唐先峰
中国水电八局六公司云南昆明650500
摘要：5.12地震发生后，为加强武都水库大坝坝体抗震能力，在大坝下游护坦上布置预应力锚索的方法对大坝进行加固处理，以确保坝体的正常运行和提高抗震级别。本文从武都水库大坝深层加固锚索施工技术与质量控制中的一点经验进行浅述。
关键词：深层稳定加固；预应力锚索；施工工艺；质量控制
1.概述
1.1工程概况
武都水库大坝右岸非溢流第一坝段，经深层抗滑处理F31、102F断层开挖后建基面高程为EL535，相应最大坝高为125.14m。该坝段下游同时存在倾向上游的f115断层（N15～35°E/NW∠22～36°），5.12地震发生后，为加强坝体抗震能力，经设计修改在该坝段下游护坦上布置预应力锚索的方法进行加固处理，以确保坝体的正常运行和提高抗震级别。
为保证锚索长期在水下稳定工作，设计采用防水压力分散型锚索。锚索由13根d=15.2高强低松弛钢绞线编制而成，强度标准值1860MPa；内锚固段为压力分散型锚头，共分4组，每组间距为2m，锚固段总长为8m，穿过断层10m以上。
1.2主要施工项目及工程量
主要施工项目为预应力锚索施工。其主要工程量初步预定见表1-1。
2施工布置
2.1施工平台
锚索制作、加工平台：因施工现场场地平整，且在同一高程面进行施工，因此不需要用钢管搭建施工平台。对运输来的成品锚索按孔号进行编号，存放，采取防潮措施，防止锚索锈蚀。对于长度超出坝体施工平台的锚索，可进行盘放。
2.2临时制浆站
临时制浆站布置于护坦下游侧，采用Φ40钢管及防雨篷布搭设，站内设水泥平台一个，水泥平台用Φ50mm双层脚手架钢管搭建排架，高1.5m，底部架空；布设ZJ-400高速制浆机一台，BW100/100输浆泵一台，并配置自动记录仪，以便进行固结灌浆及锚索注浆。
2.3废水废渣处理
施工产生的废水经排水沟排至集水坑沉淀后采用排污泵或排水沟抽排至指定地点统一排放，废渣采用运输车运至指定堆放场。
3预应力锚索施工
3.1施工范围及锚索类型
分布在大坝19#坝段护坦，锚索均为2000KN的预应力压力分散型无粘结锚索，要求必须采用防水性能等级较高、能长期在水下安全运行的专业厂家成套生产的压力分散型无粘结锚索，经过对比分析多家压力分散型无粘结锚索产品后，决定采用具有多项专利技术的水科院研究和生产的高性能成套生产的压力分散型无粘结锚索。因该部位锚索是永久性锚索且要做好长期防水防腐处理，整个成品索均套管+防腐油脂，确保防水防腐。故对安全系数要求很高，为确保质量，经计算确定和专业厂家推荐，锚索开孔孔径为Φ150。每束锚索由13根分成4组不等长的钢绞线组成，4组钢绞线分别连接4组内锚固头。
3.2施工原材料
（1）钢绞线：预应力锚索全部采用无粘结（自由段做无粘结处理）双层保护型式。选用φ15.24mm，1860级的7Ф15.2mm高强度低松弛钢绞线，每批钢绞线经检查检验合格后方可使用。
（2）预应力锚索的锚具、夹具选用OVM系列产品，该系列产品提供了锚具通过200万次疲劳性能试验、50次周期荷载试验的最新资料。根据厂家提供的资料，预应力筋-锚具组装件静载锚固性能试验结果锚固效率系数大于或等于95%、预应力筋总应变大于或等于2.0%；预应力筋-夹具组装件静载试验测定的夹具效率系数大于或等于0.92。
（3）其它配件及材料如钢垫板、镦头机（LD10）、导向帽（穿孔器/连接器，CKQ8AT）、铅焊机、连接板、分束板等，均采用OVM系列配套产品。牵引绳采用直径为8mm的钢丝绳。
（4）灌浆管选用外径Ф25mm的PE塑料管，使用前进行耐压试验，其耐压值应大于灌浆压力的1.5倍。
（5）水泥：选用强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥。
（6）外加剂：对锚墩混凝土和锚索灌浆的水泥浆液，为提高其早期强度，需加入适量的早强剂，具体型号、数量根据实验确定。
（7）水：应符合拌制砼的用水标准。砂、石子：质量应符合《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001的规定。
3.4施工工艺和方法
预应力锚索施工程序如下：
施工准备——成孔——锚索制作及安装——锚固段注浆固结——外锚头制作——预应力张拉锁定（补偿张拉）——永久防护——竣工验收。
