XX电站地下厂房岩锚梁预应力锚杆施工
刘大贵 王高峰
（中国水利水电第十四工程局有限公司 650041）
【摘 要】本文综合阐述了乌江构皮滩电站地下厂房岩锚梁预应力锚杆施工，并对施工技术方案进行了总结，可为类似工程借鉴。
【关键词】构皮滩水电站 岩锚梁预应力锚杆 施工
1.概述
XX水电站岩锚梁受拉锚杆采用二次张拉预应力锚杆分别布置于厂房上、下游边墙EL448.73m和EL449.23m高程，间排距均为50cm，在厂房X轴线方向Xcf0+000.00～Xcf0+230.45m范围内。岩锚梁预应力锚杆采用Φ32精扎螺纹钢筋，长12m，分为上下两排布置，上排Ⅰ型锚杆上仰20度，下排Ⅱ型锚杆上仰15度，其总量为1838根。锚杆具体布置见下图。
2.施工原理
岩锚梁预应力锚杆施工结合混凝土的浇筑进行，锚杆造孔提前进行，锚杆孔验收合格后、在混凝土浇筑前预埋钢套管和钢垫板（钢套管和钢垫板之间焊接）。锚杆采用先插杆后注浆的施工工艺，共分两次灌浆、两次张拉。混凝土浇筑前安装锚杆并第一次注浆，岩锚梁结构钢筋绑扎过程中预埋钢套管和钢垫板（钢套管和钢垫板之间焊接），对预应力锚杆梁体内自由段进行保护，待岩锚梁混凝土达到28天龄期进行第一次张拉。厂房开挖基本结束、桥机动载试验完成后进行预应力锚杆第二次张拉，完成后进行第二次注浆。
预应力锚杆分两次张拉及灌浆，通过预埋钢套管、涂刷沥青保护岩锚梁梁体内锚固段及自由段，在主厂房（或其它洞室）开挖基本结束，高边墙变形趋于稳定，岩体卸荷、应力释放完成后，通过调整每根锚杆螺母的松紧程度来实现对预应力锚杆的补偿张拉（或松弛）至设计吨位，使应力均匀分布，以达到锚杆和梁体整体较好的受力效果。
3.施工工艺流程及施工技术
3.1 施工工艺流程
施工工艺流程：施工准备→测量放线→钻孔→洗孔→安装锚杆→一期灌浆（岩石内锚段及自由段注浆）→浇筑岩锚梁混凝土→预应力锚杆第一次张拉锁定→主厂房开挖完成→预应力锚杆第二次张拉锁定→二期灌浆（梁体内锚固及自由段注浆）→外锚头保护。
施工程序安排见如下框图。
预应力锚杆施工工艺流程
施工准备
测量放线
造 孔
洗 孔
检查验收
安插锚杆
一次灌浆
孔口找平
安装托板、螺帽
一次张拉、锁定
主厂房全部开挖结束或桥机动载试验完成
预应力锚杆及其配件加工、运输
不合络
固壁灌浆
二次灌浆
二次张拉、锁定
外锚头保护
钢套管安装、岩壁梁混凝土浇筑完成
检查验收
3.2 施工技术
3.2.1 施工准备
岩锚梁预应力锚杆造孔施工前先将施工排架搭设牢固，轻型潜孔钻机就位固定牢靠，风、水、电接好，相应的安全防护到位。施工排架和安全防护必须经安全部验收合格方准使用。
（1）施工排架搭设
施工排架采用φ50无缝钢管搭设，横向间距@60cm，纵向间距@80cm，竖向排距@120cm，斜撑（剪刀撑）根据实际情况搭设，施工平台采用竹跳板铺设并采用铅丝与钢管绑扎连接，安全护栏搭设高度不低于1.2m，并在外围挂绿色安全网。施工排架具体搭设满足相关规范要求。
（2）钻机就位
钻机采用钻机支架就位，钻机支架由施工队根据钻机的具体体形尺寸自己制作。钻机就位时钻机、钻机支架和施工排架必须连接成一整体，防止局部摇摆。
施工排架搭设和钻机就位见下示意图。
3.2.2 测量放线
岩锚梁预应力锚杆造孔精度要求极高，必须认真进行每根锚杆的孔位和相应尾线的放线。具体如下：
（1）测量人员根据设计蓝图先放出每根锚杆的桩号及基准高程，并用红油漆进行标记。
（2）测量人员根据所放出的锚杆孔位在相应位置的钢管排架上放出每根锚杆的尾线点。
3.2.3 造孔、清孔
岩锚梁预应力锚杆造孔均采用QZJ-100B轻型潜孔钻机进行。控制标准：开孔偏差＜5mm，孔径及孔深不小于设计值，孔斜偏差≤2°。
