预应力锚索施工工艺详解

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索采用高强低松弛无黏结钢绞线，其施工工艺流程见图1。

图1　预应力锚索施工工艺流程

3.1　施工排架搭设

（1）由于进水口边坡开挖陡直，加之又为大吨位、超长锚索造孔，排架的稳定及负荷要求都比较高。排架搭设前按照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）及《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）要求，编写详细、安全、可靠的《排架搭设方案》，并对排架的稳定分析重要参数多次进行核算（按照安全系数1.3进行校核）。

（2）根据《排架搭设方案》，锚索施工排架按照三排承重脚手架要求进行搭设，搭设基本参数为：立杆横距1.5m，立杆纵距1.5m，立杆步距1.8m，连墙件按照两步三跨进行设置。所有坡面立杆均内套在坡面锚筋上（锚筋入岩1.0m，外露0.5m，注入水泥砂浆）；连墙件采用花篮螺栓，螺栓与边坡锚筋进行连接，及时对螺栓的松紧度进行检查。

（3）所有边坡立杆均通过横向扫地杆、纵向扫地杆进行连接；在排架的所有外侧面均设置连续剪刀撑，剪刀撑从排架底部至顶部连续设置；排架上设置安全通道，通道除顶部外其余面均进行全封闭，两侧设置防护栏杆，底部及两侧设置安全网。

（4）锚索造孔高程设置连通工作平台，满铺厚度不小于5cm结实木板；所有木板捆绑扎实，工作平台外侧设置防护栏杆及安全网进行全封闭，工作平台与安全通道顺畅连接。

（5）造孔工作平台设置头顶防护及外侧面挡脚板，所有钻杆及其他设备不得在工作平台上集中堆放，施工荷载不得大于3 k N/m2。

施工排架搭设示意图见图2。

图2　施工排架搭设示意图（单位：m）

3.2　钻机就位校核

钻机就位前将钻孔孔位区域排架进行再次加固，确保钻机钻进时排架不变形、不位移。为使锚孔在施工过程中及成孔后其轴线的倾角、方位角符合设计及规范要求，严格控制钻机就位使钻机立轴轴线方位角、倾角与锚孔轴线方位角、倾角一致并可靠固定，开孔前利用全站仪对钻孔倾角、方位角进行精密校核，确保钻孔孔斜符合设计要求。

3.3　钻孔孔斜控制

终孔孔轴偏差不得大于孔深的2%，方位角偏差不得大于3°。

3.4　钻孔孔斜控制

3.4.1　孔斜控制难度

大吨位、超长预应力锚索较小吨位、较短锚索钻孔孔斜控制主要存在的难点如下：

（1）3000 k N锚索钻孔孔径设计要求为178mm，而钻孔使用的通用钻杆直径仅为89mm，钻杆与孔壁间的间隙及冲击器与钻杆间的间隙太大，造成钻杆在随冲击器钻进过程中易出现偏“轨”，无法导正。

（2）因钻孔孔深较大，在达到一定长度后各钻杆连接后轴线极易出现偏轴现象，造成钻孔孔轴偏差超出设计技术要求。

（3）边坡岩体断层主要由强风化绿泥石片岩组成，且埋深较大，极易造成冲击器钻孔至断层时因受岩性硬度及断层发育方向、角度等影响出现钻孔孔轴“偏向”现象。

（4）受钻具自重影响（按照孔深100m计算，最大自重为3015 kg），在钻进过程中不可避免地在设计孔轴上产生偏向，造成钻孔孔斜超标。

（5）因锚索钻孔角度均为下倾孔，随着钻孔孔深的不断加大，钻孔岩渣的排出难度大，岩渣如不能及时排出孔内，将影响冲击器出力方向，造成孔斜超标。

3.4.2　孔斜控制措施

大吨位、超长预应力锚索钻孔的孔斜控制较为复杂、操作技术要求较高。预防及有效控制钻孔偏斜以满足设计技术及施工质量要求，应从施工地质的具体情况、钻进施工工艺、设计使用合理有效地防斜纠偏钻具、规范钻机操作及钻机具各项检查等方面进行综合考虑，具体措施如下：

