高边坡预应力锚索施工质量控制

xx 

    关键词：xx船闸；高边坡支护；预应力锚索；施工措施

    摘　要：xx水利枢纽工程xx船闸高边坡支护中，大量使用了预应力锚索。在施工过程中，对原材料、施工工艺、质量控制、异常情况及地质缺陷处理等方面，采取了一系列严格措施，保证了工程高质量。

1 边坡支护概况

　　xx工程双线连续五级船闸（简称xx船闸），全长6 442 m，其中主体段1 637 m。最大开挖边坡高度170 m，闸室部分为直立墙，最大开挖边坡高度为68 m。总水头113．0 m，单级闸室最大工作水头45．2 m，闸室有效尺寸为280 m×34 m×5 m（长×宽×槛上水深）。设计年单向通航能力为5 000万t，系xx工程主要通航建筑物。

　　开挖及锚护主要工程量：总开挖量为4 211万m3，其中一期开挖量1 791万m3，二期开挖量2 420万m3；边坡锚护施工，主要有预应力锚索4 376束、高强锚杆92 626根、普通锚杆81 607根、锚桩160束、喷混凝土257 905 m2和山体排水系统等支护方式。

　　xx船闸地面一期工程形成最高达92 m的边坡，边坡坡比1∶0．30～1∶0．50。分三排布置锚索，南坡高程为177、180、195 m，北坡高程为180、195、210 m。锚索均为端头锚索，长度在28．5～36．5 m 之间，监测锚索为无粘结型，其余均为有粘结型。锚索工程量为428束，其中1 000 kN级225束，3 000kN级203束。

　　地面二期工程形成南、北线侧壁的4面高直立坡，边坡总长6．628 km，平均高度42．5 m，最大高度67．8 m。共布置1 000 kN级预应力锚索4束，3 000 kN级预应力锚索3 944束。3 000 kN级岩锚锚索采用19根钢绞线，锚索钢绞线采用强度级别为1 860 MPa（ASTM416－87a）的高强低松弛钢绞线，直径15．2 mm，每根钢绞线由7根5 mm钢丝组成。孔径165 mm，闸首结构加固锚索采用22根钢绞线，孔径175 mm。监测锚索、闸首结构加固锚索均为无粘结锚索，数量为212束，其余为有粘结锚索。锚索数量统计见表1。3 000 kN预应力锚索构造 图见图1。

2　原材料及张拉设备

　　（1）原材料。钢绞线采用强度级别为1 860MPa（ASTM416－87a）的高强低松弛钢绞线，直径15．2 mm，每根钢绞线由7根 5 mm钢丝组成。锚具采用柳州欧维姆建筑机械有限公司生产的OVM锚具。水泥采用525号普通硅酸盐水泥。砂、石骨料采用人工骨料。膨胀剂采用郑州铝城实业开发总公司水泥厂生产的AEA膨胀剂，减水剂采用广东三水银海化工有限公司生产的GYA高效减水剂和京冶JG－2减水剂。钢材由业主供应。

　　（2）张拉设备采用穿心式千斤顶，预紧和单根张拉千斤顶为YC25型，锚索整体张拉千斤顶为YCW型。张拉设备采用柳州建筑机械总厂产品。

3　施工工艺及质量控制

3．1　检查验收程序

　　端头锚索：造孔→测斜→编束、穿束→锚固段灌浆→锚墩混凝土浇筑→张拉→张拉段灌浆→外锚头保护。

　　对穿锚索：造孔→测斜→编束、穿束→两端锚墩混凝土浇筑→张拉→全孔灌浆→外锚头保护。

　　终孔测斜、锚固段灌浆、张拉、张拉段灌浆4个工序为关键工序，由监理实行全过程旁站；编索、垫座混凝土开仓作为重要工序现场验收签证；其余工序则采取现场抽检或巡视的方式控制。

3．2　锚索造孔

　　锚索孔定位采用全站仪或经纬仪测量，在岩面上标出孔位，在排架平台上标出后视点确定造孔方位。孔位误差控制在10 cm以内，因地质缺陷、废孔重造等原因调整孔位，在0．5 m内需经监理工程师同意，超过0．5 m需经设计认可。施工单位在钻孔过程中采用了分段测孔斜，进行及时纠偏的措施。

