索完成后采取全孔一次注漿,張拉鎖定后,進(jìn)行墩頭段補(bǔ)漿及錨頭封閉。錨索下入孔底后,經(jīng)前步工序驗(yàn)收合格,應(yīng)盡快進(jìn)行灌漿。灌漿前應(yīng)結(jié)合造孔情況,分析可能的漿液灌注量,檢查庫(kù)存水泥是否足夠;制漿設(shè)備、送漿管路、灌漿泵、灌漿管路是否正常;阻塞器性能是否良好,確保灌漿過(guò)程順利,避免因中斷情況影響錨固段注漿質(zhì)量。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)回漿比重與灌漿漿液比重相同,且不含氣泡時(shí),可進(jìn)行屏漿,屏漿15分鐘后灌漿結(jié)束,灌漿結(jié)束后,孔口應(yīng)妥加保護(hù)。為給錨索張拉提供依據(jù),灌漿時(shí)對(duì)每一根預(yù)應(yīng)力錨索的灌漿漿液均應(yīng)按規(guī)定要求取樣做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。5.6混凝土配合比試驗(yàn)錨墩用C30混凝土現(xiàn)澆,內(nèi)配?12的鋼筋網(wǎng),混凝土配合比通過(guò)試驗(yàn)確定為0.38∶1∶1.74∶2.73。錨墩的體形尺寸、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的配制均按施工圖紙要求制作施工。5.7張拉5.7.1推錨具、鋼墊板、千斤頂?shù)陌惭b1)錨索張拉應(yīng)在錨固漿液及錨墩混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后進(jìn)行。2)將錨墩外鋼絞線的PE管剝掉,并將油脂洗凈。清理鋼絞線表面及錨墊板表面,無(wú)泥砂等雜物。3)將鋼絞線按周邊序和中心序順序理出,穿入錨具,套上夾片。注意鋼絞線應(yīng)對(duì)稱或均勻分布在錨板上。4)推錨具與鋼墊板平面接觸,依次安裝工作錨板、工作夾片和限位板,工作錨板應(yīng)與錨墊板對(duì)中并相吻合。5)用尖嘴鉗、改刀及榔頭調(diào)整夾片間隙,使其對(duì)稱。6)工具錨及夾片與工作錨及夾片不可混用;工具錨板錐孔中可涂一層厚約1mm的退錨靈。7)所用的錨夾具的力學(xué)性能及幾何尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,進(jìn)場(chǎng)須有產(chǎn)品合格證及試驗(yàn)檢驗(yàn)報(bào)告,應(yīng)符合GB/T14370的有關(guān)規(guī)定。8)在工作錨具安裝好后依次安裝液壓油泵、千斤頂。9)所有張拉設(shè)備儀器如電動(dòng)油泵、千斤頂、壓力表在張拉和試驗(yàn)前率定,獲得油壓與千斤頂張拉力之間的關(guān)系曲線,以便指導(dǎo)張拉過(guò)程中張拉力的施加。張拉設(shè)備和儀器必須配套標(biāo)定,標(biāo)定間隔期不得超過(guò)6個(gè)月。預(yù)應(yīng)力錨索張拉方式采用單根預(yù)緊張拉和整體張拉兩種方式相結(jié)合。5.7.2莎拉程序穿錨→單根預(yù)緊張拉→單根補(bǔ)償張拉→整體循環(huán)張拉。5.7.3拉設(shè)備1)ZB4-500型電動(dòng)油泵。2)ESYDC250-200型張拉千斤頂。3)ESYDC250-200B型張拉千斤頂。5.7.4伸長(zhǎng)值的計(jì)算1)升荷速率:每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的10%。2)卸荷速率:每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的20%。3)張拉順序:采用單根張拉千斤頂間隔對(duì)稱分序張拉。4)鋼絞線理論計(jì)算伸長(zhǎng)值按下式進(jìn)行計(jì)算。ΔL=P?LE?A×1ΔL=Ρ?LE?A×1000式中:ΔL—鋼絞線理論計(jì)算伸長(zhǎng)值,mm;P—施加于鋼絞線的載荷,為錨索總荷載除以鋼絞線根數(shù),kN;E—鋼絞線彈性模量,195±10kN/mm2;A—鋼絞線截面積,140mm2;L—鋼絞線計(jì)算長(zhǎng)度,m;拉力型錨索鋼絞線,L為“張拉段長(zhǎng)度+錨墩長(zhǎng)度+工作錨板長(zhǎng)度+限位板長(zhǎng)度”。5)張拉控制噸位以壓力表讀數(shù)為準(zhǔn),理論伸長(zhǎng)值與實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值比較控制驗(yàn)證,當(dāng)有要求時(shí)應(yīng)兼?zhèn)錅y(cè)力計(jì)觀測(cè)。當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值大于計(jì)算伸長(zhǎng)值10%或小于5%時(shí),或壓力表讀數(shù)增加而伸長(zhǎng)值不變應(yīng),或伸長(zhǎng)值增加而壓力表讀數(shù)不增加;及油泵嚴(yán)重漏油或夾片碎裂、飛錨時(shí),應(yīng)暫停張拉,查明原因,經(jīng)監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)研究確認(rèn),采取措施予以調(diào)整后,方可繼續(xù)張拉。5.7.5單根補(bǔ)償張拉張拉時(shí)采用單根預(yù)緊張拉、單根補(bǔ)償張拉、整體分級(jí)張拉施工工藝。單根預(yù)緊值為設(shè)計(jì)值的20%,以使各部位接觸緊密,每根鋼鉸線完全平直,且按該荷載鎖定在錨板上。單根補(bǔ)償張拉先張拉自由段長(zhǎng)的鋼絞線張拉到自由段短的鋼絞線位置。整體張拉用與張拉噸位適配的千斤頂對(duì)已調(diào)直的錨索進(jìn)行整體張拉。整體張拉加載分別為設(shè)計(jì)值的20%、50%、75%、100%、110%,張拉力應(yīng)平穩(wěn)施加,荷載升至每級(jí)時(shí)應(yīng)持荷5min,每級(jí)張拉完畢及升級(jí)前均應(yīng)測(cè)伸長(zhǎng)值并記錄,當(dāng)升至最高噸位,延長(zhǎng)持荷時(shí)間10min,最后進(jìn)行錨索鎖定,鎖定后應(yīng)量測(cè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的滑移量。5.8關(guān)閉標(biāo)記以C20細(xì)石混凝土封錨。對(duì)須長(zhǎng)期觀測(cè)的錨索,在外錨頭加裝鋼帽,用注油搶將鋼帽內(nèi)注滿專用防銹脂。5.9錨索承載試驗(yàn)錨索注漿養(yǎng)護(hù)7天后,待注漿水泥漿與錨墩混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后,開始進(jìn)行加荷試驗(yàn)。5.9.1預(yù)應(yīng)力錨索的升荷及卸荷速率采用分級(jí)循環(huán)加卸荷載法。先加載至設(shè)計(jì)應(yīng)力的20%,做為初始應(yīng)力值的起點(diǎn),以調(diào)直鋼絞線,在此荷載下,拉伸率讀數(shù)設(shè)為零。然后進(jìn)行分級(jí)循環(huán)張拉。分級(jí)張拉力分別為設(shè)計(jì)值的0.25、0.5、0.75、1.0、1.10倍。加荷等級(jí)見(jiàn)下表。錨索試驗(yàn)過(guò)程由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)員填寫錨索試驗(yàn)記錄表。張拉過(guò)程中,升荷速率