尚浩平

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

文章編號：1006—2610(2015)03—0060—05

預應力錨索施工技術在變形巖體邊坡治理中的應用

尚浩平

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

以云南省漁泡江鐵川橋水電站預應力錨索施工為實例，總結了變形巖體邊坡預應力錨索的施工方法及工藝流程、質量管理技術措施及質量檢驗要點，評價了預應力錨索的施工質量及加固效果，變形巖體邊坡預應力錨索施工取得了較好效果。

預應力錨索;變形巖體;邊坡治理

1 工程概況

鐵川橋水電站是漁泡江梯級開發(fā)的第4級引水式電站，位于云南省大理州賓川縣與楚雄州大姚縣交界的金沙江一級支流——漁泡江下游口河段。電站設計壩型為碾壓混凝土拱壩，最大壩高94.5 m，正常蓄水位1 272 m，總庫容2 638萬m3，總裝機容量42 MW，多年平均發(fā)電量12 490萬kWh。電站以發(fā)電為開發(fā)目標，無其它綜合利用要求。

2 左岸高程1 300 m以上邊坡工程地質條件

壩址區(qū)位于朱苦拉村下游漁泡江深切河谷內，河谷狹窄，河流流向近NNE，兩岸以構造浸蝕、剝蝕成因地貌為主，植被稀疏，高程1 300 m以上自然坡平均坡度近40°，上下游發(fā)育斷層F1、F2形成的沖溝。

左岸高程1 300 m以上范圍主要出露基巖為白堊系上統(tǒng)厚層砂質泥灰?guī)r，巖層單斜產出，走向N60°～75°W，傾向SW，傾角30°～40°。區(qū)內未見較大斷層分布，僅F1、F2、F6斷層規(guī)模稍大。斷層F1、F2產狀N60°～80°W，NE∠60°～∠80°，破碎帶寬2～15 cm，充填糜棱巖、角礫巖及斷層泥，斷面較平直光滑，延伸長度2～3 km；斷層F6產狀N5°E～N10°W，SE/NE∠80°～∠85°，為卸荷性質斷層，寬度一般0.5～3 cm，最大1.2 m，充填碎塊石及次生泥，斷面較粗糙，延伸長度約1 km。巖層中節(jié)理裂隙較發(fā)育，以中、陡傾角為主，緩傾角少見，按走向大體分為5組：① N60°～75°W，SW∠30°～∠40°;② N0°～30°E，SE/NW∠60°～∠85°;③ N10°～30°W，NE∠65°～∠80°;④ N60°～80°W，SW∠60°～∠80°;⑤ N60°～80°W，NE/SW∠10°～∠20°，N50°～60°E，NW∠15°～∠25°。其中①組為層面節(jié)理，多閉合，局部發(fā)育為層間錯動小斷層，貫穿性好；②、③組為卸荷裂隙，多張開1～2 mm，充填次生泥，延伸長度一般10～20 m，少數(shù)大于20 m，發(fā)育密度0.8～1.5 m/條；④組發(fā)育程度僅次于②、③組，多閉合，延伸長度一般5～8 m。

左岸高程1 300 m以上為逆向坡，受F1、F2、F6斷層、層面節(jié)理和順河向卸荷裂隙切割影響，巖體卸荷深度較大，其中強卸荷帶水平深度7～9 m，弱卸荷水平發(fā)育深度達20～48 m，卸荷帶內巖體松弛邊變形，斷裂張開，風化程度高，完整性較差，坡面表層6～8 m巖體明顯松動破碎，加上坡度較陡，自然邊坡穩(wěn)定性較差。

3 邊坡施工及處理方案比選

大壩左岸邊坡2009年5月10日開挖，按照自上而下分層開挖的施工程序進行，先進行高程1 340 m纜索平臺開挖，再由上向下進行左壩頭高程1 340～1 274.5 m梯段開挖，當邊坡開挖至壩頂高程1 274.5 m時，開始進行左壩肩開挖直至河床建基面高程1 180 m。邊坡常規(guī)錨噴支護隨開挖跟進施工。

2009年8月初左岸邊坡開挖到高程1 315 m時，在高程1 319.5 m馬道靠上游側已噴混凝土表面出現(xiàn)1條與邊坡走向近平行的張裂縫，長約10 m，寬1.0～2.0 mm。經觀測，該裂縫仍在持續(xù)發(fā)展中，表明邊坡巖體已出現(xiàn)變形跡象，必須對該部位邊坡穩(wěn)定性進行分析研究，并提出相應的工程處理措施[1]。