    验孔采用全站仪或经纬仪测量，端头锚索验孔 将引导光源置于孔内，经纬仪架设于孔口，照准测定孔底位置的方向角、竖角，同时记录孔深；对穿锚索采用全站仪测量开孔点、终孔点座标，计算孔位偏差、孔深及孔斜。锚索设计孔斜误差要求不大于2％，造孔精度要求高于SL46－94《水工预应力锚固施工规范》3％孔斜要求。在施工中由于穿过断层等原因使得实测孔斜大于2％的孔仅占锚索总数的2．41％。造孔检测成果统计见表2。

3．3　编索和穿索

　　编索关键环节是止浆环安装、灌浆管路铺设、钢绞线绑扎及无粘结钢绞线的去油清洗。无粘结钢绞线去皮范围的误差为：锚固段不得大于10 cm，张拉段不得大于1 cm，洗油时将钢绞线松开，用汽油逐根清洗钢丝，干净棉纱擦净，保证钢丝洁净无油膜。

　　穿束采用人工辅以机械方式进行，该工序主要检查束体入孔长度，控制锚索运输过程中平面转弯半径不小于2．5 m及穿束过程中束体平顺不扭转。

　　穿索后对止浆环进行充气检查，确认止浆环完好和进、回浆管畅通，否则需拔出进行修复。

3．4　端头锚索锚固段灌浆

　　（1）浆液施工配合比见表3。

　　（2）浆材强度检测成果见表4。锚索锚固段注浆材料系现场配制，Cv值在0．11～0．235之间，略偏大，但强度保证率都在90．2％以上，虽然在7 d龄期的标号中，有少数强度略低于设计值，但平均强度均大于设计强度较多，且28 d龄期强度有较大增长并大于设计值，对于个别7 d龄期强度偏低的锚索，采取了延期进行张拉的措施。

　　（3）灌浆过程控制。①锚固段灌浆，压力0．2～0．4 MPa，回浆管回浓浆后并浆压力0．2 MPa，并浆时间30 min；②灌浆结束标准，主要以灌浆量大于理论耗浆量，回浆比重不小于进浆比重，且孔内不再耗浆为控制依据；③灌浆过程中对耗浆量、止浆环气囊压力及回浆压力等诸项数据进行仔细的检查，若耗浆量过大、气压或回浆压力偏小，判断可能存在止浆环失效、地质缺陷、裂隙漏浆等异常情况，则必须作进一步的分析检查。止浆环失效则将索体拔出修复、裂隙窜浆及地质缺陷处理方法包括：固灌扫孔、孔道加深等。

3．5　锚索锚墩混凝土质量控制

    （1）锚墩垫座混凝土施工配合比见表5。

    （2）垫座混凝土开仓浇筑。

　　（3）施工单位和监理的试验室进行了现场抽检，检测成果见表6。

3．6　预应力锚索张拉

　　（1）张拉工序包括：锚具安装→单根预紧→分级整体张拉→锁定。

　　（2）张拉吨位。预紧采用多遍循环预紧方式，单根预紧吨位30 kN。每根钢绞线以两遍预紧伸长的增量不超过3 mm为限，超过3 mm的钢绞线则进入下遍循环继续预紧。

　　（3）稳压持荷时间：分级稳压5 min，最后一级稳压10 min锁定。

　　（4）张拉工艺及质量控制。张拉是预应力锚索施工的关键工序，张拉工序由监理全过程旁站。张拉吨位以张拉力控制为主，采用张拉力与伸长值同时控制的双控标准，若张拉伸长量的实测值未超出计 算值（－5％，＋10％）允许偏差范围，则符合规范要求。通过伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻损失是否偏大，以及预应力筋是否有异常现象等。

　　监理旁站检查原始数据的测量，校核张拉实测伸长值与计算伸长值，若实测值超出允许偏差范围，则暂停张拉，分析原因，采取措施予以调整后，方可继续张拉。此外，在锚固锁定时检查预应力筋的回缩值，以免由于锚固锁定引起的预应力损失超过规范要求。