（1）采用“钻机限位+孔口限位装置+合金扶正块+螺旋钻杆”的防斜钻具设计。在钻机动力头移动最前端及钻孔孔口位置安装限位装置，确保开孔钻进及进行浅孔段钻进时钻具的导向限位，防止出现偏差。在冲击器后的前10根钻杆安装合金扶正块，每根钻杆焊接6组，每组4块沿钻杆轴心均匀分布，合金扶正块每块长20cm，均匀布满大粒径球形硬质合金。扶正块安装完成后的最大外径176mm（钻孔直径为178mm），其他钻杆焊接最大外径为89mm的螺旋片，焊接完成后形成的钻杆最大外径为176mm，每根钻杆螺旋片焊接长度为100cm。此种防斜钻具设计大大增加了钻具前部同径长度，相当于加长了前部钻具总长度，增加了总体钻具的刚度，减小了钻具的弯曲扰度，可更好地控制钻具总体偏斜；安装扶正块后减小了冲击破碎岩粉、渣的返出通道，在相同输入风量及风压情况下，加大了岩粉、渣的返出速度；采用螺旋钻杆在很大程度上可以提高钻孔过程中的排渣能力并起到对钻杆的限位作用，特别对于钻进至断层及不良地质体时效果更加明显。

（2）改进钻机动力及调整相关部件性能。将原使用MG-80钻机调整为动力及输出扭矩更大的MG-100 A钻机，将钻机动力头移动滑轨钢板硬度调高，钢板厚度加大以提高滑轨抗变形能力；将动力头部件紧固螺栓由一般强度提高一个硬度级别，以确保钻机动力头的稳定性。

（3）将原使用钻杆全部更换成连接端经过硬度调整并经过同心度检查的钻杆，钻孔前将钻杆在平地上进行连接（按照最长100m进行）以检查钻杆连接后的整体同轴性，如存在局部轴心偏差较大，则必须更换相应钻杆。

（4）钻孔过程中每钻进10～20m起钻严格检查钻头胎体磨损破坏情况并使用游标卡尺准确量测钻头最大外径及扶正钻杆、螺旋钻杆最大外径，如遇磨损严重或已被破坏必须立即进行更换；严格检查钻杆连接处的磨损及破损情况，不符合要求必须及时更换。

（5）严格控制测量放样的准确度。钻机就位前、钻机就位后和开钻前均必须使用全站仪对孔位、方位进行精准校核，未进行校核不得进行钻孔施工；钻具安装时要保证钻具轴线与设计孔轴线重合，钻头中心与孔位点重合。

（6）加大钻孔过程孔斜控制。钻进过程中每钻进一定深度后（前20m按照每钻进2～5m控制，20m后按照每钻进5～10m控制）及时进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹。如发现孔斜率超出设计要求指标，需对施工工艺及机具设备等进行检查，并及时纠偏。

（7）根据试验孔钻进情况，分析制定合理的钻进施工参数及方法：在大理岩岩体中进行钻进时，基本保持一致钻速及钻压，力求匀速钻进；在绿泥石片岩岩体中钻进时降低钻压，提高钻速，力求尽快钻进通过断层，降低供风风量及风压，避免出现岩体垮塌，出现卡钻、埋钻现象。

（8）开钻前严格检查钻孔平台区域排架的稳定性及扣件的紧固性，对钻机平台正下方排架必须进行加密加固（主要为增加受力立杆及连墙件）；钻进过程中经常检查钻机紧固件的紧固程度及排架扣件的稳定性，如发现松弛，随时进行再次紧固。

（9）如钻孔中发现孔道漏风非常严重，岩体指标极差，可暂进行钻孔施工，进行孔道超前固结灌浆处理。通过超前固结灌浆，提前将钻孔孔轴所需穿过岩体裂隙进行封闭并相应提高岩体的力学性能，待灌浆完成72h后再往下进行钻孔施工以减小孔斜偏差。

3.5　锚索体编制

（1）钢绞线。选用符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224—2014）和《预应力混凝土无涂层七丝钢绞线》（ASTM A416—1998）要求的1860 MPa高强度低松弛无黏结钢绞线。

（2）自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索制作。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的基本组成有：导向帽、单锚头、锚板、隔离架、注浆管、高强度低松弛无黏结钢绞线等（图3）。自由式单孔多锚头（防腐）型预应力锚索3000k N级分5组锚头，每组锚板间距0.6 m，钢绞线根数19根。(www.xing528.com)

图3　自由式单孔多锚头预应力锚索结构图

3.6　锚索体安装

大吨位、超长锚索自重大，下索过程安全控制及其重要。本工程区域内锚索编制均在高程1917m监测洞内进行，索体安装从高程1917m洞口向下送入孔道内进行。为了杜绝索体在安装过程中出现安全事故，项目部专门制定了以下下索施工方案及注意事项：