基于上述，提出左岸高程1 300 m以上變形巖體處理專題報告。該專題報告主要分析了左岸高程1 300 m以上變形巖體對開挖邊坡穩(wěn)定與安全的影響，研究相應的處理方案與措施。經對左岸高程1 300 m以上自然邊坡和開挖邊坡穩(wěn)定復核或計算分析，其自然邊坡在持久工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨、地震工況下邊坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)；開挖邊坡在持久工況、暴雨工況下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但不能滿足設計規(guī)范對永久邊坡穩(wěn)定安全的要求，在地震作用影響下，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該報告通過對邊坡加固處理方案的綜合比較分析，最終選擇采用預應力錨索為主的綜合處理方案[2-4]，并對該方案進行了詳細設計。

為保證左岸已開挖邊坡及左壩肩未開挖130 m左右的高陡邊坡施工安全，根據(jù)設計要求及時調整了左岸邊坡施工方案。在左岸高程1 319.5 m以上開挖邊坡預應力錨索全部施工完畢后，方可開始下部邊坡開挖，且錨索施工必須緊隨邊坡開挖進行。

4 處理方案及材料選擇

4.1 邊坡加固處理方案

(1) 邊坡開挖：邊坡開口線最高高程為1340.0 m，為減少開挖深度和保持上部邊坡穩(wěn)定，左岸高程1 319.0 m以上表部松動層以基本挖除為宜，高程1 319.0 m以下表部松動層應全部挖除。邊坡開挖分3級坡，單級邊坡開挖坡比均為1∶0.5，坡高分別為20.5、15.0和4.5 m，馬道寬度均為2 m。

(2) 預應力錨索：預應力錨索按結構分為有粘結和無粘結錨索2種。與有粘結錨索相比，無粘結錨索的主要特點是鋼絞線周圍帶有護套，內有防腐油脂，鋼絞線可在護套內自由滑移；編索時不需要安裝定位止?jié){環(huán)；內錨段與張拉段采用一次灌漿方式，可以減少一道工序，提高工效；不僅可重復張拉，而且大部分鋼絞線能獲得防腐油脂和護套的雙重保護。無粘結錨索有諸多優(yōu)勢，但此類錨索造價較高。因此，本工程左岸高程1 300 m以上變形巖體邊坡錨固處理中多采用有粘結錨索。

預應力錨索錨固的主要對象為F6卸荷性質斷層及順河向卸荷裂隙。邊坡開挖減載后，分別在開挖邊坡高程1 327.0、1 321.5、1 317.5、1 312.0、1 306.5和1 302.5 m共布置14φj15.24 mm 2 000 kN預應力端頭錨索70束，其中有粘結錨索55束，無粘結錨索15束。錨索長度為30、50 m，交錯布置，水平間距4 m。邊坡高程1 306.5 m為向下傾15°錨索，其它均為水平錨索。錨索內錨段長度均為8.0 m。錨墩尺寸為1.0 m×1.0 m×0.5 m(長×寬×高)。

(3) 噴錨支護：開挖坡面均采用掛網噴錨支護，掛網鋼筋為?6@15 cm×15 cm，噴混凝土厚度15 cm，系統(tǒng)錨桿分別為?28 mm和?32 mm，錨桿長度分別為9 m和6 m，交錯布置，間、排距均為3.0 m。同時在每級馬道平臺上設置超前錨筋樁3Φ32 mm，錨筋樁長度為18 m，垂直向下，間距為3.0 m，以錨固層面裂隙和減少下層開挖對邊坡巖體的擾動。

(4) 排水系統(tǒng)：在噴混凝土的坡面上設置系統(tǒng)排水孔，孔徑91 mm，孔深5.0 m，仰角10°，間、排距均為3.0 m，梅花形布置。在馬道和坡面上設排水溝，并設置坡外截水溝。

(5) 監(jiān)測系統(tǒng)：為監(jiān)測左岸高程1 300 m以上變形巖體邊坡加固處理的效果及邊坡今后的動態(tài)，布設錨索測力計3臺、多點位移計1套、錨筋樁鋼筋計2支。

4.2 材料選擇

(1) 錨索材質：預應力錨索采用公稱直徑d=15.24 mm(7?5)、強度等級為1 860 MPa(270級)國產高強低松弛鋼絞線，材料應符合GB/T5244-2003[3]。有粘結錨索采用無涂層高強低松弛鋼絞線，無粘結錨索采用有涂層高強低松弛鋼絞線。