　　张拉工序出现的夹片滑丝、实测伸长值超标等异常情况均及时向设计通报，明确处理措施。处理方法包括更换夹片重新张拉、单根补偿张拉、整束锚索返工等。在锚索张拉符合要求或出现异常情况但经处理符合要求之后方准许进入下道工序。

3．7　锚索张拉段灌浆

　　张拉段灌浆浆材设计标号为R28350。原材料检查及取样检测与锚固段灌浆浆材的质量控制相同。张拉段灌浆强度取样检测情况见表4。锚索在张拉锁定后即进行张拉段灌浆。灌浆压力，0．2～0．7MPa；结束标准，并浆时间30 min，实际耗浆量大于理论耗浆量，回浆比重不小于进浆比重，且孔内不再耗浆。

　　监理工程师全过程旁站，检查浆液按配合比拌制及原材料符合要求，对比进、回浆比重，回浆比重达到进浆比重开始计算并浆时间，检查核实耗浆量，确认灌浆结束前孔内不再耗浆。对于灌浆过程中出现的裂隙漏浆、持续耗浆等异常情况，施工单位采取封堵裂隙、延长并浆时间进行处理，直至符合要求。

3．8　锚头封堵混凝土浇筑

　　外锚头保护是锚索施工最后一道工序。锚索在张拉锁定，并完成封孔灌浆后，将锚索外露钢绞线预留50 mm长度，其余采用手持砂轮切割机切去。钢绞线、工作锚进行清洗、垫座混凝土凿毛处理后，用R28250细骨料混凝土封闭保护锚头。

4　几个异常情况的处理

　　（1）端头锚索二次进浆管堵塞。对二次进浆管已堵塞的锚索采取了补设回浆管、利用原回浆管灌浆，提高压力灌浆等方式处理，对于其中的重要部位，设计采取了增补锚索、锚杆等措施，共计增补锚索167束。补打锚索的施工，在张拉段灌浆前先检查二次进浆管，若不能保证通畅，则将锚索卸荷，另穿入 15 mm钢管至孔底替代灌浆管，再重新张拉，穿管处理过程由监理工程师全过程旁站，共计有7束锚索用该方法处理，从而保证了因处理二次进浆管堵塞而补打的锚索灌浆通畅。

　　（2）锚索张拉伸长值超标。张拉实测伸长值超出计算值（－5％，＋10％）的锚索共有32束。出现伸长值异常的原因包括：锚固段裂隙窜浆使张拉段缩短、地质裂隙受压闭合等。处理方法包括：确认为地质原因造成伸长值异常而保留使用、整束锚索返工等，因张拉伸长值异常而增补的锚索有1束，经过处理的锚索均能满足设计要求。

　　（3）锚索夹片滑动或锁定回缩量超标。出现夹片滑动或锁定回缩量超标现象的锚索共计有33束，占锚索总数的0．84％。出现异常的原因包括：个别批次的锚具夹片加工缺陷、钢绞线被尘粉粘染等，处理方法包括：卸荷后更换夹片重新张拉、单根钢绞线补偿张拉等，处理过程均由监理旁站验收，经过处理的锚索张拉吨位达到设计要求。

