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摘要：上仰预应力锚索较其他种类锚索在施工中存在内锚固段灌浆，墩头制安等突出问题和困难，在积石峡水电站导流洞与中孔泄洪洞交叉断100T级上仰预应力锚索施工中，采用高强低松弛无粘结预应力锚索、三管两次灌浆、钢结构墩头等施工方法和工艺改进，成功解决了上仰预应力锚索施工中存在的问题，取得了良好的效果，被其他类似工程借鉴使用。
关键词：100T级；高强低松弛无粘结预应力锚索；上仰孔；钢结构墩头；固壁灌浆；二次灌浆
一、情况简介
积石峡左岸导流洞洞身总长660.087m，底坡4.589‰，与左岸中孔泄洪洞结合段长度为442.937m，其中导0+171.664m～导0+217.150m为导流洞与中孔泄洪洞交叉段，长约45.486m，该段洞身穿过地段岩性主要为中细砂岩夹砾岩，岩石完整均一，多为Ⅱ、Ⅲ类围岩，但导流洞与中孔泄洪洞交叉段部位是应力较集中地段，且开挖断面大（最大断面宽28.40m），岩体容易产生失稳而发生事故，故为改善中孔泄洪洞与导流洞交叉段之间岩石力学性能，确保施工安全，设计在该部位桩号（中0+192～0+222）布设27根100吨级上仰预应力锚索。
二、施工特点
1、导流洞与中孔泄洪洞交叉段部位开挖断面大，最大断面宽28.40m，岩体容易产生失稳而发生事故，故锚索施工紧随开挖之后进行，且锚索施工需优化施工工艺，加快施工进度，和开挖需要紧密配合、互创条件。
2、锚索造孔倾角向上，且顶拱岩石破碎，整体岩石发生变形，在距孔口2～3m和17～20m处各存在一断层，造成成孔难度较大。
3、锚索造孔倾角向上，内锚固段注浆如何保证锚固质量，外锚固墩头制作是本工程施工的一个难点。
三、施工工艺
1、钢平台制作
交叉段开挖断面大，最大断面宽28.40m，为方便施工、加快施工进度且保证洞内交通顺畅，我部拟搭设一锚索施工作业平台，所有锚索造孔、穿束、墩头制作、灌浆和张拉等施工均在作业平台上进行。锚索施工平台按照结构分为上下两层，下部为支撑钢平台，上部为脚手架作业平台。
2、造孔
根据施工部位的特殊性，钻机选用较为轻便的设备，便于搬运的宣化产100B型潜孔钻机进行钻孔，钻孔孔径φ130mm。
钻孔的开孔时均由测量放点确保钻孔孔位，为有效控制孔斜，使偏差在设计规范允许误差范围内，在钻进过程中经常用地质罗盘进行校核，孔口1～5米每钻进1米，5米以后每钻进5～10m，进行修正和校核钻机钻孔孔斜；为保证锚固段灌浆质量，钻孔孔深超出设计孔深50㎝。
在钻进过程中，如遇破碎地层或断层带时，钻具会产生跳动，钻进负荷加大，有时出现塌孔、埋钻、卡钻等现象，为确保正常施工，钻进过程中发现掉块和卡钻现象，立即拔出钻具，对破碎带采用固结灌浆的方法，进行锚索孔固壁，胶结破碎地层，浆液的水灰比为0.4：1（即每100L水泥浆中水泥的掺量为141.8㎏，水的掺量为56.9 ㎏），破碎带固结灌浆处理后待凝期间，该钻孔施工的钻机不得有任何移动，直至锚索孔施工结束后方可移钻。
造完孔在锚索孔周边用手风钻打安4根φ28（Ⅱ级）插筋（L=1.5m，入岩1.0m，外露部分形成弯勾），插筋位于以孔口为中心1000㎜×1000㎜正方形四角，用于后期穿索、墩头安装、张拉使用。
3、编索