(2) 錨具：錨具的力學性能及幾何尺寸應符合設計要求，錨具進場后應按規(guī)范要求進行外觀和硬度檢驗，質量應符合GB/T14370[4]的有關規(guī)定。

(3) 水泥：選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，各項技術指標應符合GB175-2007[5]標準。

(4) 砂石骨料：錨墩及封錨混凝土采用機制砂石料，質量應符合DL/T5144-2001[6]的有關規(guī)定。砂的細度模數(shù)為2.4～2.8，含水率不宜超過6%。

4.3 配合比設計

(1) 灌漿漿材配比：內錨段0.35∶1；張拉段0.40∶1，高效減水早強劑摻量為水泥質量的3%[7]。

(2) 混凝土配合比：錨墩混凝土強度等級為C40(7 d)，采用配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑=1∶1.38∶2.80∶0.37∶0.007。

5 預應力錨索施工方法及技術措施

本工程錨索結構設計為有粘結和無粘結預應力錨索2種。有粘結預應力錨索施工程序：搭設施工排架→鉆孔→錨索制安→內錨段灌漿→錨墩混凝土澆筑→張拉錨固→張拉段灌漿→外錨頭混凝土保護。

無粘結預應力錨索施工程序：搭設施工排架→鉆孔→錨索制安→錨墩混凝土澆筑→錨索灌漿→張拉錨固→外錨頭混凝土保護。

5.1 搭設施工排架

施工排架搭設前先對開挖邊坡上的松動巖塊進行清理，確認安全后再搭設排架。邊坡排架搭設嚴格按審批的專項施工方案組織實施，并經驗收合格簽證后方可投入使用。

5.2 鉆 孔

錨索鉆孔是本工程預應力錨索施工的難點。施工初期曾采取普通鉆孔及固壁灌漿鉆孔方法，由于左岸高程1 300 m以上變形體開挖邊坡地質條件較差，采用單一的普通鉆孔，常有塌孔、卡鉆等情況發(fā)生，鉆進困難；采用固壁灌漿鉆孔，水泥消耗量較大，施工緩慢，在遇到卸荷裂隙發(fā)育地段時不理想；施工中改進采用跟管法鉆進成孔基本避免了上述不利因素。

(1) 錨索孔按設計要求測量放線定位，采用MGY-80型錨固鉆機鉆進成孔，開孔孔徑不小于設計值?160 mm。開孔時，嚴格按設計方位角和傾角將鉆具調整到位后，啟動鉆機輕壓慢鉆20～30 cm后停機，再次對鉆具的角度進行校核調整，并將機架固定牢靠。在鉆進過程中，孔斜控制采用粗徑鉆具加扶正器，并采用KXP-1測斜儀分段測斜，發(fā)現(xiàn)偏差，及時糾偏，終孔后再進行1次全孔測斜。錨孔經驗收合格后及時做好孔口保護。

(2) 鉆孔質量檢驗。錨索鉆孔終孔后，對其孔位、孔徑、孔深、孔斜、方位角等5項進行檢測。孔位坐標實測偏差值50～80 mm,小于100 mm，合格率100%；孔徑實測偏差值20～50 mm大于設計孔徑10 mm，合格率100%；孔深實測偏差值350～500 mm，允許誤差400 mm，合格率98.5%；孔斜允許誤差不大于孔深2%，實測值400～600 mm，合格率100%；方位角允許誤差為2°，實測偏差值1.5°～2°，合格率100%。檢測成果表明，錨索鉆孔質量符合規(guī)范和設計要求。

5.3 錨索制作、運輸與安裝

(1) 錨索制作：鋼絞線下料完畢后，先將鋼絞線和各種進回漿管平行攤于現(xiàn)場專用工作平臺上，對進回漿管分別進行標識，然后按錨索設計結構圖編索，在規(guī)定位置安裝止?jié){包(環(huán))、對中支架和隔離架等，最后在錨索端頭套上導向帽。錨索制作完畢經檢驗合格后簽發(fā)合格證，并掛牌編號，妥善存放。

(2) 錨索運輸與安裝：錨索運輸采用人工運輸。錨索安裝前，先對錨索孔道、索體進行全面核查。檢查孔道的通暢性，核對索體編號和孔號，檢查索體的順直性、無粘結錨索PE護套完好性，檢查止?jié){包(環(huán))質量及進回漿管的位置、通暢性等，然后采用人工輔以手動葫蘆安裝錨索，保證一次放索到位。錨索安裝到位后，檢查止?jié){包(環(huán))的密封性，并對外露鋼絞線進行臨時防護。

