机械锁键锚杆在三门峡水利枢纽坝前清污栈桥中的应用

第１０期（总第１０３期）　２０１３年１０，ｑ　中国水能及电气化　Ｃｈｉｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ＮＯ　１０（ＴＯＴＡＬ　Ｎｏ．１Ｏ３）　机械锁键锚杆在三门峡水利枢纽坝前　皇　；　，月，‘＝，　栈桥中的应用　杨　红，崔立功，李海贝　（三门峡黄河明珠（集团）有限公司，河南三门峡４７２０００）　摘要：三门峡水电站是三门峡水利枢纽工程的重要组成部分，水电站承担着防汛、发电、灌溉等综合利用任　务。由于黄河汛期来污量较多，严重影响汛期防洪和发电效能。为此，黄河明珠集团在坝前污物综合治理方案　中对污物运输方式进行了探索与研究，坝前清污栈桥就是对污物运输方式的一种探索。坝前清污栈桥施工的技　术重点和难点是清污栈桥的承重支撑结构与坝体连接的固定装置：十字机械锁键锚杆。本文着重介绍十字锁键　的特性、加工制作和施工流程工艺，以期为类似工程提供一种新方法、新技术。　关键词：机械锁键锚杆加工；栈桥；技术应用　中图分类号：ＴＶ５２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３－８２４１（２０１３）１０－００１３－０５　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｌｏｃｋ　Ｋｅｙ　Ａｎｃｈｏｒ　Ｂｏｌｔ　ｉｎ　Ｄａｍ　Ｆｒｏｎｔ　Ｃｌｅａｎ－ｕｐ　Ｔｒｅｓｔｌｅ　ｏｆ　Ｓａｎｍｅｎｘｉａ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｙａｎｇ　Ｈｏｎｇ，Ｃｕｉ　Ｌｉ—ｇｏｎｇ，Ｌｉ　Ｈａｉ—ｂｅｉ　（Ｓａｎｍｅｎｘｉａ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｐｅａｒｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓａｎｍｅｎｘｉａ　４７２０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓａｎｍｅｎｘｉａ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ，ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　Ｓａｎｍｅｎｘｉａ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｊｅｅｔ，ｕｎｄｅｒｔａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔａｓｋｓ　ｏｆ　ｆｌｏｏｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｅｗａｇｅ　ｏｆ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｌｏｏｄ　ｓｅａｓｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｆｌｏｏｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ．Ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｒｅａｓｏｎ，Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｐｅａｒｌ　Ｇｒｏｕｐ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｓｅｗａｇｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｄａｍ—ｆｒｏｎｔ　ｓｅｗａｇｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｍ—ｆｒｏｎｔ　ｃｌｅａｎ—ｕｐ　ｔｒｅｓｔｌｅ　ｉｓ　ａｎ　ａｃｔ　ｏｆ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｅｗａｇｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ａｎｄ　ｄｉｉｃｕｌｆｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｄａｍ—ｆｒｏｎｔ　ｃｌｅａｎ—ｕｐ　ｔｒｅｓｔｌｅ　ｉｓ　ｃｒｏｓｓ—ｓｈａｐｅｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｌｏｃｋ　ｋｅｙ　ａｎｃｈｏｒ　ｂｏｌｔ，ｔｈｅ　ｆｉｘｅｄ　ｆａｃｉｌｉｔｙ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ，　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｍ　ｂｏｄｙ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｏｓｓ—ｓｈａｐｅｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｌｏｃｋ　ｋｅｙ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｓ　ａｎ　ａｔｔｅｍｐｔ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｌｏｃｋ　ｋｅｙ　ａｎｃｈｏｒ　ｂｏｌｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｔｒｅｓｔｌｅ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　三门峡水电站是三门峡水利枢纽工程的重要组成　汛期防洪和发电效能。由于这种来污量在国内水电站　部分，水电站承担着防汛、发电、灌溉等综合利用任　务。由于黄河汛期上游各种树枝、杂草等杂污量较　多，顺河漂浮至三门峡水电站，严重影响了水利枢纽　中较为罕见，坝前清污一直是明珠集团技术攻关的课　题。多年来，坝前拦污栅前的汛期清污主要采用抓斗　进行，即用１５０ｔ悬臂吊挂清污抓斗抓捞污物，放人　１３　施工技术　３１６ｍ高程平台网兜内，再用坝顶２５ｔ塔吊运至坝顶，　减少从３１６ｍ高程平台将污物吊运至坝顶这个环节，　最后由汽车运走处理。在坝前汛期清污试验中，也先　并拆卸超期服役的２５ｔ塔吊，不需新建塔吊，这样也　后采用了回转格栅清污机、拦污浮排、清污抓斗等一　节省了资金，坝顶也变得宽敞整洁。　系列清污方式，在污物的拦、排、抓、捞等环节上取　１　工程概况　得了一定经验和成效。但在捞上污物清理运输进度方　面，由于中间倒运环节较多，又受已经超期服役的　清污栈桥位于三门峡水电站坝前３１６ｍ高程平台　２５ｔ塔吊吊运速度和距离较远等因素限制，清污效率　处，全长２９７ｍ，由发电机组坝段栈桥段和非溢流坝　较低，存在极大安全隐患，严重影响到黄河防汛和浑　段栈桥段组成，其中发电机组坝段栈桥由原３１６ｍ高　水发电的效果。另外，三门峡水电站是旅游景点，　程平台修整改造而成，桥面总宽度３．６５ｍ，两侧设防　“一步跨二省”（河南省、山西省）的地标就在坝顶，　护栏杆，行车道净宽３．３ｍ。非溢流坝段栈桥依坝面　观看“中流砥柱”和“三门”（人门、鬼门、神门）　布置，长１５２ｍ，桥面宽度４．１Ｉｌｌ，两侧设３０ｃｍ宽的　的观景台也在坝顶。因此，将污物吊运至坝顶，再用　防护栏，行车道净宽３．５ｍ，为钢支架预制钢筋混凝　汽车运走后，坝顶一片狼藉，严重影响景点环境。