钢绞线的截断采用砂轮切割机进行切割。将下好料的钢绞线在专门的工作台上按顺序摆好，根据计算量出的内锚固段长度在锚索上作好标记，剥除内锚固段钢绞线外部保护套，并祛除防腐润滑油脂，以确保锚索与注浆体之间的握裹力。
编索时为避免纲绞线相互交叉，自由段（张拉段）和内锚固段均每隔2m设置一个对中（隔离）支架；内锚固段每两个对中（隔离）支架中间用10#铅丝捆扎成收缩结。
在锚索的顶端安装导向帽，导向帽用δ=1.5mm的黑铁皮加工，编束时将纲绞线插入其中，后紧跟一个对中支架，用锤子将对中支架紧砸向导向帽，纲绞线被撑开，辅以4根10#铅丝捆扎即可使导向帽不掉落，要求对中支架尽可能的靠近导向帽。
灌浆（排气）管采用6ˊPE塑料，共安装三根，其长度分别为7.0m，7.5m和25m（或30m），25m（或30m）的一根直插到离导向帽内20cm为止；其中7.0m的为一次灌浆进浆管，7.5m的为一次灌浆排气管，7.5m的二次利用作为二次灌浆进浆管，25m（或30m）的为二次灌浆排气管。
每根纲绞线及灌浆用塑料管与对中（隔离）支架必须用扎丝捆绑好，以免对中（隔离）支架串动。
组装后的锚索由技术员复查合格后，即标明编号、长度待运。
4、穿索
下锚前，应仔细检查锚索编号是否与锚索孔号相符，
安装锚索前对钻孔重新进行检查，对塌孔、掉块进行清理或处理。
锚索安装前对锚索体进行详细检查，对损坏的防护层、配件进行修复。
推送锚索时用力要均匀一致，防止在推送过程中损伤锚索配件和防护层。
推送锚索时不得使锚索体转动，并不断检查排气管与注浆管，确保将锚索体推送到孔底后排气管和注浆管畅通。
穿束过程中利用已打安的插筋固定手动葫芦协助穿束，穿束结束后利用导链临时固定锚束，然后采用4分钢丝绳和卡环将已安装好锚束体重新进行固定，固定端仍利用孔口周围已打安好的插筋，确定安装牢固后再将手动葫芦解除。
5、灌浆
封孔：对穿束完毕的锚索进行封孔，封孔采用麻丝和水泥砂浆进行封堵，封孔段长30cm～50cm，封孔必须密实。
一次灌浆：采用无压灌浆，利用7.0m、7.5m管路做为进、排气管，灌浆施工至排气管管口返浆时结束灌浆，灌浆结束时及时敞开进、排气管管口将管内浆液排净，待管内浆液不再溢出时再用高压风对灌浆管进行吹孔，确保灌浆管路畅通，以便进行二次灌浆时再次使用。 二次灌浆：待一次灌浆浆液凝固并具有一定强度后（一般灌浆后等强时间为12～24小时）进行第二次有压灌浆，二次灌浆利用一次灌浆时的灌浆管作为进浆管路，二次排气管随锚束体插入孔内伸至距孔底20cm处，灌浆采用自下而上一次灌浆，进浆保持连续，灌浆施工至二次排气管返回同浆比的浆液后，再持续灌注10min，且吸浆量≤0.4L/min时即可结束灌浆，灌浆压力0.3MPa。
灌浆采用M40水泥净浆灌注，M40纯水泥浆施工配合比为水：水泥：早强高效减水剂UNF-3=546：1365：13.65，浆液水灰比取0.40，施工中比重按2.0±0.1控制。
灌浆完毕后将外露钢绞线清洗干净，妥善保护，并对锚索进行标识，待强度达到40Mpa（7～14天）后进行锚墩头安装及张拉施工等后续项目。
6、锚索张拉：
张拉前，对张拉系统千斤顶、油压表、油泵、高压油管进行率定，并绘制出压力表读数与系统出力曲线。
油压表的精度不得低于1.5级，压力表常用读数不得超过表盘刻度的75%。
