张 瑜

（山西小浪底引黄水务有限公司, 山西 太原 030002）

1 概况

山西省小浪底引黄工程地处山西运城市,是一项大型引调水利工程。工程年引水量为2.47 亿m3,设计流量20 m3/s。地下泵站厂房安装6 台（4 工2 备）三级离心泵,单机引用流量5 m3/s,水泵设计扬程236.10 m。厂房由主机间、副厂房及安装间组成,机组间距11m/11.05 m,吊车梁以上开挖宽度22.1 m,以下开挖宽度20.9 m,从上至下依次为电动机层、电缆层、水泵层和进水阀层,其中水泵安装高程为211.4 m,电动机层高程为223.5 m,顶拱开挖高程244.0 m,最大开挖高度40.5 m。

2 预应力锚索施工依据及技术要求

小浪底引黄工程地下泵站厂房分六层开挖,首层开挖中先行开挖中导洞,开挖断面尺寸8 m×9 m,中导洞开挖实际揭露地下厂房顶拱范围主要为灰白色薄层白云岩,以薄层结构为主,围岩及结构破碎,贯通裂隙很发育,未出露原设计图中的破碎带,为保证安全,对原开挖支护图中顶拱布置的锚索全部取消,顶拱另行布置系统锚索,先期施工中导洞顶拱范围内24 根锚索采用7束Φ18 mm高强度低松驰钢绞线组成一束,单根锚索长度为25 m,锚固长度8 m,张拉段长17 m,7 束钢绞线设计拉力为1000 kN,钢绞线结构示意图（见图1）。

图1 钢绞线结构示意图

3 预应力锚索施工工艺

3.1 锚索施工工艺流程图（见图2）

图2 锚索施工工艺流程图

3.2 施工平台搭设及钻孔

采用20 a号工字钢焊接形成,台车上铺设钢筋网作为作业平台,钢筋网采用φ25 mm或φ22 mm的钢筋骨架,内焊接φ12 mm或φ8 mm的形成。平台四周采用φ48 mm钢管焊接护栏,基础平整,保证施工平台稳定牢固,满足施工承载要求。

根据平面控制点引测,依据有关测量资料计算,结合施工图纸确定钻孔位置。将锚索钻机运至目标平台,待安装好钻机后开钻,确保钻孔开孔位置保持在≤10 cm的偏差内,孔斜孔深误差保持在≤2%的范围内。采用YXZ50 钻机及DH6 冲击器配套Ф146 mm钎头进行钻孔,开孔时,使钎头紧贴岩面低压冲击,平稳缓缓推进即可。

针对稳定岩层常规钻进即可,鉴于中导洞存在较破碎的围岩情况要采取套管跟进技术,实现一边钻进同步跟进套管,保护好开孔段孔壁,钻孔过程中遇到掉块较为严重的情况进行分段钻进,同时采用高强速凝水泥-水玻璃浆液进行护壁作业,每钻进一定长度,护壁一次,待水泥浆形成一定强度后扫孔继续钻进,如此反复直至穿过复杂地层,恢复常规钻进至设计深度。

3.3 预应力锚索制作

锚索原材料钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2014）标准有关性能指标的要求。钢绞线强度利用系数≤75%,1000 kN锚索共设有7 束钢绞线,每束由7 根Ф5 mm钢绞线组成。

锚索下料长度按下式确定：

式中：L为预应力锚索长度,m；L1为内锚固段长度,m；L2为张拉段长度,m；L3为外锚固段长度,m。

为简便起见,在实际施工中应按孔深再加长1.8 m为下料长度,以能够满足该工程设计及所用设备的要求,钢绞线下料用砂轮切割机切割,严禁采用氧气和电焊切割。

全部锚索下料编索须在加工棚内完成,按设计好的长度下料,之后平顺放在棚内高0.5 m,宽1.5 m的台架上,对钢绞线逐一检查是否损伤,并剥离钢绞线的HDPE外皮,散开钢绞线锚固段,将钢绞线上的油脂进行专业清除,之后按原状编好钢绞线。沿索体轴线方向,在锚固段每隔100 cm设置一个隔离架,为更好地固定钢绞线,在两个隔离架中间用一道16 号铁丝进行紧箍[1],最后用Φ0.8 mm铅丝绑扎牢固。隔离架与钢绞线接触部位边角毛刺须认真修整平滑,经过隔离架的每根钢绞线均需用无锌铅丝与隔离架绑扎在一起,以防止穿索时隔离架损伤钢绞线。在钢绞线编索时一并在索体上绑附注浆管、回浆管,管口应加以区别,避免混淆。绑扎用Φ0.8 mm铅丝即可,最后装上导向帽[2]。

