龙滩水电站地下厂房应用锚固法加固技术

（1）概述。龙滩水电站左岸地下引水发电系统装机容量为6300MW，引水发电系统由引水系统、厂房系统及尾水系统三大系统组成。主厂房总长388.50m，其上部厂房开挖跨度为30.70m，下部开挖跨度28.90m；最大开挖高度达87.3m，是目前世界量大的地下厂房。

为维护主厂房高边墙设计轮廓，确保高边墙施工期岩体稳定和运行期的结构稳定，改善边墙应力变形条件，采取了防渗排水和边墙锚固支护相结合的综合处理措施。边墙加固支护措施主要包括预应力锚索加固，系统锚杆加固，预应力锚杆加固、随机锚杆加固及墙面喷射混凝土支护等。

预应力锚索加固主要用于加固边墙和规模较大的不稳定块体，限制边墙因卸荷和爆破引起的较大范围的受损区进一步发展和恶化，改善直立墙的应力、变形条件和稳定性。原设计和动态设计预应力锚索980多束，预应力锚索按吨位可分为1.2MN、2.0MN两个级别，按锚固型式分为端头锚和对穿锚，按结构类型分为有粘结锚索和无粘结锚索。

（2）预应力锚索设计与施工。

1）锚索设计材料的利用强度。国内外岩土工程锚索设计强度一般考虑材料强度有一定的安全储备而采用材料保证强度的60%左右。国内部分已建工程锚索材料的利用强度为0.55～0.65倍，平均0.62倍，超张拉时为0.66～0.75，平均0.705。考虑到地下厂房工程高边墙稳定的重要性，锚索设计强度采用材料保证强度的61%，超张拉时取71%。即2000kN锚索锚束为14×75钢绞线，采用按美国标准ASTMA416-87a生产的1860级高强度低松弛钢绞线，每股钢绞线由7根ϕ5mm的高强度低松弛钢丝组成，钢绞线直径15.3mm。

2）内锚固段长度的确定。确定内锚固段长度时，主要考虑内锚固段能否满足锚索不从胶结材料中拔出及锚索胶结体不沿孔壁产生位移，同时考虑一定的安全储备。假定锚固段的锚索为等直径，锚索体从胶结材料中拔出，则式（13.2）计算锚固长度Le：

胶结体与锚索体一起沿孔壁滑移时：

式中　Le——锚固段长度；

P——锚索超张拉力；

d——锚索材料；

n——钢绞线根数；

c1——钢绞线与胶结材料的握裹力；

c2——胶结材料同孔壁的粘结强度；

k——锚固段长度的安全系数。

参照国内外实践经验，选取合理参数计算内锚段长度，并经现场试验对其进行检验，最终确定内锚固段长度为8m。

3）外锚头设计。外锚头是由钢筋混凝土垫墩、钢垫板、工作锚具等部件组成。垫墩是锚索体的一纯受压构件，它的作用是把锚具的集中荷载均匀地传到岩石面。锚墩为上小下大的梯形断面，保证传力面积大且均匀传力，底面积的大小主要取决于锚索设计承载力和锚墩下部岩体允许承压能力[δ]，即F=KP/[δ]。

锚墩设计尺寸如下：顶部为0.5m×0.5m，底部为1.0m×1.0m，随着地质条件的变化，锚墩尺寸可据实灵活变动。

锚墩顶部设钢垫板，尺寸为350mm×350mm，厚50mm，其中心正交焊接一薄壁导向钢管，尺寸为外径ϕ160mm，壁厚5mm，长度0.85m。设置导向钢管的作用是保证锚墩表面与锚索轴线垂直。锚墩内设置5层钢筋网，在孔口钢管周围设置螺旋筋，钢筋直径均为ϕ14mm。(www.xing528.com)

4）预应力锚索施工。

①锚索施工工序。锚索施工必须严格按规定的工序，每道工序完成后须经质检及监理人员验收后方可进行下道工序，龙滩地下厂房锚索施工工序如下。

端头锚索施工工序：

对穿锚索施工工序：

②造孔。龙滩地下厂房预应力锚索设计孔斜误差：端头锚不得大于2%，对穿锚不得大于孔深的0.8%，孔斜要求高，施工单位主要采用经实验室验证性能优良的使用MG100型锚固钻机，钻具组合为ϕ89钻杆+JW150冲击器+155柱齿钻头，结合经验在计算弯点处加扶正器进行纠偏。