（1）造孔角度控制
锚杆施工前，需清除开挖壁面上的碎石及灰尘，开挖坡面清理整修达设计验收标准，并经地质工程师和监理人验收合格后，方可进行锚杆施工。
造孔角度主要为水平方向角度和垂直方向角度，水平方向角度采用尾线控制，利用在施工排架上放出的锚杆尾线点，采用工程线将尾线点和锚杆孔位点连接成一条直线，不断调整钻机位置使钻机中轴线与工程线重合。
垂直方向角度采用罗盘或水平尺控制，当水平角度调整就位后，由技术人员用罗盘或水平尺按设计要求角度15°或20°指挥钻机操作手不断调整钻机，直至钻杆角度符合设计要求后方可施钻。
钻孔过程中进行分段测斜，及时纠偏，钻孔完毕再进行全孔测斜。
（2）孔深控制
由于开挖时局部地方出现少许超挖，为了保证锚杆的入岩深度，按设计蓝图所示孔深控制，钻孔深度按“宁超不欠”，允许最大超深5cm。钻孔深度可根据钻杆的长度控制：当孔深与钻杆的长度成几何倍数时，由钻杆的根数控制孔深，当不成几何倍数时，则在钻杆上标好长度记号以控制钻孔深度。
（3）清孔
造孔完成后采用压缩空气冲洗，以清除碎石、泥浆、碎屑，不能用水冲洗钻孔，冲洗后做好孔口保护。
（4）固壁灌浆
对于地质条件较差的部位或溶蚀破碎带，造孔过程中经常出现塌孔或成孔困难时，可先按设计要求进行固壁灌浆，固壁结束后进行扫孔并及时注装，以防再次塌孔。
3.2.4 锚杆孔验收
已经清洗干净的孔，作业队班组自检（一检）合格后做好钻孔验收记录并报队级技术员（二检）复检，复检合格后报质量部（三检）终检，合格后报请监理工程师验收，监理工程师验收合格后对进行孔口保护。对验收不合格的孔，重新造孔或补造后重新验收，直至合格。
3.2.5 锚杆制作、安装
（1）锚杆自由段加工
锚杆采用Φ32精轧螺纹钢筋，全长范围不能有接头，表面保持清洁。自由段除锈处理后，涂刷沥青，然后外裹塑料膜保护。预应力锚杆结构见下图：
（2）对中装置制作、安装
对中装置采用φ10钢筋加工制作，然后采用铅丝与锚杆绑扎牢固。在锚杆一期灌浆内锚段上等间距焊4根φ10mm钢筋，在进、回浆管绑扎时，对中装置两端处加强绑扎，确保对中装置不会在锚杆安插过程中移位。
（3）进、回浆管绑扎
锚杆加工时需绑扎一期进浆管、一期回浆管，进、回浆管均采用PE管，其中进浆管直径φ12mm、回浆管直径φ8mm。进、回浆管按照设计长度下料，绑扎固定于锚杆上。对于有较大超深的孔，为了使孔底注浆饱满，须将一期回浆管尽量插到孔底，浆管相应加长；由于PE管容易产生弯曲而堵管，故采用在锚杆端部增加一个对中套管，套管上焊φ12mm钢筋延伸至孔底，一期回浆管延长段绑在φ12mm钢筋上。
（4）止浆装置
预应力锚杆一期灌浆时在孔口设置临时封堵器以保证灌浆质量，灌浆结束后卸除临时封堵器，实际施工中先采用帆布口袋绑扎固定在锚杆孔口部位作为临时封堵器，由于灌浆压力较大时，布袋漏浆较严重，后采用高标号砂浆将孔口封堵，待砂浆达到设计强度时再进行灌浆，效果较好。
（5）锚杆安插
锚杆安插利用岩锚梁混凝土浇筑排架以人工安插为主，可利用平台车配合安装。锚杆入孔速度均匀，并避免来回抽动，防止损坏锚杆体，并保证锚杆居于孔位中间。
3.2.6 一期灌浆
预应力锚杆灌浆的水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。采用M25水泥砂浆，配合比0.45：1：0.5（水：水泥：砂），纯水泥浆配合比0.44:1（水:水泥）。
现场利用搅拌缸严格按照配合比拌制，水、砂等均进行称量。灌浆采用挤压式注浆泵进行有压循环灌浆，灌浆压力为0.3MPa～0.4MPa。当回浆量连续且比重大于或等于进浆比重时，循环10分钟后再屏浆20分钟，压力下降不大于25%时，灌浆结束。施工中可根据生产性工艺试验成果选取合适的灌浆压力及砂浆配比。