（1）施工机具及方法：预应力锚索在施工平台上进行施工，采用成都哈迈探矿机械厂生产的哈迈－70型全液压钻机造孔，系统供风采用上海英格索兰公司的HP750中风压21m3/min型移动式空压机供风。锚索由厂家根据工程要求加工成品锚头，锚索施工现场编制和组装，人工配合吊车安装，千斤顶张拉设备选用锚索生产厂家的OVM系列产品，千斤顶选用YWC500-200（整体张拉）、YDC240Q-200（单根预紧）两种。
（2）造孔
①钻孔位置、钻孔倾角、方位角、孔径及孔深严格按照设计文件执行，钻孔孔位偏差不大于100mm。倾角误差不得大于孔深的2%，方位角误差不得大于2°。在钻孔过程中要求每钻进5.0m应及时测量孔斜及时纠偏。为确保锚索的安装进行，要求成孔深度应比设计孔深深50cm，锚索长度根据实际孔深确定。钻孔达到设计孔深时须将孔内冲洗干净，孔内残留物不超过10cm，钻孔完毕，用风将孔内积水排干。2000KN级压力分散型锚索开孔孔径为Φ150，同一孔径钻至终孔。
②钻孔过程中，如遇岩溶洞穴、塌孔或掉钻，应及时进行记录。影响进一步钻进时，需先进行固结灌浆处理。固结灌浆采用孔口阻塞纯压式灌浆法，将钻孔作为一段进行全孔灌浆，灌注强度等级为52.5级的普通硅酸盐水泥，纯水泥浆灌注，灌浆水灰比0.45：1—0.5：1，灌浆压力0.3~0.5MPa，灌浆结束标准按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148-2001执行。
③详细记录每一钻孔的孔深位置与岩屑颜色、钻进速度等数据。若在锚固段发现软弱岩层、掉钻等异常情况，应加深至较完整的岩体内，以确保锚固段位于稳定的岩层中。若在其它部位发现软弱岩层、掉钻等异常情况，随时作好采样记录，并及时报告。
④因锚索孔为45度孔，开孔时用地质罗盘进行开孔角度测量，钻孔过程中按10~15m为一段分段测斜，发现孔斜偏差较大时及时采取纠偏措施。
⑤钻孔完毕，应将水管伸入孔底，通过大量水流，从孔内向外对孔壁及孔底进行冲洗，直至回清水再延续5~10min，冲洗结束后，观察孔内失水情况，若有较明显的失水现象，应对全孔先进行固结灌浆处理，处理要求同②。
⑥全孔固结灌浆处理2d后应进行扫孔，扫孔结束并经检查合格后将孔口封闭进行全孔简易压水试验以检查固结灌浆的效果。压水压力为0.1~0.2MPa，压水时间20min，每5min测读一次压入流量，取最后的流量作为计算流量，计算透水率。若透水率小于5Lu，则压水合格，可进入下一道工序；若透水率大于5Lu，则需重新进行固结灌浆、扫孔、压水，直至合格为止。
⑦钻孔结束后报请监理工程师验收，验收合格后在1d～3d的时间内即完成下索、锚固段注浆等工序。若验收后钻孔闲置时间超过3d，则重新验收合格后才可进行下一道工序。
（3）预应力锚索的制作
锚索制作要求在制作过程中严格按照工艺要求进行制作，确保生产的成品索符合设计要求。同时要求在运输途中做好防雨和保护措施，保证成品索不受潮和破损。
（4）锚索安装
①锚索安装采用人工辅以QY16吊车进行，安装时锚索的曲率半径不得小于3m，以免破坏保护层。
②锚索入孔时，不得过多的来回抽动锚索体，且送入孔道的速度应均匀，防止损坏锚索体和使锚索体整体扭转。穿索中不得损坏锚索结构，否则应予更换。
（5）锚墩金属构件制作
①外锚墩金属结构包括钢垫板、钢套管、垫座钢筋等，以上部件按设计图在车间加工、焊接组装。
②经加工、焊接、组装完成后的外锚墩钢结构应妥善保管，确保防水、防潮、防锈蚀。
（6）锚索灌浆
锚索灌浆在下索后进行，其工艺流程如下：
灌浆水泥采用牌强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥或中热水泥，水灰比为0.45~0.4：1，早强剂等外加剂的品种及掺量通过实验确定，要求采用外掺5～10%的UEA膨胀剂，既能保证固浆体的膨胀稳定好，又能提高锚固力和防渗性能。外加剂的比例通过试验确定。其水泥浆标号应达到C35（7d）抗渗指标为W8，抗冻指标为F100。
锚固段的灌浆长度应满足设计要求，在有压灌浆时，不得产生滑移和串浆现象。灌浆可采用自上而下或自下而上一次施灌方法，进浆必须连续，如因各种原因使进浆中断超过1h，必须采取措施重新灌注。（一次灌浆不用止浆环）锚固段注浆时应注意排气、排水，注浆压力采用0.5MPa左右，最终由试验确定。锚固段的灌浆结束标准为：直至孔口反浓浆，灌浆段的吸浆量小于0.4L/min，持续灌注30min，灌浆工作即可结束。
（7）锚墩制作施工
