水利水电工程中预应力锚索施工技术探析

摘 要：在进行水利枢纽施工的过程中,会遇到许多地质条件比较复杂的边坡地带,而且,这些边坡的稳定性比较差,为了解决这种问题,水利水电工程广泛的使用预应力锚索技术对水利水电周边的边坡地带进行稳定性处理,确保工程能够高质量的完成.本文通过结合实例对水利水电工程的预应力锚索技术进行探讨研究.

关 键 词：水利水电工程；预应力锚索；施工技术

随着我国基础工程项目建设工作的快速发展,预应力锚索加固技术的运用范围也变得越来越广,许多工程项目在建设的过程中都会运用到该技术.特别是在进行水利水电工程建设的时候.如,在对坝体周围的岩石进行切割时,会导致坝体的稳定性下降,需要进行加固处理.当岩层受到锚索施加的预应力以后,岩层会和预应力锚索穿连在一起,确保岩层不会脱落,并且以一个整体的形态存在.比如,在利用预应力锚索对大坝坝基进行加固处理的时候,就能够显示出该技术的优势,水库中的水不需要全部放空,便可以进行施工,并且能够随时对岩层进行加固,重要的是坝体的整体重量不会增加,还能够维持坝体的稳定性.

一、锚索预应力计算

在20世纪初期,锚索支护就已经在矿山工程中运用,第一次实际应用预应力锚索发生的时间是1934年,事件是阿尔及利亚的舍尔法大坝加固工程项目.目前,世界上锚固吨位最大的是法国的朱克斯大坝.到现在为止,锚索预应力也没有精确的计算标准.锚索加固作为常用的边坡加固方法,比较常用的计算方式是采用刚体极限平衡法,对需要加固岩层的岩体进行分析,之后再进行预应力的计算,常用的公式为：Q1+Q2.tanq等于KT,其中,Q1、Q2.分别代表的是切向抗滑力和法向正压力,q代表的是滑动面的内摩擦角,K代表的是安全系数,T代表的是岩体的下滑力.

二、锚索的设计

(一)计算预应力锚索设计材料的强度

计算锚索设计的强度需要考虑的是材料的强度,材料强度在有一定安全储备的情况下,一般使用材料保证强度的60%左右.比如三峡项目中的永久船闸工程使用的是3000N的锚索,其中设计强度的超张拉系数为0.606,强度利用系数则为0.556.

(二)对钢绞线下料的长度以及锚索固定断的长度进行计算

锚索的组成部件主要包括：钢绞线、隔离架以及锚具.钢绞线的使用要符合国家的对钢绞线的相关规定.钢绞线下料的长度应该和设计的锚索长度相同,钢绞线下料的长度计算方式为：L等于LM+LZ+Ld+Li+Lmj,其中L代表钢绞线下料的长度,LM代表的是锚固端的长度,LZ代表的是自由端的长度,Ld代表的是锚墩的长度,Li代表的是张拉端的长度,Lmj代表的是锚具的长度.

在进行编索工作之前,应当对钢绞线的外观进行检查,检查无误后,才能够进行使用.如果发现局部有锈蚀的情况,应当做除锈处理,若是锈蚀的情况比较严重,应把这部分的钢绞线剔除.在用砂轮切割钢绞线的时候,要从下料总长度中预留出张拉需要的长度.在确定内锚固段的长度范围时,主要考虑的因素是：内锚固段的长度能够保证锚索在各种因素的影响下,不会从胶结材料中拔出,另外还需要考虑,内锚固段在应用过程中的安全问题.

我们设定锚固端的锚索直径都相等,锚索体不会从胶结材料中拔出来,计算锚固的长度Le：Le等于kp/nπdc1,锚索和胶结体之间发生位移时的计算方式为：Le等于kp/nπdc2,其中Le代表的是锚固端的长度,k代表的是锚固端安全系数,p代表的是锚固端的张拉力,d代表的是锚固端的钻孔直径,n带代表的是钢绞线的数量,c1代表的是胶结材料和钢绞线之间的握裹力,c2代表的是交接材料和孔壁之间的粘结强度.

根据以往的经验我们可以知道,对于一些比较坚硬的岩体,内锚固段使用的直径截面一般相同.检测使我们在制作内锚固段的形式时,一般以纺锤体的形式表现,当对锚索施加相应的预应力时,钢绞线受预应力的影响,会进行自动调直,当浆体受到挤压后,会把承受的压力向内转化夹紧锚索,向外传至孔壁形成正压力,在压力作用的相互影响下,内锚固段的摩擦阻力就会增大,这样也就实现了提高承载力的目的.

三、锚索施工工序

广丰县芦林水利枢纽工程,是丰溪河在广丰县境内的最大规模水利水电工程,其使用功能主要包括：发电、进行农业灌溉、城市供水、防洪控水、保护生态环境等.工程中的1号闸口和2号闸口位置,均处在泄洪排沙口的边坡区域,这两处的地质情况都比较复杂,周围的地带不仅破碎,还有断层,岩体的硬度比较差,稳定性不好.根据该区域的地质情况,安装了1500KN和3000KN级别的预应力锚索,并取得了良好的效果.