灌浆结束后，及时对岩面浮浆及场地进行清理，并及时割除外露的灌浆管及使用与岩锚梁同标号的混凝土或干硬性砂浆将钻孔封填密实，孔口压抹齐平。
3.2.7 无损检测
岩壁梁预应力锚杆注浆密实度要求不低于90％。在锚杆达到设计规定强度后，及时对每根锚杆进行无损检测，检查锚杆的注浆密实度，若无损检测不合格，及时在该孔位旁补打，直至无损检测合格为止。
3.2.8 钢套管、钢垫板安装
在岩壁梁梁体内为预应力锚杆二期张拉的自由段和内锚固段，其中自由段涂刷沥青后采用塑料膜保护，在岩锚梁浇筑时采用钢套管保护预应力锚杆在梁体内段。钢套管长度根据岩面超挖情况现场切割，在岩壁梁结构钢筋绑扎时进行钢套管、钢垫板预埋安装（钢套管与钢垫板之间焊接），首先将钢套管套在锚杆上，通过短钢筋将其与结构钢筋初步固定，待岩壁梁侧模安装并校模完成后，再将钢套管、钢垫板与结构钢筋固定牢靠。钢套管靠基岩面的闭浆，考虑采用打插筋与钢套管焊接固定，钢套管端部与岩面的空隙采用砂浆封闭，以防岩壁梁混凝土浇筑时进入钢套管内。
3.2.9 第一次张拉
（1）钢挡板加工
钢挡板严格按照设计尺寸进行加工，加工完成涂刷防锈漆备用，Ⅰ型钢挡板、Ⅱ型钢挡板分别做出标识。
（2）钢挡板安装
在岩壁梁混凝土达到28龄期后，进行一次张拉前进行钢挡板安装，最后加垫圈、螺母预紧。
（3）张拉
张拉前按设计图纸安装测力计等监测仪器，第一次张拉待一期灌浆完成及岩壁梁混凝土达到100％设计强度后进行。采用扭力扳手一次张拉锁定，锁定值为150KN，张拉力（KN）通过率定曲线换算成扳手扭力（N.M）。锚杆张拉时，先对锚杆进行预紧，再将锚杆一次张拉至设计规定值锁定，不足设计张拉力时进行补偿张拉。
3.2.10 第二次张拉
第二次张拉在厂房开挖基本结束，桥机动载试验完成后进行。第二次张拉仍然采用扭力扳手，张拉锁定值为200KN。
施工中加强安全监测，并根据监测结果及时对预应力锚杆紧固力进行调校，避免预应力超过设计张拉力（200KN）。
3.2.11 第二次灌浆
第二次张拉完成进行第二次灌浆施工，灌浆前通过钢挡板预留孔插入灌浆管，然后封闭孔口。水泥品种、砂浆配合比及灌注设备与第一次灌浆相同。
所有的灌浆及张拉均通知监理工程师旁站，及时填写相应的记录表格，记录锚杆编号、灌浆时间、灌浆压力、张拉时间、张拉力等数据。
3.2.12 外锚头保护
二次灌浆结束后，截去多余的灌浆管和回浆管，对露出岩壁梁混凝土的锚头涂环氧漆进行永久防锈处理。
3.2.13 锚杆验收
（1）锚杆无损检测
锚杆无损检测逐根进行，注浆密实度不得小于90％。
（2）锚杆拉拔试验
现场随机抽样，每300根锚杆为1批，每批抽查1组（每组3根）。单根锚杆抗拉拔力不小于40t。
4.结语
通过构皮滩水电站预应力锚杆的施工，可得出以下心得：
（1）预应力锚杆分两次张拉及灌浆，施工工序多，跨时较长。通过精心组织，合理安排施工，对工期影响不是很大；
（2）锚杆造孔精度要求较高，需采用特制的样架来控制造孔；同时注浆密实度要求高，需采用专门的注浆机；二期灌浆及张拉待厂房开挖结束后进行，需要在桥机上制作安装施工平台，施工难度大；
（3）从经济角度分析，采用张拉锚杆较普通砂浆锚杆增加造价约50％。
（4）预应力锚杆可以极大程度的适应主厂房（或其它洞室）高边墙的变形，并在变形趋于稳定后再对预应力锚杆的张拉力进行调整，达到一个更好的受力状态，设计安全度、可靠度较高，应用前景广阔。
通过以上分析，采用张拉锚杆有利有弊：采用张拉锚杆提高了岩壁梁的安全可靠性，但增加了造价，对外观有一定影响。综合利弊，为提高工程的安全度，采用张拉锚杆作为岩锚梁受力锚杆是一种较为理想的选择。