水电工程中边坡锚索支护施工常见问题与控制

摘 要: 预应力锚索作为一种高效、环保的支护手段已被广泛应用和认可, 随着材质的提高和施工工艺的成熟, 必将在各类工程中得到更广泛的应用。
关键词: 电站；边坡；锚索
Abstract: PRESTRESSED ANCHOR CABLE as a an efficient, the environmental protection the branch retaining means of has been widely applications and recognized, With the the the the improvement of of the Material and the the the maturity of of the construction technology, the is bound to in various engineering, in the the get more wide range of applications.
Keywords: power plants; slope; anchor cable
2095-2104（2012）

1 锚索设计的质量控制

根据锚索试验的实测结果表明, 锚索施工锁定会产生锁定损失, 张拉完毕锁定后还会产一定的应力损失。某电站电站左右岸边坡监测的实测数据表明, 锚索的锁定损失为3~ 10%, 地质条件较差的区域锁定损失要大些; 后期由于应力调整等因素, 会有3% ~ 10%( 平均4.5%) 的后期荷载损失, 一般在张拉后60 d 左右趋于稳定。锚索的典型过程线如图1 所示。
图1 锚索的典型过程线图
除了满足DLPT 5083- 2010 等有关技术规范的要求外, 根据工程规模、锚索加载部位的受力特点、施工锁定损失等因素, 抗滑桩桩顶锚索、堆积体锚索设计永存力应低于锚索级别, 需要根据相关部位的受力特点计算。为充分考虑锚索的上述工作特性,某电站电站边坡常规锚索的张拉均采用超张拉持荷稳压、超载安装施工方法, 设计超载系数定为

1. 05~ 15。某电站边坡的预应力锚索设计采用参数如表1。

表1 预应力锚索的主要设计参数表

2 锚索施工中的常见问题及控制

锚固效果及锚固质量, 除了受钢绞线、锚具、灌浆等施工材料的质量控制外, 更多依赖于施工的过程控制。随着造孔技术、张拉设备、钢绞线材料和锚具工艺的技术进步, 使预应力锚索的锚固效果有了进一步的提高, 但预应力锚固本身属于隐蔽工程, 在锚索施工完成后, 除了监测锚索外, 就没有其他更好的检测和评价的手段, 特别是在边坡的锚索施工中,由于不可控的因素很多, 更容易影响锚索的锚固效果。
在某电站边坡锚索试验阶段和施工初期, 锚索张拉过程出现了锚固端未能锚固、锚墩沉陷变形、测力计读数和千斤顶读数相差过大等问题, 针对出现的问题, 分析了原因, 采取了不同的方法对锚索的施工全过程进行了控制, 到达了预期的支护效果。

2. 1 锚固端锚固力不足

当锚固端地质条件与设计采用参数有较大差距, 导致锚固端锚固深度不够、或锚固段有不利结构面、或灌浆质量控制不严格导致锚固段没有达到密实灌注, 都可能导致锚固力不够。在张拉过程中可能出现荷载加不上去, 或钢绞线被拉出来, 也可能发生锁定后锚具飞出的现象。控制方法:
1) 造孔过程中要求做好锚固段始末两处的岩粉采集, 记录每一钻进的尺寸、回水颜色、钻进速度和岩粉记录等数据。若锚固段发现软弱岩层、出水、落钻等异常情况, 应及时调整处理, 确保锚固段位于稳定的岩层中。
2) 灌注前应对注浆体进行流动性和泌水性测定。
3) 为给锚索张拉提供依据, 锚固段注浆时对每一根( 或同一级别、同一时间注浆的) 预应力锚索的灌浆浆液均取样做抗压强度试验, 并要求在进行张拉时水泥浆结石强度不得低于设计强度的75% 。
4) 采用排气法注浆, 灌浆自动记录仪记录。锚固段和张拉段灌浆压力均为0. 3 MPa~ 0. 5 MPa, 闭浆时间一般为15 min。灌浆结束标准: 灌浆量大于理论吸浆量; 回浆比重不小于进浆比重, 且稳压15min, 孔内不再吸浆。

2. 2 锚索偏心

由于施工精度控制不严, 会出现锚索偏心, 工作锚板与锚索孔偏心, 影响张拉和锁定吨位, 还可能造成锚索的失效。控制方法:
1) 优先采用效率高且具有纠偏、除尘功能的潜孔钻机造孔, 钻孔直径大于锚束直径40 mm 以上( 根据锚索形式并确保满足水泥浆包裹厚度不小于20mm 来确定) , 方位角偏差不大于2. 5b, 开孔孔位偏差不大于0 cm, 孔斜不大于孔深的3% ( 特殊部位孔斜不大于孔