为确保造孔精度，施工中采取了以下手段进行控制，锚孔位置由承包单位用经纬仪测量放样，孔位误差控制在10cm以内，造孔前在搭设好的施工排架的基础上，对钻孔孔位5m范围内的施工平台进一步加固，保证钻孔过程排架不变形，不摆动。开孔钻进要用低转速、低压推进，在相同压力和转速的情况下，根据钻进速度和排渣判断岩层的变化情况，并根据岩石的软硬变化情况，及时调整推进压力和钻速。在钻杆上每隔4～6m设置一个稳杆扶正器，并结合经验及时改进。

③编索及穿索。编索前先对钢绞线进行外观检查，检查合格后的钢绞线才能使用。若局部有锈，应进行除锈，若锈蚀严重则应剔除。下料长度须预留张拉所需长度，钢绞线用砂轮切割，编索时严格按照设计图纸对中支架、止浆环等，保证锚索的“平、顺、直”。

穿索采用人工辅以机械方法进行。下索前，应对洗净的锚孔再用高压风清孔一次，并核对锚索编号与孔号是否一致。穿索过程中，要控制锚索体在孔内平顺、不扭转，并尽量避免锚索体与孔壁摩擦，以防损坏钢绞线。穿索后对止浆环和进、回浆管进行充气检查，以确认止浆环好坏，进浆管畅通，否则拔出索体进行检查，修复后，再重新穿索。

④内锚段注浆。内锚段注浆是端头锚施工的关键工序。采用纯水泥浓浆灌注，水灰比为1∶0.35。灌浆过程中测定进、回浆比重，记录吃浆量，检查进浆压力，止浆环气囊压力和屏浆时间。灌浆结束标准主要以灌浆量大于理论吃浆量，回浆比重大于进浆比重且孔内不再吃浆为判别依据。

⑤锚墩制作。锚墩制作必须达到设计尺寸，浇筑混凝土时一定要振捣密实，浇筑完后要及时养护。为使锚索受力合理地传递给岩体，锚墩应建立在稳定的基岩上，且保证基岩面清洁，锚墩制作时应保证混凝土与岩面紧密粘结，并保证承压面与钻孔轴线垂直。

⑥锚索张拉与锁定。张拉机具采用YCW400型千斤顶、YC25A型千斤顶、ZB4—500型电动油泵。张拉前须对千斤顶和压力表进行配套标定，并绘制出油压—张拉力曲线。

张拉前须对锚墩钢垫板及钢绞线清理干净。再依次套入锚垫板、工作锚板、限位板，并使其与钻孔成一系列同心圆。

预紧作为分级张拉第一级，采用多次循环预紧方式，预紧吨位为30kN。

每根钢绞线以两次张拉差不超过3mm为限，超过3mm的钢绞线则进入下一循环继续预紧。对预紧正常的锚索，预紧后整束分级张拉到设计吨位锁定。张拉过程中采用应力控制及伸长值校核的操作方法，及时准确记录油表压编号读数，千斤顶伸长值、夹片外长度，当实际伸长值大于计算伸长值10%或者小于5%时，应停止张拉，及时查明原因，采取措施予以调整之后，方可继续张拉。

⑦外锚头保护。锚索在完成张拉段灌浆后，将锚索预留50mm长度，其余采用手持砂轮切割机切去。将钢绞线、工作锚进行清洗，垫座待舱面凿毛清洗后，用细骨料混凝土将锚头密封保护。

（3）效果。龙滩水电站地下厂房采用预应力锚索加固后两年监测（表13.5），其结果显示锚索的各项指标达到加固设计要求，地下厂房的边墙变形控制在允许范围内。目前，工程正处于正常运行工作状态。

表13.5　龙滩水电站地下厂房主厂房锚索测力计监测成果表