　　（4）对于三闸室北坡因马道清渣而砸损的锚索锚头封堵混凝土和锚墩头，采取了修复和增补锚索的处理措施。

　　（5）锚索墩头开裂。共有8束锚索的墩头在张拉过程中开裂，是由于地质原因造成，其中3束锚索降低吨位使用，并另补锚索1束，其余锚索可以达到设计张拉吨位。

　　（6）锚索张拉段灌浆异常情况。在灌浆过程经常遇到裂隙漏浆、堵管等异常情况，分别进行了封堵裂隙、延长并浆时间等处理，并增补了1束锚索。

5　遇到地质缺陷问题的处理

　　由于预应力锚固技术在水利水电工程中处于大力推广和发展阶段，在施工过程中经常遇到地质缺陷问题，在xxxx船闸施工中通常采用下列方法进行处理。

　　（1）锚索施工过程中应加强对钻孔岩粉、回风、进尺速度、塌孔、冲孔、冲洗孔回风、回水等现象的观察和记录，以利于监理人员及设计人员分析是否需要进行固结灌浆处理。

　　（2）钻孔过程中遇到塌孔、严重失水、漏风等现象，造成钻孔困难时，应认真分析原因，当确定为地质缺陷时，应先进行围岩钻孔固结灌浆处理，如xx船闸南线南坡四闸首SD4－1－7＃锚索孔在钻至30m左右时，发现钻进速度加快，同时有失水、漏风现象，经孔内电视检查表明该处有一条2 m宽裂缝，孔深42～48 m处遇断层破碎带，地质工程师初步判断为F10断层，需进行固结灌浆再扫孔处理。如该处设计为锚头锚索而内锚段孔仍存在地缺陷时， 应按监理人员的意见并经设计人员认可后加深钻孔，直至内锚段全部到完整岩体为止，同时锚索长度作相应调整。

　　（3）锚孔围岩灌浆实质上就是利用锚孔进行深孔固结灌浆，当锚孔为竖孔时，为了简化施工工艺，可采取自下而上分段灌浆，段长大于8 m，其他事项应按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62－94执行。当锚孔为水平孔或仰孔时，可在孔口安设灌浆塞，全孔一次灌注，灌浆压力为0．3 MPa，水泥标号不低于325级，浓浆进，浓浆出，在0．3 MPa灌浆压力下，灌浆段吸浆量小于0．4 L／min，延时30min即可结束。灌浆过程中若灌入量较大且不起压，可间歇12 h后再灌。

　　（4）大量实践证明，锚孔围岩灌浆，认真施灌一次效果已很显著，多次简单地重复施灌，往往延误工期，造成浪费，效益也提高不多，如遇一次施灌效果不能满足设计要求时，可采用下列补救措施：①提高水泥细度，改善浆液可灌性；②改用化学灌浆。

　　（5）锚孔围岩灌浆时，如遇地质条件差，发生严重串孔时，将形成大面积承受灌浆压力的危险局面，对抗滑、抗倾覆稳定极其不利，故该项灌浆应优先采用单孔单灌，即灌一孔再钻相邻孔。若效果仍未达到设计要求，则可采用：①充水平压，将串通的孔逐孔充水，也可阻塞孔口将孔内积水低压循环，既可减少串浆可能，又可将小量串浆立即冲出去，避免在孔内沉淀；②先临时封堵邻孔，待灌浆结束后，再对邻孔进行扫孔，严重串孔时，应会同监理、设计人员研究，并采取有效的补救措施。

　　（6）锚孔围岩灌浆后，还须扫孔，恢复锚索孔道的正常作用。扫孔时间的选择，首先应考虑不损坏缝内充填的水泥结石，其次是在易于扫孔作业，龄期太长，强度增高后，将加大扫孔工时，增加造价，具体扫孔时间，可通过试验选定，一般以1～3 d为宜，扫孔后的钻孔应冲洗干净，孔内不得残留废渣，扫孔深度和锚索长度仍按原设计图纸施工。

　　（7）当岩面高低不平，以及破碎极为严重，尤其是各种裂隙交错发育，使边坡岩体的稳定性大为降低，更为严重的是孔口有大量风化岩体的存在，如xx船闸南坡SD6－1－12＃锚索孔位就存在这种情况，经监理、设计人员现场协调确定，一是撬除孔口危岩，二是将锚墩体积增大一倍，与岩体的接触截面为1．0 m×1．0 m，再是张拉吨位适当降低。

6　锚索预应力损失分析

　　（1）锚索预应力损失的主要原因有：钢绞线外锚固端卡具产生滑移；围岩发生位移以及钢绞线松弛；混凝土的干缩、徐变，岩体的流变等因素的影响。

（2）预应力锚索测力计用来监测预应力损失和 预应力效果。xx船闸共布置了113台锚索测力计监测锚索的长期预应力状态，锚索测力计实测的预应力统计见表7，由表7可以看出，xxxx船闸锚索预应力损失变化趋势符合一般规律。

7　结　语

　　预应力锚索是确保边坡整体稳定的主要措施，也是处理断层、裂隙切割形成大型不稳定块体的快速、经济、可靠手段。经过近4 a的监测，锚索的各项指标均达到设计要求，边坡变形控制在允许范围之内，由此表明锚索施工质量总体优良

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