①外锚墩安装、浇筑前应清理、凿毛洗净混凝土面。
②按设计图纸进行锚墩钢结构和模板的架立，安装钢结构时，导管插入岩体内的深度应满足设计要求，孔口管轴线与钻孔轴线应重合，钢垫板与孔口管轴线垂直。
③锚墩采用标号为C30（7d）的一级配混凝土浇筑，混凝土浇筑时要注意锚墩下部的振捣，以避免出现蜂窝麻面，混凝土入仓采用长臂挖机。
（8）锚索张拉
当锚固浆体及外锚墩砼达到设计强度以后，便可进行预应力锚索的张拉，张拉前对千斤顶、电动油缸、压力表等进行率定，绘制张拉吨位与压力表读数之间的关系，并按要求安装经率定合格的测力计及传感器。
本工程要求采用分单元差异载整体张拉法，按照锚束的长度先短后长的顺序进行施工，每根钢绞线的最大拉力按照169KN进行控制，每个单元先进行预张拉，然后整体分四级张拉到每单元最大拉力即可锁定，锚索实行单元差异荷载张拉，所有单元张拉完成以后即可进行锚索整体超张拉。锚索的设计额定工作吨位为2000KN，超张拉荷载2200KN。
预张拉荷载为每单元最大拉力的25%，单根预应力钢绞线的持荷稳定时间为10min，以确保钢铰线理顺并受力均匀。正式张拉时每单元按逐级加大分级张拉荷载的方式进行，分级张拉系数为0.25、0.5、0.75、1.0，每一级荷载张拉后的持荷稳定时间为5min。
锚索超张拉荷载为设计张拉荷载的110%，在加荷前应仔细检查外锚墩混凝土及周围岩体（砼）是否产生裂隙，锚索束体有无异常变形，确认无异常后方可加荷，持荷稳定10min后即可锁定。
锚索张拉设备和仪器均应进行标定，标定不合格的张拉设备和仪器不得使用，标定时间间隔期不得超过6个月。超过标定时间间隔期的设备、仪器或遭强烈碰撞的仪表，必须重新标定后才准使用。
要求每级荷载的加荷速率要平缓，速率不宜大于设计张拉值的0.1/min，卸荷速率不宜大于设计张拉值的0.2min。
在张拉过程中，采用以张拉力控制、伸长率校核的双控制方法，当岩体锚索张拉实测伸长值与理论计算伸长值的比值不在95%～110%范围内时，应停止张拉，查明原因并采取补救措施后，方可继续张拉施工。
（9）外锚头保护
预应力锚索完成施工期补偿张拉以后应及时对锚索的张拉段和外锚头部分进行永久保护。锚索张拉段永久防护应在施工期补偿张拉完成并锁定后的3d时间内完成，采用C30水泥浆或者水泥砂浆进行封孔灌浆，灌浆压力为0.5MPa。
锚头采用2.0m厚的钢筋C25砼对外锚头进行防护，在防护砼浇筑前，应对外锚头部分的锚板、外露钢绞线以及周围清理干净，对锚墩砼表面应凿毛处理并冲洗干净。混凝土采用长臂挖成入仓浇筑，按图纸设置结构缝。
3.5质量检查和验收
（1）各关键施工工序设立专职负责人，并认真做好质量的自检与互检；所有施工用的机械、材料、配件进行详细检查或检验。
（2）主要材料均有出厂合格证，并按要求进行抽检，严禁使用不合格产品。
（3）采用全站仪对预埋管进行放样，控制锚索孔方位偏差符合设计技术要求。
（4）锚索灌浆前，抽样检验浆液试验成果和对现场灌浆工艺进行逐项检查。
（5）在作业施工中，各工序每项质量检验和检查均应作出记录，并经监理人签认合格后，才能进行后续工序的施工。
（6）在施工全过程中，认真做好施工记录和施工日记，将各种参数填入记录表中，并作为竣工验收资料必备内容。
（7）加强监测控制，发现异常，及时报监理工程师，并采取合理的支护方案，确保施工安全。
（8）锚索工程验收时应提供以下资料：
1）钢绞线、锚具、防护管材、监测仪器等出厂合格证；
2）进场的钢绞线、锚具、防护管材的抽样检查或检验报告；
3）混凝土、水泥净浆试验报告；
4）代用材料合格证和试验报告。
（9）预应力锚索验收试验：预应力锚索施工中，按施工图和监理工程师指示随机抽样进行验收试验，抽样数量按监理工程师要求确定。
（10）完工验收：预应力锚索工程全部结束后，将质量检查记录、试验成果以及预应力锚索验收试验记录和抽样检查记录在内的验收资料提交监理工程师审查，申请验收。
3.6施工记录
锚索施工过程中，应及时进行施工记录，具体如下：
（1）钢垫板、锚具安装情况记录。
（2）锚索张拉过程中张拉力、伸长值、锁定情况记录。
（3）锚索封头混凝土样品检测记录。
4结束语
武都水库大坝于2011年蓄水发电，经过两年多的运行检验，在大坝下游护坦上布置预应力锚索的方法对大坝进行稳定加固处理，确保了坝体的正常运行并提高了抗震级别，由其可见采用深层稳定加固预应力锚索施工技术是可行和有效的。