李 焱

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

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北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程超大預(yù)應(yīng)力錨索施工

李 焱

(中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程，采用1000t級(jí)超大預(yù)應(yīng)力錨索，支撐弧門、閘門強(qiáng)大的靜水和動(dòng)水壓力。本文介紹了該超大噸位錨索設(shè)計(jì)和全過(guò)程施工技術(shù)措施，成功地解決了現(xiàn)場(chǎng)施工難題，高質(zhì)量、高效率地完成了施工任務(wù)。

1000t級(jí) 超大 預(yù)應(yīng)力 孔道鉆設(shè) 孔斜控制 高壓清洗 穿束 張拉壓漿 技術(shù)應(yīng)用

1 概述

北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程系水力發(fā)電站和附屬工程，位于青尼爾省羅賽雷斯鎮(zhèn)尼羅河干流的青尼羅河上。原電站大壩于60年代建成，壩高66m，裝機(jī)7臺(tái)共28萬(wàn)kW，主要功能是灌溉兼發(fā)電。加高工程是在原大壩基礎(chǔ)上加高10m，壩軸線長(zhǎng)度從15km增加到24.6km。

超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索分布在8個(gè)混凝土支墩上，共28束，處于溢流壩段腹板延伸梁的新老混凝土內(nèi)，用以支撐弧形閘門強(qiáng)大的靜水和動(dòng)水壓力。錨索由55根1860MPa級(jí)高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘結(jié)鋼鉸線編束而成，設(shè)計(jì)鎖定荷載10439kN，永存荷載9581kN。

設(shè)計(jì)要求錨索施加應(yīng)力從固定荷載開始，分5次加荷，每次施加荷載都近似相等，最終達(dá)到9581kN(最小斷裂荷載的67%(鎖定荷載))。各級(jí)張拉力為:2488kN→4261kN→6035kN→7808kN→9581kN。為了避免夾片收縮、固定和摩擦等造成的應(yīng)力損失，需要對(duì)錨束繼續(xù)增加荷載，分2次對(duì)錨索施加荷載9581kN→10010kN→10439kN。每次施加荷載都近似相等，第一次施加應(yīng)力后，穩(wěn)定荷載5min，達(dá)到10439kN(最小斷裂荷載的73%(標(biāo)準(zhǔn)荷載))時(shí)，穩(wěn)定荷載10min，測(cè)量最終伸長(zhǎng)值，經(jīng)工程師認(rèn)可后，鎖定錨束，均勻卸荷。

2 超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

2.1 主要材料

工程選用的主要材料如下：

鋼鉸線：采用1860MPa級(jí)高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘結(jié)鋼鉸線，直徑15.24mm，鋼絞線外面包裹油脂和PE套管，強(qiáng)度為1860MPa,單根鋼絞線最小破斷應(yīng)力為260kN；

錨具：采用為55根鋼絞線8500kN大噸位錨索定制的專門錨具，錨墊板為900mm×900mm×120mmφ325mm方形錨墊板；

套管：錨索自由段和錨固段均采用高密度聚乙烯波紋管，波紋管內(nèi)徑10in，外徑11.6in，對(duì)錨索自由段的張拉不影響，并能有效地傳遞荷載；

水泥：錨固段、自由段灌漿，均采用G-HSR級(jí)油井水泥；

灌漿管：采用與對(duì)中支架相配套的聚乙烯管，耐壓強(qiáng)度1.5MPa，聚乙烯管接頭焊接，采用DSH-03型塑料焊接機(jī)；

水泥漿液的制作，采用SD120高速膠質(zhì)攪拌機(jī)；

千斤頂和電動(dòng)油泵：?jiǎn)胃撱q線張拉選用YDC240QX-200型千斤頂，張拉油泵采用ZB4-500S型；整體鋼鉸線張拉采用YCW1200A千斤頂，配套ZB10/320-4/800型電動(dòng)油泵。

2.2 施工流程

超大噸位錨索主要施工流程與普通錨索施工相同。

2.3 錨索施工關(guān)鍵參數(shù)

本工程錨索孔道孔徑為325mm，上部平臺(tái)孔深為25m，角度為5.7°，下部平臺(tái)孔深為32m，角度為25.1°。

錨固段、自由段均使用G級(jí)油井水泥，漿液配比1∶0.36，同一個(gè)閘墩，先對(duì)下層錨索灌漿，再對(duì)上層錨索灌漿。灌漿施工時(shí)，對(duì)錨束的內(nèi)部和外環(huán)進(jìn)漿管同時(shí)進(jìn)行灌注，灌漿初始?jí)毫?.2MPa，逐漸加大壓力，結(jié)束灌漿壓力為0.4MPa，內(nèi)部漿面與外環(huán)漿液面的高差不超過(guò)3m。