坝　土桥面板式结构，承重支撑结构为下端锚固支撑于坝　前清污栈桥建设项目就是对污物运输方式的一种探　体内、上端横梁通过锚栓锚固于坝面的三角形钢支架，　索，新建的清污栈桥与３１６ｍ高程平台连接，１５０ｔ悬　上部结构采用简支式预制钢筋混凝土空心板，板厚　臂吊抓上污物后，通过栈桥用汽车直接将污物运走，　４２ｃｍ，标准跨度为８ｒｎ；设计载荷１５ｔ。如图１所示。　、　翌　＿＿Ｊ　ｌ　硅　书｝　＝　丽　丽　三【　＝　－一　－１｝　Ⅱ　＃　；　一　一一＊　一一＊　　。【Ｌ　＊　一～一　一一　。‘　　’‘　－　兰．：‘　ｌ‘Ｉ１ｉｌ’：　●　　Ｉ●　广　‘　＿‘　。　・　１　．耋　‘・　ｊ　”　。　堕　匿　ｌ－：　・　＼塑兰竺　塑皇　！　＝；　暑　；　哩　］匿　　［　ｌ　Ｊ］　『ｌ　Ⅲ’　］　横断面布置　立面布置（Ｉ—Ｉ）　图１栈桥布置　上端横梁通过１２根（ｂ２４不锈钢化学锚栓与坝体　１２５ｋＮ。锚栓与孔壁之间空隙采用Ａ级植筋化学药剂　混凝土锚固，不锈钢化学锚栓采用有机械锁键效应的　填充密实。　后扩底加长锚栓，锚栓设计受拉承载力不应小于　该工程由于其所处的位置和自身结构的特殊性，　施工技术　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　施工难度大，危险性大，工期紧，工艺复杂，质量要　求高，在国内现有枢纽工程中的应用尚属首例。　较多的是端部一字劈叉加楔体锚杆，依靠楔体打入劈　又内使锚杆端部张开形成自锁锚固。近几年来随着材　２坝前清污栈桥技术重点与难点分析　经勘测设计研究单位对坝前修建栈桥进行方案论　证，确定了钢支架简支混凝土板桥的设计方案，明珠　集团公司把项目列入２０１０年度投资计划。　料、技术、工艺等的进步，自锁锚杆在工程中也被越　来越多地应用，如内置机械锁键后扩底自锁锚杆、自　切底白锁锚杆、锥体膨胀型自锁锚杆等，从已应用工　程的效果看，相同规格的自锁锚杆抗拔力均能超过　３００ｋＮ，远远大于该工程设计的１２５ｋＮ抗拔力要求。　因此，只要根据实际情况合理解决好机械锁键锚杆的　栈桥施工中的重点和难点：④重点在于桥体的承　重钢梁（三角形钢结构支架）是由上下两个支点通　过１２根锚杆与坝体连接传力，锚杆是结构的受力核　心，设计方案对锚杆的形式、布置和抗拔力提出了要　锁键制作加工、钻孔扩底和锚杆安装等工艺问题，利　用机械锁键锚杆解决栈桥与坝体之间的受力问题是完　全可行的。　求；⑥难点在于经过市场调研，市场购买的成品锚杆　价格高，并且也没有１３００ｍｍ的成品锚杆，如定制，　３．１机械锁键锚杆的比较、选择及确定　目前工程上常见的机械锁键锚杆有内置机械锁键　后扩底自锁锚杆、自切底自锁锚杆、端部一字劈叉加　楔体自锁锚杆、十字切缝加锥形膨胀体型自锁锚杆。　周期较长，无法满足该工程的需要。如何自制和加工　十字锚杆劈叉与切割工具才能满足设计要求是技术难　点。在这种情况下，水电公司成立攻关小组，自主开　发加工设备和施工工艺。　（１）内置机械锁键后扩底自锁锚杆。这种锚杆　结构较复杂。是具有真正内置机械锁键效应的自锁锚　３机械锁键锚杆的技术研究与应用　锚杆在工程中应用非常普遍，端部自锁锚杆应用　杆，安全级别最高，具有很高的承载力，可承受动载　和冲击荷载。如图２所示。　图２内置机械锁键后扩底自封锚杆　（２）自切底自锁锚杆。这种锚杆不需要专业扩　底工具进行扩底，当锚栓旋紧到安装扭矩时，锚栓底　部的机械锁键会自动切入混凝土中，与混凝土形成自　锁锚固，适用于承受震动载荷的结构中，其结构与第　底锥形扩底锚固，增加抗拔力。端部结构如图３所示。　通过市场调研和对比分析，第（１）、第（２）种　锚杆锚固效果好，抗拔力和安全等级高，但是锚杆结　构复杂，价格昂贵，且大部分在国外生产，生产周期　长，无法满足工期要求，并且在实践中应用较多的是　长度在３００ｍｍ以内的锚杆，缺少长锚杆（该项目为　（１）种相似。　（３）端部一字劈叉加楔体自锁锚杆。这是常用　的端部自锁锚杆，安装简单快捷，但端部锚固受力不　１３００ｍｍ）应用实例，加长后锚杆制作成本将会更高，　均匀，楔体易滑移失去锚固，承受动载时可靠性差。　（４）十字切缝加锥形膨胀体型自锁锚杆。这种锚　杆的主要结构是在锚杆底端垂直切合适长度的十字缝，　安装时通过外力打入锥形楔体，使锚杆端部张开与孔　因此，这两种方案在工期和价格上都给予否定。　