张拉时千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其它污物。
张拉时，加载速率要平缓，加载速率控制在设计应力的10%，卸载时，卸载速率控制在设计应力的20%。
7、外锚头保护
张拉结束后对外锚进行保护处理，首先切除多余钢绞线，余留200mm，然后将制作好的保护罩焊接在钢垫板上，通过预留灌浆管注入0.5：1的纯水泥浆，注浆时边灌边敲击保护罩，以保证水泥浆充填密实，最后对钢铁构件（锚垫板及孔口保护帽）刷防锈漆予以处理。
四、几个施工难点的巧妙解决
1、内锚固段除油
无粘结预应力钢绞线的隔离防护层主要由塑料保护套和专用防腐油脂组成，为增加锚索体与注浆体之间的握裹力，必须祛除塑料保护套和防腐油脂，其中油脂祛除的干净程度，直接影响锚索体与注浆体之间的握裹力，为此本次施工采用锯末、黄土、棉纱等辅助手段进行祛油，具体做法：剥除内锚固段塑料保护套后，将钢绞线根据捻向反向捻开，使钢绞线成为单根钢丝，然后用大量锯末粘去钢绞线上大部分油脂，再用黄土粘（不采用沙土或沙子，以免将钢绞线损伤），如此反复2～3次，直至将粘结在钢绞线上油脂全部粘除干净，最后用棉纱将单根钢丝一一擦拭干净，安钢绞线原捻向恢复原状。
2、封孔与注浆
根据设计要求，本次交叉段施工27根锚索全部为上仰孔，上仰角度分别为90度和75度，且此部位岩石较为破碎，裂隙较发育，采用常规100T级预应力锚索灌浆方法，很难保证内锚固段灌浆质量，因而无法保证预应力吨位，据此经过分析研究，施工采用高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，编索时剥除内锚固段（7m）钢绞线保护套，灌浆采用三管两次张拉前全孔灌浆。
通过一次无压灌浆一方面确保孔口封堵质量，有利于保证二次灌浆压力，另一方面根据设计及地质提供该段拱顶岩层分布情况，交叉断顶拱离开挖岩面2～3米范围内存在一较为发育的裂隙，灌浆管埋深跨过拱顶裂隙发育岩体高度，通过一次灌浆封闭裂隙，防止二次有压灌浆，浆液进入裂隙，影响顶拱岩体的稳定性。
二次为有压灌浆，在对锚索孔周围岩石进行固结，提高破碎岩体的胶结性和整体强度的同时，确保了锚索孔全孔的注浆密实度，从而解决了上仰锚索内锚固段灌浆质量问题，保证了内锚固段锚固效果，使内锚固段锚固具有更大的安全性。而采用的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，又不影响张拉伸长值，确保了锚索正常张拉。
3、墩头制作
此次施工锚索孔27根锚索全部为上仰孔，上仰角度分别为90度和75度，采用常规砼墩头，在顶拱制安墩头钢筋、砼浇筑等手段无法保证墩头质量，且砼墩头施工工期（包括砼龄期等强时间）较长，故拟不采用浇筑混凝土锚墩头，而将原混凝土锚墩变更为钢垫板锚墩。
采用钢墩头较砼墩头存在较大优点：首先钢墩头可直接在后方加工车间加工成形，使用时安装方便；其次从工期角度考虑，钢结构墩头加工完成后可直接安装张拉，节省等强时间，在施工中经过经济测算，钢结构墩头在材料方面较砼墩头有所增加，但增加量不大，结合工期考虑，其经济性能较好于砼墩头。
五、结语