（1）下索前必须对孔道做通畅性检查，如存在障碍必须进行处理后方可进行安装。

（2）索体安装平台按照要求进行搭设并要求进行全封闭。

（3）采用人工导向、三重保险限位控制方法进行：下索时将第一根保险绳编套锁在索体前端，第二根保险绳锁在距第一根保险绳4m处，第三根保险绳锁在距第二根保险绳10m处。下索时先同时缓慢松动三根保险绳直到索体达到安装平台（安装平台横向3m，全封闭），施工人员将索体前端通过人工导向送入孔内，此时锁紧第二、第三根保险绳将第一根解除后锁在第二根后面；然后同时松动三根保险绳，每次允许索体下移距离不得大于3m，索体下移一定距离进入安装平台后，锁紧后两根保险绳松动最前端保险绳，人工将索体送入孔内。如此循环，按照2m/次将索体缓慢送入孔内，每次人工将索体送入孔内时，至少有两根保险绳是锁紧的。

（4）索体必须从排架内侧沿下索路线到达孔口，不允许从外侧进行。

（5）索体与排架接触点垫橡胶片杜绝索体与架管摩擦而损坏钢绞线PE套，影响防腐。

（6）索体与排架接触点处均设施工人员，负责索体在下移过程中的导向及顺畅下移。施工排架上参加索体安装的作业人员均佩戴安全带且按照规定进行操作。

（7）所有下索用保险绳在使用前必须严格检查，如有破损必须进行跟换；下索时设专门人员进行指挥，通过对讲机进行联系；下索完成后保险绳由专人进行保管。

（8）安装时，操作人员要协调一致，用力均匀，只能往里推，不能往外拉，保证锚索体在孔内顺直不扭曲；锚索应一次放索到位，避免在安装过程中反复拖动索体。

此区域锚索安装采用以上方法进行施工，未出现过一起安全事故，所有索体安装均达到质量要求，全部合格。

3.7　锚索灌浆

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索采用孔口封闭、孔内循环、全孔一次性灌注进行。孔口封闭由加工的孔口封闭器完成，灌浆时形成孔内密闭状态。灌浆采用ZJ-400高速搅拌机和3SNS灌浆泵，灌浆材料为峨胜牌P.O 42.5R早强水泥及JM-Ⅱ高效缓凝减水剂。

3.8　锚墩浇筑

（1）锚墩用钢筋必须符合国家标准、设计要求，钢筋的机械性能（如抗拉强度、屈服强度等指标）经检验合格，钢筋应除锈、除油并调直，外表面检查合格。

（2）严格按照锚墩设计钢筋布置图进行钢筋网焊接。

（3）在钢垫板与基岩面之间按照图示锚墩尺寸立模，验仓合格后，浇筑设计要求标号混凝土，边浇筑边用振捣棒振捣，充填必须密实。

3.9　锚索张拉

3.9.1　一般规定

（1）锚索张拉在锚索浆液结石体抗压强度及锚墩混凝土等的承载强度达到设计规定值后进行。

（2）锚索张拉用设备、仪器如电动油泵、千斤顶、压力表、测力计等符合张拉要求，在张拉前标定完毕并获得张拉力-压力表（测力计）读数关系曲线。

（3）为确保锚索张拉顺利进行，锚索张拉前，确认作业平台稳固，设置安全防护设施，挂警示牌；张拉机具操作由合格人员进行，非作业人员不进入张拉作业区，千斤顶出力方向不站人。

3.9.2　张拉程序

（1）初始循环张拉。将钢绞线逐根按设计应力的25%进行预紧。

（2）第一循环张拉。初始张拉结束后，先施加张拉应力到δ/4，记录油缸初始长度，再继续将张拉应力升至δ/2，稳定3min，稳定后计算油缸伸长值。

（3）第二循环张拉。第一循环张拉结束后，先施加张拉应力到δ/2，记录油缸初始长度，再继续将张拉应力升至3δ/4，稳定3min，稳定后计算油缸伸长值。

（4）第三循环张拉。第二循环张拉结束后，先施加张拉应力到3δ/4，记录油缸初始长度，再继续将张拉应力升至δ，稳定10min，稳定后计算油缸伸长值。

3.9.3　锚索张拉力监测

为了能够掌握锚索张拉完成7 d后的应力损失是否符合设计要求，同一区域内锚索按照总数量的5%进行完工抽样试验，如锚索测力计监测数据显示7d后的锚固力低于设计值的97%，则应进行补偿张拉。电站进水口边坡完工验收试验均达到设计质量要求，完工验收合格率100%。

3.10　补偿张拉

锚索应力损失基本稳定后，若锚索锁定的张拉力低于规定的设计值，应对锚索进行补偿张拉，补偿张拉应力不得超过1.1δ。电站进水口完工验收锚索测力计所测张拉力应力损失在设计技术要求的损失范围之内，不需要进行补偿张拉。

3.11　外锚头保护

（1）使用砂轮切割机切除钢绞线，锚具外留存10cm。

（2）回填环氧砂浆封闭锚头，保护厚度不小于5cm。