錨索張拉施工條件：錨固段漿液已達(dá)到32MPa的強(qiáng)度，前部墊塊混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并且都達(dá)到了至少14d的齡期。

3 超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索的特殊施工技術(shù)

3.1 錨索孔道成孔和角度的控制技術(shù)

錨索孔道原設(shè)計(jì)在混凝土內(nèi)預(yù)埋波紋管成孔，后更改為在混凝土內(nèi)鉆設(shè)錨索孔道，錨索鉆孔直徑為325mm，鉆孔孔深分別為25m和32m，孔深施工誤差不大于0.2m；鉆孔方位偏差要求≤1°；鉆孔傾角誤差分別為5.7°±0.8°，25.1°±0.7°；孔底位置中心線與理論值偏差在0.35m以內(nèi)。

針對(duì)錨索施工的高精度要求技術(shù)攻關(guān)小組制定出一套專項(xiàng)技術(shù)方案，重點(diǎn)內(nèi)容如下。

3.1.1 根據(jù)工作平臺(tái)空間和鉆孔設(shè)計(jì)要求，選擇穩(wěn)定性好，精度高、以電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的、功率足夠的XY-1000型鉆機(jī)。鉆機(jī)墊在枕木上，并用4根地錨螺栓(φ20mm)將鉆機(jī)牢牢地固定于鉆孔平臺(tái)。鉆孔進(jìn)程中經(jīng)常檢查鉆機(jī)緊固件的緊固程度及施工平臺(tái)排架扣件的穩(wěn)定性，如發(fā)現(xiàn)松弛，隨時(shí)進(jìn)行緊固。

3.1.2 鉆機(jī)就位后開鉆前必須使用水平尺、羅盤及吊線錘校測(cè)，并在開鉆前用測(cè)量?jī)x器對(duì)孔位、方位精準(zhǔn)校核，未經(jīng)校核不得進(jìn)行鉆孔施工；鉆具安裝時(shí)要保證鉆具軸線與設(shè)計(jì)孔軸線重合，鉆頭中心與孔位點(diǎn)重合。開孔鉆進(jìn)采用輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，在開孔鉆進(jìn)與淺孔階段鉆進(jìn)中，立軸鉆桿不能太長(zhǎng)，選擇為4m，以減輕鉆桿撓曲，避免鉆桿伸出鉆機(jī)頂部過(guò)長(zhǎng)，擺動(dòng)性過(guò)大，致使立軸轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)而產(chǎn)生孔斜。

3.1.3 采用大口徑金剛石鉆頭鉆進(jìn)，一徑到底，較小的鉆具間隙，有利于控制鉆孔偏斜。使用符合規(guī)格的加工精度高、剛度好的各種鉆孔器具，并隨時(shí)檢查，及時(shí)更換有彎曲的鉆具或磨損較嚴(yán)重的鉆桿，鉆進(jìn)中，勤檢查鉆機(jī)有無(wú)移動(dòng)，立軸鉆進(jìn)的方向有無(wú)變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正處理。

3.1.4 鉆孔較深后，注意調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，防止鉆具在壓力過(guò)大下產(chǎn)生撓度。隨著孔深逐漸加深，將鉆桿按一定間隔均勻裝上鉆桿扶正器，以其四面的弧形滑靴板依托孔壁扶正鉆桿柱，使其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不晃動(dòng)，使鉆具回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以降低由于鉆桿撓曲擺動(dòng)而產(chǎn)生的孔斜。

3.1.5 每鉆進(jìn)1個(gè)回次后，嚴(yán)格檢查鉆頭胎體磨損破壞情況，使用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確量測(cè)鉆頭最大外徑及扶正鉆桿最大外徑，如果發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重或已破壞，則必須更換；并檢查鉆桿、鉆具連接處的磨損及破損情況，不符合要求及時(shí)更換。

3.1.6 每鉆進(jìn)3m～5m，采用全站儀測(cè)量鉆孔方位角和傾角，比較測(cè)量成果與設(shè)計(jì)數(shù)值，實(shí)時(shí)掌握鉆進(jìn)軌跡和分析孔斜變化情況。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際數(shù)值超標(biāo)，則需對(duì)施工工藝及機(jī)具設(shè)備等進(jìn)行檢查，采取有效的糾偏措施處理。