积石峡水电站导流洞与中孔泄洪洞交叉断100T级上仰预应力锚索施工工期紧、难度大、客观条件复杂，通过上述几种方法的巧妙应用，从而优化了施工工艺、缩短了施工工期，同时施工质量得到了较好的保证，在经济性能方面取得了较好的成绩，为导流洞和中孔泄洪洞后续施工赢得了时间，为此类工程起到了借鉴的作用。
关键词：100T级；高强低松弛无粘结预应力锚索；上仰孔；钢结构墩头；固壁灌浆；二次灌浆
一、情况简介
积石峡左岸导流洞洞身总长660.087m，底坡4.589‰，与左岸中孔泄洪洞结合段长度为442.937m，其中导0+171.664m～导0+217.150m为导流洞与中孔泄洪洞交叉段，长约45.486m，该段洞身穿过地段岩性主要为中细砂岩夹砾岩，岩石完整均一，多为Ⅱ、Ⅲ类围岩，但导流洞与中孔泄洪洞交叉段部位是应力较集中地段，且开挖断面大（最大断面宽28.40m），岩体容易产生失稳而发生事故，故为改善中孔泄洪洞与导流洞交叉段之间岩石力学性能，确保施工安全，设计在该部位桩号（中0+192～0+222）布设27根100吨级上仰预应力锚索。
二、施工特点
1、导流洞与中孔泄洪洞交叉段部位开挖断面大，最大断面宽28.40m，岩体容易产生失稳而发生事故，故锚索施工紧随开挖之后进行，且锚索施工需优化施工工艺，加快施工进度，和开挖需要紧密配合、互创条件。
2、锚索造孔倾角向上，且顶拱岩石破碎，整体岩石发生变形，在距孔口2～3m和17～20m处各存在一断层，造成成孔难度较大。
3、锚索造孔倾角向上，内锚固段注浆如何保证锚固质量，外锚固墩头制作是本工程施工的一个难点。
三、施工工艺
1、钢平台制作
交叉段开挖断面大，最大断面宽28.40m，为方便施工、加快施工进度且保证洞内交通顺畅，我部拟搭设一锚索施工作业平台，所有锚索造孔、穿束、墩头制作、灌浆和张拉等施工均在作业平台上进行。锚索施工平台按照结构分为上下两层，下部为支撑钢平台，上部为脚手架作业平台。
2、造孔
根据施工部位的特殊性，钻机选用较为轻便的设备，便于搬运的宣化产100B型潜孔钻机进行钻孔，钻孔孔径φ130mm。
钻孔的开孔时均由测量放点确保钻孔孔位，为有效控制孔斜，使偏差在设计规范允许误差范围内，在钻进过程中经常用地质罗盘进行校核，孔口1～5米每钻进1米，5米以后每钻进5～10m，进行修正和校核钻机钻孔孔斜；为保证锚固段灌浆质量，钻孔孔深超出设计孔深50㎝。
在钻进过程中，如遇破碎地层或断层带时，钻具会产生跳动，钻进负荷加大，有时出现塌孔、埋钻、卡钻等现象，为确保正常施工，钻进过程中发现掉块和卡钻现象，立即拔出钻具，对破碎带采用固结灌浆的方法，进行锚索孔固壁，胶结破碎地层，浆液的水灰比为0.4：1（即每100L水泥浆中水泥的掺量为141.8㎏，水的掺量为56.9 ㎏），破碎带固结灌浆处理后待凝期间，该钻孔施工的钻机不得有任何移动，直至锚索孔施工结束后方可移钻。
造完孔在锚索孔周边用手风钻打安4根φ28（Ⅱ级）插筋（L=1.5m，入岩1.0m，外露部分形成弯勾），插筋位于以孔口为中心1000㎜×1000㎜正方形四角，用于后期穿索、墩头安装、张拉使用。
3、编索
钢绞线的截断采用砂轮切割机进行切割。将下好料的钢绞线在专门的工作台上按顺序摆好，根据计算量出的内锚固段长度在锚索上作好标记，剥除内锚固段钢绞线外部保护套，并祛除防腐润滑油脂，以确保锚索与注浆体之间的握裹力。