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深的1%) ; 造孔超深偏差不大于20 cm;要求锚索钻孔孔位及钻机方位采用全站仪放样, 钻机倾角采用水平仪控制, 以控制钻孔的方位及角度。
2) 在松散体中钻孔, 原则上采取套管跟进保护钻孔。
3) 在锚垫板与钻孔之间安装外径与钻孔直径相同薄壁钢管( L \0. 8~ 1. 0 m) , 并需伸入钻孔至少50~ 100 cm, 薄壁钢管( 即锚墩孔道) 中心线应与锚孔轴线重合, 钢管外端与承压锚垫板钢管焊接。锚垫板与锚孔轴线应保持垂直, 误差不大于0. 5b。

2. 3 锚墩沉陷、变形

由于基础承载力不够或施工质量等原因, 在锚索的张拉过程中会出现锚墩沉陷、锚墩开裂等现象。控制方法:
1) 外锚头的体形尺寸、混凝土标号、承压钢筋配置或螺旋筋必须严格按设计图纸要求施工。除了控制锚墩的浇筑质量外, 还需要根据锚墩部位的基础承载力复核锚墩的尺寸和形式。
2) 在混凝土浇筑前需要清除锚墩底部范围的松动岩块, 清洗干净, 对地质缺陷进行处理。
3) 钢筋、模板的规格尺寸、安装位置符合设计要求; 锚垫板底部混凝土或水泥砂浆必须充填密实,强度符合设计要求。
4) 锚垫板外平面与孔口管及孔中心线垂直角误差不大于0. 50。

2. 4 测力计读数比千斤顶读数小

测力计读数比千斤顶读数小的情况在锚索施工时有发生, 根据现场分析检查的结果, 基本是由于张拉设备输出数据不准确造成的。为了控制锚索的张拉锁定吨位, 进行如下控制:
1) 预应力锚索的张拉作业应按下列程序进行:机具率定y分级理论值计算y 外锚头混凝土强度检查y张拉机具安装y 预紧y 分级张拉y 锁定y 签证。当锚固段注浆体、锚墩混凝土抗压强度均达到设计强度75%后, 才能对预应力锚索进行张拉。同一批次的锚索张拉, 必须先张拉监测锚索。
2) 张拉设备在张拉前必须与相应级别的测力计、压力表及千斤顶3 者要进行配套标定, 同时绘制压力表读数和张拉关系曲线, 以指导现场张拉作业,如果锚索测力计的读数与千斤顶读数相差较小, 以测力计读数为准, 如果相差较大, 应要求强制率定千斤顶和压力表。张拉设备的标定间隔期不应超过6个月, 经拆卸检修的张拉设备或经受强烈撞击的压力表, 都必须重新标定。发现或怀疑存在问题的张拉设备、或与测力计联合标定时读数( 到设计荷载时的读数) 相差超过2% 的张拉设备, 即使距上1 次标定时间未满6 个月也应重新标定。
3) 张拉前必须把张拉机具、测力装置及所需附属机具准备齐全, 并都进行严格的率定和校验。对率定和校验过的机具要妥善保管, 以免影响精度。机具率定或校验合格证书必须经过验收合格后方可使用。
4) 千斤顶的选用必须与锚索级别相配套, 出力应满足超张拉的要求, 一般大于设计张拉力的1. 5倍, 但不宜超过设计张拉力的2 倍。现场张拉用的压力表精度不得低于1. 5 级, 并用精度不低于0. 4级压力表标定, 工作时最大压力值应不超过表盘量程的75% , 最小压力值不应小于压力表量程的25%。
5) 设计张拉力的控制与检查, 应以压力表读数为准, 同时应校验其伸长值。张拉各级加载稳压前后, 均应量测钢绞线的伸长值, 若实测伸长值与理论伸长值相差超过10%或小于5% , 应停止张拉, 查明原因后才能重新张拉。
6) 锚索张拉尽可能采用群顶张拉, 并必须保证各台千斤顶升荷、卸荷同步, 群顶合力点与锚束轴线重合。单股预紧应进行两次以上, 预紧实际伸长值应大于预紧理论值, 且两次预紧值之差应在3 mm之内, 以使锚索各钢绞线受力均匀, 再进行整束张拉。整束张拉一般分5 个量级进行, 即张拉荷载分别按设计永存张拉力的25% ~ 115% 逐级依次进行, 并且应控制最大张拉力不得超过预应力钢材强度标准值的69%。除最后1 次超张拉要求静载持续30 min 外, 其余3 级、4 级加载静载持续5min( 6 000 kN 级应为15 min) 。
7) 加荷、卸荷速率应平稳, 张拉时升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的10%, 卸荷速率每min 不宜超过设计预应力值的20% 。

3.结束语

综上所述，预应力锚固属于隐蔽工程, 因此, 锚索的支护效果在于施工过程的控制。预应力锚索的施工必须严格遵守操作规程。通过严格的过程控制, 某电站电站边坡的锚索取得了预期的支护效果。
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