技術(shù)小組研究和發(fā)明了“孔內(nèi)定位測(cè)量?jī)x”應(yīng)用技術(shù)，成功地解決了鉆孔傾角和方位角測(cè)量的難題。

3.2 鋼絞線高壓蒸汽清洗技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨固段鋼絞線長(zhǎng)度為15m，需要對(duì)錨固段的鋼鉸線進(jìn)行單根清潔，以除去油脂、油或者其它雜質(zhì)。

清洗鋼絞線，首先人工剝開錨固段的聚乙烯外皮，回開鋼絞線，讓鋼絞線垂懸在施工臺(tái)架邊緣，采用高溫高壓清洗機(jī)(型號(hào)是TWENTY200)清洗；完全清洗干凈后，用棉紗抹干表面積水，再用密封劑和膠帶牢牢纏裹自由段底部鋼絞線和外皮之間的接縫，有效封堵管道末端，阻止油脂溢出以及漿液、水汽進(jìn)入管道。

鋼絞線在高壓、蒸汽、清潔劑的同時(shí)作用下進(jìn)行清洗，能夠快速去除油脂、浮銹等雜物，清洗效果顯著，而且高溫水在霧化作用下，不會(huì)形成大量廢水，能夠達(dá)到環(huán)保要求。

高溫高壓清洗機(jī)的主要性能參數(shù)：工作壓力30bar～200bar，出水溫度30℃～140℃，出水量450L/h～900L/h。使用清洗機(jī)不僅清洗速度快、效果好，而且還極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 孔道灌漿施工技術(shù)

由于巖芯鉆機(jī)鉆成的孔壁十分光滑，為了加大鋼絞線與混凝土的附著力，根據(jù)需要研制了孔壁刷毛器對(duì)孔壁進(jìn)行刷毛處理。孔壁刷毛器利用現(xiàn)場(chǎng)廢舊巖芯管和鋼絲繩焊接而成，利用鉆機(jī)動(dòng)力將孔壁刷毛器在孔道中反復(fù)旋轉(zhuǎn)，充分刷毛孔壁的混凝土面。

預(yù)應(yīng)力錨索灌漿采用G級(jí)油井水泥，水灰比0.36，不摻加外加劑，使用SD120高速膠質(zhì)攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)制漿，并采用高壓灌漿泵進(jìn)行錨索灌漿施工。

同一個(gè)閘墩，先對(duì)下層錨索灌漿，再對(duì)上層錨索灌漿，灌漿施工時(shí)對(duì)錨束的內(nèi)部和外環(huán)進(jìn)漿管同時(shí)灌注。灌漿初始?jí)毫?.2MPa，逐漸加大壓力，結(jié)束灌漿壓力為0.4MPa，內(nèi)部漿面與外環(huán)漿液面的高差不超過(guò)3m。在灌漿的過(guò)程中，隨時(shí)測(cè)讀波紋管內(nèi)管和外管的進(jìn)漿量，根據(jù)進(jìn)漿量的體積與壓水試驗(yàn)時(shí)測(cè)記的體積進(jìn)行比較，配合進(jìn)漿閥門控制漿液面基本保持同步上升。

當(dāng)波紋管內(nèi)部和外環(huán)被漿液充填滿后，漿液分別通過(guò)回漿管流出，出口處用回收桶接收，觀察返漿濃度，繼續(xù)灌漿直到置換出所有低濃度的漿液。當(dāng)返漿濃度與進(jìn)漿基本一致時(shí)，先關(guān)閉回漿閥門，達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力屏漿2min，再關(guān)閉進(jìn)漿閥門，最后停止灌漿泵，灌漿完成后止?jié){閥保持閉漿時(shí)間不少于4h。

3.4 錨索張拉控制技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨索的張拉作業(yè)施工程序：機(jī)具率定→分級(jí)理論值計(jì)算→外錨頭混凝土強(qiáng)度檢查→張拉機(jī)具安裝→預(yù)緊→分級(jí)張拉→鎖定。

首先采用單根張拉方式預(yù)緊，使用YDC240QX-200型千斤頂，對(duì)錨束每一單根鋼絞線施加715kN(最小斷裂荷載5%)的初始荷載。預(yù)緊順序是先張拉錨具中心部位鋼鉸線，然后對(duì)稱張拉錨具周邊部位鋼鉸線。