编索时为避免纲绞线相互交叉，自由段（张拉段）和内锚固段均每隔2m设置一个对中（隔离）支架；内锚固段每两个对中（隔离）支架中间用10#铅丝捆扎成收缩结。
在锚索的顶端安装导向帽，导向帽用δ=1.5mm的黑铁皮加工，编束时将纲绞线插入其中，后紧跟一个对中支架，用锤子将对中支架紧砸向导向帽，纲绞线被撑开，辅以4根10#铅丝捆扎即可使导向帽不掉落，要求对中支架尽可能的靠近导向帽。
灌浆（排气）管采用6ˊPE塑料，共安装三根，其长度分别为7.0m，7.5m和25m（或30m），25m（或30m）的一根直插到离导向帽内20cm为止；其中7.0m的为一次灌浆进浆管，7.5m的为一次灌浆排气管，7.5m的二次利用作为二次灌浆进浆管，25m（或30m）的为二次灌浆排气管。
每根纲绞线及灌浆用塑料管与对中（隔离）支架必须用扎丝捆绑好，以免对中（隔离）支架串动。
组装后的锚索由技术员复查合格后，即标明编号、长度待运。
4、穿索
下锚前，应仔细检查锚索编号是否与锚索孔号相符，
安装锚索前对钻孔重新进行检查，对塌孔、掉块进行清理或处理。
锚索安装前对锚索体进行详细检查，对损坏的防护层、配件进行修复。
推送锚索时用力要均匀一致，防止在推送过程中损伤锚索配件和防护层。
推送锚索时不得使锚索体转动，并不断检查排气管与注浆管，确保将锚索体推送到孔底后排气管和注浆管畅通。
穿束过程中利用已打安的插筋固定手动葫芦协助穿束，穿束结束后利用导链临时固定锚束，然后采用4分钢丝绳和卡环将已安装好锚束体重新进行固定，固定端仍利用孔口周围已打安好的插筋，确定安装牢固后再将手动葫芦解除。
5、灌浆
封孔：对穿束完毕的锚索进行封孔，封孔采用麻丝和水泥砂浆进行封堵，封孔段长30cm～50cm，封孔必须密实。
一次灌浆：采用无压灌浆，利用7.0m、7.5m管路做为进、排气管，灌浆施工至排气管管口返浆时结束灌浆，灌浆结束时及时敞开进、排气管管口将管内浆液排净，待管内浆液不再溢出时再用高压风对灌浆管进行吹孔，确保灌浆管路畅通，以便进行二次灌浆时再次使用。 二次灌浆：待一次灌浆浆液凝固并具有一定强度后（一般灌浆后等强时间为12～24小时）进行第二次有压灌浆，二次灌浆利用一次灌浆时的灌浆管作为进浆管路，二次排气管随锚束体插入孔内伸至距孔底20cm处，灌浆采用自下而上一次灌浆，进浆保持连续，灌浆施工至二次排气管返回同浆比的浆液后，再持续灌注10min，且吸浆量≤0.4L/min时即可结束灌浆，灌浆压力0.3MPa。
灌浆采用M40水泥净浆灌注，M40纯水泥浆施工配合比为水：水泥：早强高效减水剂UNF-3=546：1365：13.65，浆液水灰比取0.40，施工中比重按2.0±0.1控制。
灌浆完毕后将外露钢绞线清洗干净，妥善保护，并对锚索进行标识，待强度达到40Mpa（7～14天）后进行锚墩头安装及张拉施工等后续项目。
6、锚索张拉：
张拉前，对张拉系统千斤顶、油压表、油泵、高压油管进行率定，并绘制出压力表读数与系统出力曲线。
油压表的精度不得低于1.5级，压力表常用读数不得超过表盘刻度的75%。
张拉时千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其它污物。
张拉时，加载速率要平缓，加载速率控制在设计应力的10%，卸载时，卸载速率控制在设计应力的20%。
