摘 要 本文主要集中论述了水利枢纽工程大坝坝基加固工程的相关问题,探讨了工程施工过程中的预应力锚索施工要点和主要的步骤,希望可以为今后的施工工作提供参考。
关键词 水利枢纽工程;大坝坝基加固;预应力;锚索施工
前言
水利枢纽工程大坝坝基加固工程的施工工序比较多,因此,一定要选择最为科学合理的工序,与此同时,还应该针对锚索施工的要点和重点进行分析,避免施工过程中出现各种问题。
1 预应力锚索边坡加固的特点
⑴预应力锚索是混凝土预应力拉锚和预应力岩锚的总称,预应力锚索最大的优点是能够传递拉应力。
⑵预应力锚固依照其结构不同来分类,但通常是由锚孔、锚束组成。锚孔,即用来设置锚束的钻孔;而锚束是由锚头、锚固段、锚束体等三部分构成,锚束也是用来产生预应力的主体。我们通常采用的对穿锚束可以分两种:无黏结和有黏结。对穿锚束的主要结构也是由两部分组成:锚束束体和内外锚头。
⑶预应力岩锚是与基岩有关的且有直接关联的预锚,其锚固原理:即将锚固段置放于基岩中的常用的预应力锚固方式;混凝土预应力拉锚的作用是通过对混凝土缺陷进行修补而置放的预锚,这样可以使建筑物更加牢固,同时能够使应力状态得到改变。
⑷采用预应力锚索对边坡进行加固的优势在于其施工进度快且灵活,还能够不破坏岩体,受力较可靠且为主动受力,施工时干扰小等优点。
⑸预应力锚索能够施加较大的预紧力、其锚固深度较大,承载能力也要相对高,因此可以得到更好的加固效果[1]。
2 锚索的设计
2.1 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。
2.2 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=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[2]。
3 锚索施工
3.1 锚索加固施工工艺流程
首先要浇锚固梁,同时埋钢导管,再进行钻孔,然后进行编索和下索施工,接下来是灌浆施工,张拉与锁定,封闭张拉端(封锚)。
3.2 施工工艺
⑴浇锚固梁
锚固梁是锚孔口承压垫座,其作用是可以将锚索的集中荷载进行均匀扩散,使其扩散到被锚固体的承压结构。在进行浇混凝土之前,要依据施工设计的锚索布置图进行现场放样,确定锚索孔位的精度;接下来将按照设计标准的锚垫板与钢导管呈正交状焊牢(预制),再将其预埋进已经测量好的孔位,然后在试验孔位以及钢垫板顶部将木桩预埋施工,以便为安装锚索观测传感器做准备。
锚固梁施工时选用C30混凝土进行浇筑,浇筑厚度为1m,在锚孔的四周安设螺旋筋。在开仓浇筑施工前要对模板、支撑等进行检查,确保安装顺利。特别是在平仓和振捣施工中对钢导管和相关支撑部件进行保护。混凝土浇筑施工要严格按照设计、施工标准进行,尤其是锚垫板下的混凝土不能出现脱空、蜂窝现象。
⑵钻孔
按SL46-94《水工预应力锚固施工规范》标准的精度进行钻孔施工,在钻孔时需穿过第二个软弱夹层至5~8m深度,使孔深浅交错(深浅相差2m)的分布。在施工过程中,为了避免岩屑在孔底积淤,可根据情况加钻0.5m左右,以确保实现设计孔深。在浆砌石砌筑时会有空隙产生,因此引起块石和砂浆的强度也不均匀而出现掉块或者卡钻现象,从而影响钻孔的施工进度。在钻孔施工结束后,要用高压水进行冲孔。
⑶编索与下索
每孔锚索的构成是由7根无黏结钢绞线组装。为了使锚索下端的受力点不在同一平面内过于集中,需要把钢绞线的长度分成两类,将其中的3根按照孔的深度加长张拉段大约1m左右进行下料,将剩余的4根按照实际孔深下料即可。在制索施工时要使7根钢绞线的上端部分的张拉段地齐,同时使下端形成两个交错的受力面。设计要求锚索平均长度为32m,总长1792m。
锚索的制作需要在场外的平地上进行。首先将支架设好,按照设计要求支架间的距离不大于2m。然后再将切割好的7根钢绞线平放置于支架上,再对每一根进行检查,对于有受损现象的钢绞线要予以剔除。然后再对锚固段的长度进行标记。需要注意的是,对锚索的自由段要做防护处理。比如,需要对钢绞线做除锈处理,可以在钢绞线外面涂上一层防锈油,为避免防灌浆时浆液流入,需要对每一根钢绞线要用塑料套管严密套封,在靠近锚固段一端的塑料套管则需要用铁丝扎紧。再将已制作好的钢绞线固定在隔离架四周。锚固段的灌浆施工需要用塑料套管沿隔离架的中间穿过,其端部距导向帽50cm。锚固段隔离架的间距为1m,自由段间距为2m。在锚固段的底部牢固的套上导向帽以便下索。对安装好的锚索要进行严格检查,比如锚索总长度、锚固段长度、钢绞线有无交叉和重叠现象等,检查合格后才能入孔,入孔时一定要注意锚索编号和孔号是否对应。
锚索下索前,要用高压水认真清洗钻孔。下索要采用人工施工,先要将索抬至作业现场。在下索时,为避免损坏钢绞线,不要让锚索索体与孔壁产生摩擦,如果在下索时发现索体卡在半空没有下到孔底,需要认真查找原因,等消除障碍后再重新下索。
⑷灌浆
灌浆施工需要分三次进行。第一次灌浆,也就是锚固段灌浆。锚固段灌浆所使用的水泥浆液要严格按照设计要求。灌浆也可以称作封堵灌浆。封堵灌浆前,首先将多余的钢绞线割去,并做好孔口锚索的精确定位。
⑸张拉与锁定
在张拉施工进行前,需要对施工现场的设备进行检查、校正,确保设备的性能完好。
张拉设备安装程序:带灌浆孔的锚垫板→OVM工作锚→OVM工作夹片→OVM限位板→YCW150型千斤顶→工具锚→YC20型千斤顶。
在安装过程中注意事项如下:
①将灌浆孔锚垫板以及工作锚与预埋的锚垫板要放置于在同一中心线上。
②根据限位板上的不同规格的锚具识别标志进行安装。
③千斤顶的前端止口需要对准限位板。
④工具锚应与前端工作锚对正,不得使二者之间钢绞线扭绞。
⑹封锚
封锚即封闭张拉端在张拉工作之后进行,锚索张拉锁定之后,静置一段时间(24h)进行观察,未见有滑丝现象方可进行封锚工作。封锚前,张拉端外部涂刷沥青。用525号水泥以M10标准配合比砂浆及时进行圆墩式封锚,之后要进行养护,以免产生裂缝而使锚具和钢绞线锈蚀。
4 结束语
综上所述,在水利枢纽工程的施工过程中,大坝坝基加固工作极为重要,这是提升水利枢纽工程施工水平的必要工作,也是提升大坝质量的重点工作,采取预应力锚索施工的过程中,必须要按照特定的施工工序进行,才能够保证施工质量。
参考文献
[1]电力行业水电施工标委会.中华人民共和国电力行业标准水电水利工程预应力锚索施工规范,DL/T5083-2004[S].北京:中国电力出版社,2014:57-57.
[2]徐湘涛,严丽娟,汪家林.紫坪铺水利枢纽引水发电洞进水口边坡锚索预应力损失分析[J].地质灾害与环境保护,2015,16(2):207-211.