錨束整體張拉：從固定荷載開始，分5次對(duì)錨束施加荷載，每次施加荷載都近似相等，最終達(dá)到9581kN(最小斷裂荷載的67%(鎖定荷載))，各級(jí)張拉力為：2488kN→4261kN→6035kN→7808kN→9581kN，加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)，升荷速率每分鐘不超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1，每次增加荷載時(shí)，穩(wěn)定荷載5min，在每個(gè)穩(wěn)定荷載間隔時(shí)間內(nèi)，測(cè)量伸長(zhǎng)值。

為了避免夾片收縮，固定和摩擦等造成的應(yīng)力損失，需要對(duì)錨束繼續(xù)增加荷載，分2次對(duì)錨索施加荷載9581kN→10010kN→10439kN，每次施加荷載都近似相等。第一次施加應(yīng)力后，穩(wěn)定荷載5min，達(dá)到10439kN(最小斷裂荷載的73%(標(biāo)準(zhǔn)荷載))時(shí)，穩(wěn)定荷載10min，測(cè)量最終伸長(zhǎng)值，經(jīng)工程師認(rèn)可后，鎖定錨束，均勻卸荷，卸荷速率每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。

卸荷以后，通過(guò)安裝在錨束上的測(cè)壓計(jì)測(cè)量錨束的實(shí)際荷載，如果實(shí)際荷載≥9295kN(最小斷裂荷載的65%)，則千斤頂可以移除，如果實(shí)際荷載<9009KN(最小斷裂荷載的63%)，則需要使用千斤頂按照上一步驟，重新逐級(jí)加載到10439kN，穩(wěn)定荷載10min測(cè)量伸長(zhǎng)值，鎖定后均勻卸荷，再次測(cè)量實(shí)際荷載，如果荷載值仍然<9009kN，結(jié)合伸長(zhǎng)值分析，由工程師做出評(píng)估，決定錨束的處理意見。

錨束張拉完成48h后，再次測(cè)定錨束的荷載，如果衰減的荷載不大于286kN(最小斷裂荷載的2%)，則該錨束張拉認(rèn)定為合格；如果錨索荷載衰減大于286kN，需要使用千斤頂重新加載到9581kN鎖定，并確保荷載不低于9009kN。

錨束張拉完成4個(gè)月內(nèi)，監(jiān)測(cè)錨束的荷載數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如果在設(shè)計(jì)允許范圍之外時(shí)，該錨束需進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉采用YDC240QX-200型千斤頂單根張拉，對(duì)錨束每一單根鋼絞線按照預(yù)緊時(shí)的順序，分三個(gè)循環(huán)逐級(jí)施加荷載到174.2kN(9581kN/55根),即：0kN→87.1kN→130.65kN→174.2kN，鎖定后，再次測(cè)量壓力計(jì)讀數(shù)，錨束整體荷載應(yīng)不小于9009kN。

4 小結(jié)

4.1 錨索孔道采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆設(shè)成孔，在施工中研究和發(fā)明了“孔內(nèi)定位測(cè)量?jī)x”、“全站儀監(jiān)測(cè)”和采用了“孔內(nèi)扶正器”等整套施工技術(shù)，有效地解決了錨索孔道鉆進(jìn)中的大口徑、孔斜和角度控制等難題，確保了孔道高精度、高質(zhì)量成孔。

4.2 高溫高壓清洗機(jī)的成功使用，能夠讓鋼絞線在高壓、蒸汽、清潔劑的同時(shí)作用下進(jìn)行清洗，快速去除油脂、浮銹等雜物，不僅清洗效果顯著、滿足環(huán)境保護(hù)的要求，而且還極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.3 在工程施工中摸索和總結(jié)出了超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索的全套施工方法、施工機(jī)具、施工程序和施工技術(shù)，成功地解決了現(xiàn)場(chǎng)施工難題，高質(zhì)量、高效率、安全地全面完成了施工任務(wù)。

〔1〕《地下空間》，確定預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化方法.2001，4.

〔2〕《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》，預(yù)應(yīng)力錨索在滑坡治理中的設(shè)計(jì)與施工.2004，(14)1.

〔3〕《西北水電》，復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展情況簡(jiǎn)介.2004，4.

〔4〕《巖土力學(xué)》，預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力損失機(jī)理研究.2006，27(8).

〔4〕《建筑施工》，深大基坑中的預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù).2013，8.

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