7、外锚头保护
张拉结束后对外锚进行保护处理，首先切除多余钢绞线，余留200mm，然后将制作好的保护罩焊接在钢垫板上，通过预留灌浆管注入0.5：1的纯水泥浆，注浆时边灌边敲击保护罩，以保证水泥浆充填密实，最后对钢铁构件（锚垫板及孔口保护帽）刷防锈漆予以处理。
四、几个施工难点的巧妙解决
1、内锚固段除油
无粘结预应力钢绞线的隔离防护层主要由塑料保护套和专用防腐油脂组成，为增加锚索体与注浆体之间的握裹力，必须祛除塑料保护套和防腐油脂，其中油脂祛除的干净程度，直接影响锚索体与注浆体之间的握裹力，为此本次施工采用锯末、黄土、棉纱等辅助手段进行祛油，具体做法：剥除内锚固段塑料保护套后，将钢绞线根据捻向反向捻开，使钢绞线成为单根钢丝，然后用大量锯末粘去钢绞线上大部分油脂，再用黄土粘（不采用沙土或沙子，以免将钢绞线损伤），如此反复2～3次，直至将粘结在钢绞线上油脂全部粘除干净，最后用棉纱将单根钢丝一一擦拭干净，安钢绞线原捻向恢复原状。
2、封孔与注浆
根据设计要求，本次交叉段施工27根锚索全部为上仰孔，上仰角度分别为90度和75度，且此部位岩石较为破碎，裂隙较发育，采用常规100T级预应力锚索灌浆方法，很难保证内锚固段灌浆质量，因而无法保证预应力吨位，据此经过分析研究，施工采用高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，编索时剥除内锚固段（7m）钢绞线保护套，灌浆采用三管两次张拉前全孔灌浆。
通过一次无压灌浆一方面确保孔口封堵质量，有利于保证二次灌浆压力，另一方面根据设计及地质提供该段拱顶岩层分布情况，交叉断顶拱离开挖岩面2～3米范围内存在一较为发育的裂隙，灌浆管埋深跨过拱顶裂隙发育岩体高度，通过一次灌浆封闭裂隙，防止二次有压灌浆，浆液进入裂隙，影响顶拱岩体的稳定性。
二次为有压灌浆，在对锚索孔周围岩石进行固结，提高破碎岩体的胶结性和整体强度的同时，确保了锚索孔全孔的注浆密实度，从而解决了上仰锚索内锚固段灌浆质量问题，保证了内锚固段锚固效果，使内锚固段锚固具有更大的安全性。而采用的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线，又不影响张拉伸长值，确保了锚索正常张拉。
3、墩头制作
此次施工锚索孔27根锚索全部为上仰孔，上仰角度分别为90度和75度，采用常规砼墩头，在顶拱制安墩头钢筋、砼浇筑等手段无法保证墩头质量，且砼墩头施工工期（包括砼龄期等强时间）较长，故拟不采用浇筑混凝土锚墩头，而将原混凝土锚墩变更为钢垫板锚墩。
采用钢墩头较砼墩头存在较大优点：首先钢墩头可直接在后方加工车间加工成形，使用时安装方便；其次从工期角度考虑，钢结构墩头加工完成后可直接安装张拉，节省等强时间，在施工中经过经济测算，钢结构墩头在材料方面较砼墩头有所增加，但增加量不大，结合工期考虑，其经济性能较好于砼墩头。
五、结语
积石峡水电站导流洞与中孔泄洪洞交叉断100T级上仰预应力锚索施工工期紧、难度大、客观条件复杂，通过上述几种方法的巧妙应用，从而优化了施工工艺、缩短了施工工期，同时施工质量得到了较好的保证，在经济性能方面取得了较好的成绩，为导流洞和中孔泄洪洞后续施工赢得了时间，为此类工程起到了借鉴的作用。