第（３）种方案结构简单，制作安装方便，但自　锁装置受力不均匀，易发生滑动失去锚固，不适用于　承受动载的桥梁结构。　１５　盘固定砂轮片进行加工。摇动中拖板可以前进后退，　便于对锚栓进行切割；摇动大拖板或小拖板来调整锚　栓与切割片的中心位置，调整刀架，可确保切割的垂　直度，保证加工质量。经过反复试验，缝深、缝宽及　垂直度均达到了设计要求。　３．４机械锁键锚杆施工流程　（１）主要施工顺序为：放线（确定锚栓位置）一　检查验收一钻孑Ｌ一扩底一清孔一检查验收一锚栓安装　植筋。　（２）施工方案如下：　ａ．轴线及锚栓定位放线。　ｂ．节点混凝土凿除、磨平。节点定位放线后，　利用风镐凿出设计几何尺寸，再用角磨机将凿除部分　表面打磨平整，确保锚栓钢板的安装角度及位置。　ｃ．钻孑Ｌ。此次锚栓植入均在大坝立面上进行，　混凝土强度等级一般（Ｃ２５），但设计要求植入深度　较大（最大深度１３００ｒａｍ），由于用冲击钻钻孔无法　达到此深度，最终采用风钻钻孔，成孔直径３２ｍｍ，　采用专用扩底钻头成型，后扩底直径３８～４０ｍｍ。　ｄ．锚孔清孔及干燥。钻孑Ｌ到深度后用高压风枪　配合毛刷清孑Ｌ，确保孔底、孑Ｌ壁清理干净。后扩底完　成后，用带压力水枪冲洗锚孔，清出积水，并用干布　擦干孑Ｌ壁，再用专用干燥风机吹干锚孔，热风吹干时　问不低于２０ｍｉｎ。做好保护，防止水再次浸入。　ｅ．锚孔检查验收：④深度验收采用钢卷尺直接　测量，深度允许偏差０～２０ｒａｍ；⑥后扩底直径检查验　收，采用专用后扩底直径测量仪进行，扩孔直径允许　偏差０～５ｍｍ；⑥孔壁干燥检查验收，要确保吹干时　间，用干布擦拭孔壁，检查干湿程度。　ｆ．植筋。按配合比配置胶液，用胶枪将适量胶液　压入孔内，再用手动压力装置把锚栓压送进孑Ｌ，带自　锁装置的锚栓，严格控制压进深度，确保自锁装置打　开到位。控制胶液距孔口距离在３００～４００ｍｍ，植筋　后２４ｈ内严禁扰动钢筋，待植筋胶凝固后，用锚杆专　用无机灌注料封口，并保湿养护，养护时间不少于　７天　施工技术　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　４　加工机械锁键锚杆主要技术要点与创新　机械锁键锚杆主要技术难点和重点是锚杆端部　“十字”切缝的加工。通过对现有普通车床进行改造　研制成功的切缝工具，既满足了自锁锚杆结构要求，　也大大地降低了成本，缩短了加工制作周期，确保了　项目圆满顺利的完成。同时，该产品打破了市场垄　断，为新产品的推广应用打下了基础。　机械锁键锚杆加工工艺以下几项创新：　（１）后扩底机械锁键锚杆选型的创新。长机械　锁键自锁锚杆在国内现有枢纽工程中的应用尚属首　例，通过详细的市场调研和反复试验，最终确定的后　扩底十字切缝加锥形膨胀体自锁锚杆是对现有各种机　械锁键自锁锚杆的大胆创新，解决了制约工程实施的　关键技术难题。　（２）后扩底机械锁键锚杆施工参数选定的创新。　锚杆施工参数的选择不仅要满足锚杆的设计抗拔要　求，也要充分考虑经济可行性和技术可靠性，综合受　力、成本、工期、现场条件和实施难度多方因素。实　践证明：该工程所选用的各项施工参数是科学合理、　经济可行的，是对原设计方案的合理优化和创新。　（３）锚杆端部“十字”切缝加工方法的创新。　原工艺属专利产品，购买价格高、附加条件多，因　此，必须克服技术难关，自行加工制作。项目部相关　人员通过反复试验研究，对现有普通车床进行合理改　造，成功地解决了这一难题，既满足了自锁锚杆结构　要求，也大大的降低了成本，缩短了加工制作周期，　确保了项目圆满顺利的完成。　（４）锚杆钻孔和安装工艺的创新。为了控制钻　孔扩底质量，项目人员根据试验情况制作了扩底检测　工具，确保了锚杆的钻孑Ｌ质量。在锚杆安装上，机械　锁键采用先静压张开、后冲击到位的方法，避免锥形　膨胀装置因震动脱落孔内的现象发生。在回填灌注　上，采用底部使用环氧树脂、端口使用无机灌浆材料　的灌注方法，避免了焊接高温对化学灌注材料的不利　影响，确保了锚杆的安装质量。　１７