(3) 錨索制安質量檢驗。錨索制安檢驗包括鋼絞線、止?jié){包(環(huán))、進(回)漿管、架線環(huán)、導向帽、索體及錨索安裝等項。錨索制安質量經檢驗，符合規(guī)范和設計要求。

5.4 張拉鎖定

錨索張拉是預應力錨索施工的關鍵工序，技術措施主要有：

(1) 張拉機具標定。為保證張拉控制力的準確性，在張拉前需對千斤頂、壓力表及錨索測力計等張拉機具進行配套標定。

(2) 張拉條件。錨索張拉準備工作就緒，具備如下條件后方可實施錨索張拉作業(yè)：① 張拉施工區(qū)安全隱患已排查并整改到位；② 錨索內錨段漿體結石、錨墩混凝土均達到100%設計強度；③ 張拉機具空載試運轉正?？煽?；④ 張拉技術安全交底及張拉機具操作人員定人定位已落實。

(3) 錨索張拉操作。① 安裝錨索測力計(適用于監(jiān)測錨索);② 安裝工作錨板、夾片、限位板、千斤頂及工具錨。工具錨板上孔的排列位置須與前端工作錨的孔位一致，不允許鋼絞線在千斤頂?shù)拇┬目字邪l(fā)生交叉現(xiàn)象；③ 在錨索整體張拉前，采用單孔千斤頂先對單根鋼絞線按對稱循環(huán)張拉順序進行預緊，每根鋼絞線的預緊噸位為30～35 kN。張拉預緊后采用YCL400型千斤頂按以下分級完成錨索張拉鎖定：預緊→600 kN→1 200 kN→1 500 kN→2 000 kN。錨索張拉每級加荷后同步量測實際伸長值。錨索張拉過程中，前3級每級持荷穩(wěn)壓5 min，最后一級持荷穩(wěn)壓30 min后即可鎖定。張拉時，加載速率每分鐘不超過設計應力的1/10，卸載速率每分鐘不超過設計應力的1/5。④ 錨索張拉鎖定后及時量測夾片錯牙和預應力鋼絞線的滑移量。

(4) 張拉檢查標準。錨索張拉采用張拉力控制和伸長值校核雙控法。實際伸長值控制在理論伸長值的+10%～-5%以內，否則暫停張拉，查明原因并采取相應措施后，方可繼續(xù)張拉。安裝測力計的監(jiān)測錨索在張拉過程中，測力計同步觀測讀數(shù)并相互校正。

5.5 錨索灌漿

錨索灌漿包括內錨段灌漿和張拉段封孔灌漿。有粘結錨索分內錨段和張拉段2次灌漿，無粘結錨索采用一次灌漿方式。錨索灌漿在張拉鎖定后3 d內進行，灌漿前，經監(jiān)理檢查驗收簽發(fā)準灌證后方可施灌。

(1) 錨索灌漿采用水泥濃漿灌注，水泥漿強度等級為內錨段M35(7 d)、張拉段M35(28 d)；灌漿壓力0.5 MPa，屏漿壓力0.3 MPa，屏漿時間30 min。灌漿時觀測回漿管的排漿情況，當排漿達到或接近進漿比級漿液時即可進行屏漿。為獲得較好的灌漿效果，錨索灌漿采用二次灌漿式屏漿法。

(2) 漿體強度檢測。本工程錨索灌漿水泥漿體結石強度共取樣檢測136組，統(tǒng)計分析：內錨段M35檢測81組，最大值45.3 MPa，最小值36.6 MPa，平均值40.5 MPa，標準差2.8 MPa，合格率100%；張拉段M35檢測55組，最大值46.5 MPa，最小值35.6 MPa，平均值41.5 MPa，標準差2.6 MPa，合格率100%。錨索內錨段和張拉段漿體強度均達到設計要求。

5.6 錨墩及封錨混凝土澆筑

(1) 有粘結錨索錨墩混凝土在內錨段灌漿后進行澆筑，無粘結錨索錨墩混凝土施工在錨索灌漿前進行。

(2) 混凝土澆筑前，對錨墩基面處理、孔口鋼套管(錨墊板)安裝、鋼筋和模板安裝進行全面檢查，經監(jiān)理驗收簽發(fā)開倉證后方可進行混凝土澆筑。混凝土采用JZC350型攪拌機拌制，溜筒運輸，人工入倉，軟軸式振搗器振搗密實，振搗過程中防止振搗器直接碰撞預埋鋼套管，以免影響鋼套管與錨索孔道的同心度。在施工現(xiàn)場取樣制作混凝土試塊，并留設同條件養(yǎng)護的混凝土試塊?；炷翝仓髧栏癜匆?guī)范要求及時進行灑水養(yǎng)護。

