摘要：在三峡双线五级船闸主体段的4面直立墙上实施的9.3万根高强锚杆,是锚固技术上的一大发展。它解决了直立坡岩体与薄衬砌钢筋混凝土墙的连接和衬砌墙的稳定，同时解决了岩体与衬砌墙间因温度变形差异而引起的剪切变形问题。对高强锚杆的结构特点、相应的工艺技术及效果研究作了介绍。
关键词：三峡船闸；高强锚杆；施工技术；效果；研究
1 概述
长江三峡水利枢纽工程双线连续五级船闸，位于长江左岸坛子岭北侧，其轴线方向为110°，主体段长1607 m。船闸修建在花岗岩山体中深切开挖的深槽之中，开挖最大边坡高176m，上部为斜坡段，下部闸首及闸室为直立坡段，直立坡最大坡高68.5m，双线船闸间保留宽60m、高45～68 m的直立坡岩体隔墩。闸室采用薄衬砌钢筋混凝土墙结构，厚1.5～2.4m，墙体混凝土通过高强锚杆与岩体连接。
双线五级船闸四面直立坡总面积约25.6万m2，布置9.3万根高强锚杆，这些锚杆具有加固直立坡岩体、维持闸室段薄衬砌钢筋混凝土墙的连接作用；并在船闸运行期，当衬砌墙在闸室泄水后或检修工况下，承受水压力时，保证其稳定。在闸首部位，锚杆兼有控制岩体变形，以确保人字门挡水功能的作用。因此，高强锚杆的应用能否满足工程要求，是备受关注的问题，也是工程施工的难题之一。
2 高强锚杆的结构及布置
2.1 结构设计
高强锚杆钻孔为水平孔，孔径为76mm，杆体为32mm的Ⅴ级高强精轧螺纹钢筋，其结构由灌注于岩体内的内锚段、浇筑于混凝土内的外露段以及两者之间的自由段等三部分组成。内锚段设10mm钢筋的圆圈托架，外露段端部设置锚垫板，自由段经防腐处理安装橡胶套管保护。高强锚杆结构设计见图1。
图1 高强锚杆结构设计图
2.2 锚杆布置
高强锚杆的布置形式是根据水压力的分布形态布置的，总体原则是上疏下密、上长下短，沿垂直向分3档布置。
闸首按高度的不同有两种布置形式，第1种为与下闸室相接部位，锚杆长度为9m、11m和13m，排距1.5m，孔距1.5m，外露端长为2.5m；第2种为与上闸室相接部位，锚杆长度为8m、10m和12m，排距1.2m、1.5m和1.5m，孔距2.0m，外露端长为1.45m、1.75m和2.05m。
闸室锚杆长度为8m、10m和12m，排距1.35～1.5 m、1.5～1.8m和1.8～2m，孔距1.3～2m、2m、2m，外露段长为1.45m、1.75m和2.05m。
3 受力特点及材质性能
3.1 高强锚杆的受力特点
3.1.1 抗拉强度
高强锚杆在船闸运行期，当衬砌墙在闸室泄水后或检修时，受透水压力、温度及自重荷载作用，单根锚杆可能要承受600kN抗拉荷载。
3.1.2 适应剪切变形
船闸高强锚杆是锚固直立坡岩体，连接和加固薄衬砌混凝土墙的杆体。在直立坡岩体和薄衬砌混凝土墙间，存在着温度荷载作用下的差异形变所形成的剪切应力和变形，最大剪切位移5mm。因此，高强锚杆必须具有适应剪切变形功能。
3.2 材质性能
根据锚杆在控制工况下，渗透水压力的作用强度计算分析，单根锚杆应具有承受340MPa荷载的能力，再加上温度变形差异而引起的剪切变形，锚杆要承受的荷载承受荷载更大。因此普通钢材的锚杆杆体已很难满足稳定船闸结构的要求。经调研论证，设计采用32mm的Ⅴ级高强精轧螺纹钢筋作为杆体，其力学性能指标为：屈服强度≥800MPa，极限抗拉强度≥1000MPa，伸长率≥6%，冷弯90°不出现裂纹，钢筋表面不得有结疤和横向裂纹。
4 施工工艺
4.1 造孔
双线五级船闸，直立坡高45～68.5m，高强锚杆布设于直立坡上，月生产强度7000余根，高峰期强度高达13 000余根。为解决高直立坡、高强度的钻孔条件，采用搭设钢管排架的方案。
高强锚杆钻孔为水平孔，终孔孔径为76mm，孔斜率为2°～4°，孔深和孔位误差小于10cm。解决高强锚杆钻孔技术，关键是解决钻孔的设备问题。国内现有钻机虽能满足钻孔的要求，但进尺慢、耗风量大，很难适应高强度、高速度施工的需要。针对锚杆钻机的现状，我们研制了一种新型的DCZ型锚杆钻机。DCZ锚杆钻机与其它锚杆钻机有两大改进，一是用孔外顶锤代替孔内潜孔锤，增大了单次冲击能1～3倍；二是用电马达代替了风马达，降低了耗风量。经多次试验比较钻孔进尺由原来2～6m/h提高到7～10m/h。在锚杆钻孔施工中采用以DCZ型钻机为主，其它钻机为辅的施工方案。
4.2 自由段防腐处理
4.2.1 防腐技术要求
1）自由段范围内表面除锈达到的标准
表面清洁度达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923-88）中规定的Sa2等级，表面粗糙度应在60～80μm的范围内。
2）喷涂材料及涂装道数和厚度
喷锌材料的粒径为2～3mm，纯度为99.99%。封闭材料采用BW9355型改性环氧防腐涂料，干膜厚度不得低于200μm。喷锌2道，总厚度120～180μm，封闭层的干膜总厚度不小于400μm。面漆的颜色为灰色。
3）橡胶套管主要性能控制指标
橡胶套管主要性能控制指标见表1。
表1 橡胶套管主要性能控制指标表
4.2.2 工艺流程及技术
1）试验流程
自由段除锈处理→喷锌→涂料封闭→橡胶套管保护
2）除锈
高强锚杆自由段采用喷砂除锈。喷砂除锈在封闭式车间内进行，风采用经过冷干机净化的压缩空气。喷砂磨料是经过调配的棱角钢砂，平均粒径为0.5～1.5mm。喷砂风压为0.5MPa。除锈后，表面清洁度及粗糙度均达设计要求。
3）喷锌
喷锌工艺采用先进的热喷方法——电弧喷涂。喷锌设备为XDP-5型电弧喷涂机，喷锌材料为3mm锌丝。在喷锌作业过程中，喷枪喷距10～20cm，喷角0°～15°，喷枪移动速度12～18cm/s。更换喷涂面时，应有1/3宽度的重叠喷涂带，喷压不低于0.4 MPa。
4）涂料封闭
涂料封闭采用人工单根分两次涂刷，先涂刷低粘度BW9306涂料作底层涂漆，然后再涂BW9355作为面层涂漆，封闭效果好，且表面光滑平整。[本文共有 2 页，当前是第 1 页] <<上一页 下一页>>
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