按照设计图纸预应力锚索导向帽为塑料材质,回浆管伸出导向帽约10 cm,由于地下厂房顶拱锚索孔较深,锚索穿越岩层为夹层、裂隙发育,在穿索过程中塑料材质导向帽容易被破坏,回浆管也容易被破坏、堵塞。实际施工中采用加长10 cm的钢制导向帽,回浆管伸至导向帽端头,超出钢绞线端头10 cm,在导向帽端头四周开孔,从而保护回浆管在穿索过程中不被破坏,也可以保证注浆后钢绞线及导向帽被水泥浆包裹。

3.4 预应力锚索安装

锚索运输至安装工作面采取人工运输,曲率半径不宜小于3m,防止运输过程中造成对锚索结构的损坏[3]。中导洞开挖断面尺寸不大,锚索工程量较小,卷扬机及锚索入索机布置及搬运受限,较之采用机械提升加之人工辅助入孔的方式更为高效。锚索入孔时应控制保持顺畅,均匀向孔内推进,不可旋转锚索,保护索体不受损坏。在锚索孔孔口部位设置两根C25,L=2 m的吊装锚杆,外露50 cm,并在锚杆端部焊接吊钩,手动葫芦挂设于锚杆上,采用手动葫芦进行固定锚索。锚索安装好后,及时对锚索进行固定、封孔,手动葫芦待锚索后期灌浆完成达到龄期后再进行拆除,及时对外露索体进行保护。

3.5 锚索注浆

按照设计要求厂房顶拱中导洞锚索施工完成才能进行厂房顶拱两侧扩挖,锚索注浆完成后,锚固段需达到设计强度才能进行张拉施工,中途等待张拉时间较长,实际优化为采用M50 水泥浆,锚索注浆采用M50 水泥浆全孔一次注浆,从而可以提前达到设计强度,尽早满足设计张拉要求,缩短锚索时间,为后续厂房开挖节省工期。根据孔壁围岩情况,通过试验注浆压力为0.2 MPa～0.3 MPa,水灰比约为0.38～0.45,并加适量微膨胀剂和早强剂,水泥浆胶结材料的强度等级同时应满足施工图纸的要求。锚固段浆液结石强度指标满足：R7d≥30 MPa, t≥3 min。灌注时采用高压注浆泵灌注,阻塞器封闭灌注,浆液从注浆管向内灌入,回浆管回浆。排气管开始回浓浆后,灌入的浆液浓度与回浆浆液浓度相同,采用0.3 MPa压力屏浆,屏浆20 min～30 min即可停止注浆。锚索灌浆时在锚垫板表面表面临时放置一个隔离架,以保证孔口附近钢绞线定位,待锚索张拉前取消。

在锚索注浆过程中偶然会出现串浆,需采取间隙灌浆和反复屏浆的方法,同时对串浆量大的部位采用麻丝、快硬水泥砂浆、堵漏剂等进行封堵,对于串浆量小的部位采用快硬水泥砂浆进行封堵,并实时观测回浆管内排出的浆液比重与灌入浆液比重差异,如果比重相同,按结束标准进行屏压停止灌浆。

3.6 预应力锚索张拉

锚索张拉主要是控制张拉力,辅以伸长值进行校核。当锚索实测伸长值与理论伸长值允许一定偏差,但是超过10%或小于-5%时,应当停止张拉工作,并且分析原因并进行调整后,才可继续进行张拉。张拉过程中,应当认真记录相关数据,主要包括油压表读数、伸长值等。

通过编号MS4 号锚索张拉成果（见表1）形成的张拉实际伸长值与张拉力的坐标图（见图3）中可以看出,实际锚索张拉线位于设计规定的110%与95%之间,更贴近于110%的曲线,张拉成果完全符合设计要求。

表1 MS4号锚索张拉成果

图3 MS4锚索张拉曲线

根据表1 和图3 的MS4锚索张拉曲线,综合进行封锚处理。锚索张拉、锁定并经监理人验收合格后,露出的钢绞线用金刚砂轮切断,切口位置至外锚具的距离不应小于5 cm。外锚头加装钢帽,钢帽内注满M20 水泥砂浆。

4 锚固力观测成果

预应力锚索测力计用来监测锚索预应力损失和预应力效果,锚固力测值是锚索预应力损失和预应力效果的综合反映,从厂房顶拱布置的锚索测力计测试结果看,后期锚索测值稳定,施工4个月后基本再无变化量,测力计荷载过程曲线见图4,由此表明厂房顶拱预应力锚索施工工艺可靠。

图4 顶拱预应力锚索测力计荷载过程曲线

5 结语

小浪底引黄工程地下厂房中导洞顶拱预应力锚索施工是厂房顶拱支护的重要工序,加上中导洞空间狭窄,围岩条件较差,且预应力锚索为竖直向上,工期紧,施工难度大。施工过程中综合工期及地质条件影响,对锚索导向帽、灌浆浆液配合比等方面进行优化,以及钻孔、灌浆存在的问题采取的有效措施,均有力保证了小浪底引黄工程地下泵站厂房中导洞顶拱预应力锚索施工进度和质量,同时也给同类型施工条件下的工程提供一定借鉴经验。