大朝山水电站地下厂房岩锚梁施工技术

大朝山水电站地下厂房岩锚梁施工技术周建平１，张孝松２，戴谦训２1中国水电顾问有限公司，北京100011；2中南勘测设计研究院，湖南长沙4100141前言大朝山电站地下厂房开挖尺寸(长×宽×高)为233.90ｍ×26.40ｍ×61.23ｍ。厂房内安装2台400ｔ桥式吊车。地下厂房围岩为玄武岩，岩性坚硬，大部分为Ⅱ、Ⅲ类围岩，局部存在Ⅳ类围岩。主厂房吊车梁采用岩锚梁结构。岩锚梁顶宽175cm，高250cm，上、下游梁长均为208.0ｍ，其体形如图1所示。从1998年3月9日至同年7月11日，大朝山电站仅用4个月的时间，就完成了从岩锚梁岩壁保护层开挖、锚杆施工到混凝土浇筑的全部工作，工程质量好，施工速度快，在同类工程中少见.岩锚梁施工区别于其他水工建筑物施工的特点是：一要采取保护层开挖措施，严格控制超、欠挖，尤其是控制斜面倾角偏差，确保岩壁开挖成型和减少围岩松动范围；二要采用合适的锚杆钻孔和注浆工艺，严格控制锚杆钻孔倾角和深度的偏差，确保砂浆锚杆注浆密实度；三要合理确定混凝土施工配合比和浇筑段长度，严格控制浇筑温度，加强早期养护，防止浇筑块出现有害裂缝。岩锚梁施工是地下厂房施工中的重点和难点，应如何确保工程质量、加快施工进度，参与工程建设的设计、监理和施工单位对此进行了广泛深入的研究，制定了一套具有大朝山特点的岩锚梁施工技术。笔者借参与本工程岩锚梁施工监理的机会，综合研究了设计、施工和监理的有关文件，比较完整地总结了大朝山电站厂房岩锚梁保护层开挖、锚杆施工和混凝土浇筑的关键施工技术，可供业内人士参考。2岩锚梁保护层开挖技术地下厂房岩锚梁设于第二开挖层上、下游边墙，总长度为416.0ｍ。第二层开挖层高8.5ｍ。中部拉槽到位，超前约30ｍ左右，即开始进行岩锚梁保护层开挖。岩锚梁保护层厚3.75ｍ，高8.5ｍ。地质条件复杂、质量标准高、施工条件差、工期要求紧是大朝山电站厂房岩锚梁保护层开挖的主要特点。针对这些特点，施工单位在施工之前进行了广泛调研和现场钻爆试验，提出了岩锚梁施工组织设计。项目监理组织设计、施工等有关单位又进行了认真研究，进一步分析和比较了多种岩锚梁保护层开挖施工方法。考虑到工程地质条件、人员和设备配置、工程质量和工期要求，最终确定岩锚梁保护层分Ⅳ序开挖，全部采用手风钻钻孔，实行光面和预裂控制爆破技术。大规模施工前，施工单位在厂房第二层拉槽部位再次进行了钻孔爆破试验，为岩锚梁开挖确定钻爆参数及工艺要求提供了依据。开挖分序和钻孔布置如表1和图2所示。岩壁直立面预裂孔沿厂房边墙布置。第Ⅳ序开挖的光面爆破孔沿设计斜面布置，自下而上钻孔，设计要求的斜面倾角偏差不大于3°。为了保证周边预裂爆破和光面爆破的效果，施工单位严格控制布孔、造孔、装药、爆破等工序的施工质量，派专人进行技术指导和质量监督，并以标准表格记录每个周边预裂(光面)孔的钻孔布置和装药情况；项目监理派专人抽检，确认合格并签发爆破许可证后才允许起爆。出渣后，施工、设代及监理的工程技术人员逐段分析揭露后的钻孔爆破质量和开挖质量，及时总结经验和教训，并根据下一段围岩地质条件对钻爆参数进行微调。通过采取这些措施，即使在Ⅳ类围岩段，也较好地保证了岩锚梁的成型质量。