1.钻孔定位技术

根据设计的要求,把钻孔之间的间距调整为5m,通过站内的监控设备对钻孔的具体方位进行监测,因为设置的预应力锚索级别不同,因此钻孔的工作也不相同.根据往常的做法,采用的施工技术为无水钻孔,在钻孔的过程中必须要确保开孔之后的岩石层面是完整的,因此,在施工的时候,必须要按照规定的操作方式进行,尽量减少因为施工操作不规范造成的返工,进而影响工作的进度.钻孔时还需要不断的调整钻孔的角度,钻孔工作完成以后,还需要利用高压风把管道周围清理干净.另外,钻孔的深度必须要符合设计的孔深.

2.进行声波测试

根据施工图纸的内容,声波测试的数值需要控制在3000m/s以上.因此,钻孔清洁工作结束以后,就需要测试孔内的锚固端声波值.如果声波值在3000m/s以上,就可以进行下一步的工作,如果没有达到这个数值,就需要采用固结灌浆的方法,在该工作结束48小时以后,再进行钻孔清洁工作,之后再进行声波测试.

3.安装锚索

（1）锚固端安装之前的准备工作

需要做好防水措施,并对钢绞线进行合理的分组.为了方便辨认,钢绞线的下料工作完成以后,需要对这些下料进行编号,并进行相关的记录.把钢绞线中的钢板以及钢丝分开,涂上防锈油,之后将钢丝恢复原样即可完成除油的工作.（2）安装设置承载体

在进行安装时,尤其需要注意的是：进行承载体安装时,必须要在第一级别按照对应的顺序安装.钢绞线的末端需要安装相应的挤压套,然后对接到承压板里面.在安装隔离架的时候,架体之间的间距要控制在1.6m,之后传递到注浆管内部,锚索体的末端要接与之对应的导向帽.

（3）锚体安装工作注意的要点

根据工程施工的实际情况,采用人工下锚的安装方式,在进行实际操作时,要保护锚体的结构,防止外物对其造成的损害,也不能沾染施工现场的淤泥.在安装锚索体之前,必须要对锚索体的长度和编号进行检查,检查无误后,运到孔低进行相关的设置安装工作,在安装时要确保锚索体在孔内维持的是垂直形态.

4.注浆锚索

根据锚索安装的相关技术要求,在锚索体进入钻孔内24小时以后,一定要完成注浆工作,防止出现不可控制的情况.注浆要求主要有：首先,封闭进口,之后利用气体排放的方法将多余的气体排出,另外孔口的顶部位置需要设置排气孔,并且压力要和固结灌浆过程中的压力保持一致.

5.浇筑铺墩

在安装钢垫板以及钢筋笼之前,要找到锚墩的正确位置,确保钢筋笼在使用过程中能够保持稳定性,另外,还可以在锚墩的基底下面设置对应的锚杆.

把孔口的浮渣清理干净以后,将导管焊接在孔口的上面,在锚墩的顶部位置焊接上锚垫板.为了方便二次注浆工作的顺利进行,应提前设计好排气管以及注浆管的位置,保证两个管道之间的孔径是相互连通的.按照施工的规定,做好模板,使其刚度和强度都符合施工的设计要求.

6.锚索的张拉

张拉主要包括张拉、超张拉以及单索预紧张拉.进行预紧张拉主要是为了保持钢绞线能够均匀的受力.满足预紧张拉的条件为,锚墩以及砂浆的强度能够超过70%.进行锚索张拉之前,应对张拉的力度进行试验.预紧张拉结束以后,对千斤顶伸长的初始值进行测量,之后进行分级张拉,逐级地提升张拉的荷载力,张拉力每提升一级,需要进行稳压5到10分钟.利用千斤顶的油压表控制张拉力的吨位.当张拉数值达到设计的工作荷载以后,继续进行超张拉荷载,时间仍然为5到10分钟.如果锚索的张拉力数值低于设计规定值的10%,需要进行锚索应力补偿张拉,以满足设计中需求的张拉力.

7.进行封锚

为了保证导向管内部的钢绞线不受外力的损坏,需要对钢绞线进行补灌浆,利用水泥砂浆进行固定.另外,切除剩余的钢绞线,预留出锚具15cm以外的长度,利用黄油以及PE套,把裸露在外面的钢绞线包裹起来,利用水泥混凝土进行密封.

结语：

虽然锚索的预应力计算还没有形成完整的理论基础,但是预应力锚索已经在水利水电工程中得到了广泛的运用,文章中部分数据就是借鉴了相关成功工程的经验.另外,水利水电工程中的预应力锚索施工工序也是在无数的施工经验中总结出来的,预应力锚索施工技术也基本形成了相对固定的模式.