据开挖断面测量统计，Ⅱ、Ⅲ类围岩段岩壁斜面角度偏差小于3°，满足设计要求。岩壁直立面平均超挖13.5cm，最大超挖21cm，一般欠挖小于5cm；岩壁上残孔率高达91%，无明显可见的爆破裂隙。据声波检测，在Ⅱ、Ⅲ类围岩段，围岩松动范围约为20～30cm。岩锚梁保护层开挖质量好，开挖进度也十分理想。一周(7天)成型进尺最大达到104ｍ，平均每周成型进尺为45ｍ。整个开挖从3月9日开始到5月10日结束，仅用了63天时间。3岩锚梁锚杆的施工岩锚梁锚杆设计为长砂浆锚杆，锚杆的规格及其布置如图3所示。A、B杆为受拉锚杆，C杆为系统锚杆，D杆为受压锚杆。设计要求各锚杆孔位垂直及水平偏差均应小于5cm；受拉锚杆倾斜角度偏差应小于3°(垂直向、水平向)；受压锚筋倾斜角度偏差应小于5°(垂直向、水平向)，不允许出现两杆相交的现象；锚杆注浆质量可靠，杆体应位于锚杆孔中央，四周均被砂浆包裹，注浆饱满度应达到90%以上；采用拉拔试验检测锚杆施工质量，实测拉拔力应大于设计拉拔力。锚杆注浆的材料采用525号普通硅酸盐水泥与人工中、细砂混合的水泥砂浆。砂浆强度等级不低于M20，水泥与砂的重量比为1.1，水灰比在0.38～0.40之间。砂浆锚杆施工虽简便易行，但由于属隐蔽工程项目，工程质量难以检查。为了选择易于保证工程质量的施工方法，施工前，施工单位就“先注浆后插杆”和“先插杆后注浆”两种方法进行了注浆工艺和砂浆密实度对比试验。对比试验表明，在“先插杆后注浆”工艺中，水泥砂浆掺气现象比较严重，砂浆密实度较差。由于需要在锚杆上绑上排气管，使锚杆在孔中的位置偏移，削弱了锚杆与岩壁的胶结作用；另外砂浆的灌注性较差，易堵管、工效低，而灌注纯水泥浆时，结石强度较低，不能满足设计要求。“先注浆后插杆”工艺能够避免上述不足。鉴于此，大朝山电站厂房岩锚梁锚杆施工采用“先注浆后插杆”工艺。施工中采用风动注浆机注浆，注浆管为内径24mm的硬质塑料管，端部削成坡口，并按各类锚杆的入岩深度缠上黑胶布作为标记，以便检查注浆管是否送到孔底。注浆管插入孔底后，开始送浆，当手感注浆管有外推力时，便可开始往外慢慢抽管。在抽管时，还要多次将注浆管回送，以使注浆饱满。当注浆到达孔口时，应特别注意孔口注浆密实，不留空孔。注完浆后，应将锚杆立即插入孔中。插杆时须用水泥纸或塑料布临时封孔，以免砂浆外溢。当杆体深度达到设计锚固长度时(以杆体上标记为准)，再在孔口填满砂浆，用水泥纸临时封堵孔口，待砂浆初凝后方可去除水泥纸。熟练工人按照上述程序和技术措施进行锚杆施工，工程质量完全能够得到保证。锚杆安插14天后，由设代、施工、监理等单位共同随机抽检，其拉拔力满足设计要求。岩锚梁锚杆施工穿插在岩锚梁保护层开挖和岩锚梁混凝土浇筑之间进行，不占直线工期。4岩锚梁混凝土施工上、下游岩锚梁长度均为208ｍ，各设2条永久伸缩缝,设置若干施工缝。浇筑段长度为10ｍ、15ｍ、20ｍ不等，按施工缝共划分为31个浇筑段。为保证有效传递剪力，在施工缝缝面设置了键槽。缝面及键槽面加工成毛面，槽深20cm，键槽面积约为梁体横截面的25%。岩锚梁混凝土1650ｍ3，钢筋140ｔ。混凝土设计标号原为二级配c30，后又调整为二级配c25。施工配合比列于表2。