(3) 錨索外錨頭采用C40混凝土封錨保護。

(4) 混凝土強度檢測：錨墩混凝土強度共取樣試驗70組，最大值46.8 MPa，最小值43.1 MPa，平均值45.1 MPa，標準差2.2 MPa，合格率100%，錨墩混凝土強度達到設計要求。

6 邊坡監(jiān)測成果初步分析

預應力錨索觀測采用250 t級(BGK-4900型)錨索測力計。錨索張拉施工期間觀測成果表明，在錨索張拉過程中，達到每一級張拉噸位后，錨索測力計同步觀測值與分級張拉噸位的誤差值均在±10%以內，錨索張拉過程正常。左岸錨索測力計DLP-1于2010年1月18日張拉鎖定，鎖定噸位為185 t，經過4 a觀測，現(xiàn)永存噸位為167 t，符合設計要求。錨索測力計DLP-2、DLP-3鎖定噸位及現(xiàn)永存噸位均符合設計要求。從錨索測力計的測值和歷時曲線來看，其鎖定初期應力損失平穩(wěn)，之后未見應力增大，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定測值均大于設計永存噸位。

鋼筋計RL-5和RL-6于2009年11月1日安裝埋設。從鋼筋計的測值和歷時曲線來看，初期測值變化主要受邊坡錨索施工影響，后期測值主要表現(xiàn)為拉應力，如鋼筋計RL-6均值為8.82 kN，至今鋼筋計測值總體變化不大。

多點位移計ML4-1-1～4于2010年1月29日安裝埋設，從多點位移計測值來看，其深部ML4-1-1測點最大變幅為1.06 mm，靠近表面ML4-1-4測點最大變幅為0.03 mm，總的變形量很小。至今邊坡多點位移計系列測值平穩(wěn)，無突變現(xiàn)象。

在左岸高程1 300 m以上邊坡開挖過程中，下層開挖會引起上層安裝的多點位移計及其附近錨索測力計和鋼筋計測值發(fā)生變化，經驗證觀測結果，位移和應力變化基本一致，并隨著邊坡開挖與支護的完成變化趨緩。監(jiān)測結果綜合分析表明，邊坡變形巖體經綜合加固處理后穩(wěn)定性較好。

7 結 語

水電水利工程預應力錨索施工技術較為復雜，特別是邊坡巖體錨固工程施工，通常受被錨固巖體特性影響較大。鐵川橋水電站左岸高程1 300 m以上變形巖體邊坡錨索施工采用跟管法鉆進成孔，有效地解決了巖體松弛破碎地段普通鉆孔成孔困難以及固壁灌漿鉆孔水泥單耗較大的問題，確保了預應力錨索的施工質量和工期。錨索施工工藝合理，施工方法符合規(guī)范和設計要求，施工工序質量控制措施較為嚴密。監(jiān)測結果表明，加固處理取得預期效果，邊坡穩(wěn)定性較好。

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[2] DL/T5083-2004，水電水利工程預應力錨索施工規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2004.

[3] GB/T5224-2003,預應力混凝土用鋼絞線[S].北京：中國標準出版社，2003.

[4] GB/T 14370-2007,預應力筋用錨具、夾具和連接器[S].北京：中國標準出版社，2007.

[5] GB175-2007 ，普通硅酸鹽水泥[S].北京：中國標準出版社，2007.

[6] DL/T5144-2001，水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2001.

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Application of Prestressed Anchor Cable in Treatment of Deformed Rockmass Slope

SHANG Hao-ping

(POWERCHINA Xibei Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

Construction of the prestressed anchor cables in Tiechuanqiao Hydropower Project is described. Construction methods and technical flow, technical measures of quality control, key point of quality inspection of the prestressed anchor cable in treatment of the deformed rockmass slope are summarized. The construction quality and reinforcing effect are evaluated. It presents that application of the prestressed anchor cables in the treatment of the deformed rockmass slope achieves the expected effect.

prestressed anchor cable; deformed rockmass; slope treatment

2014-09-05

尚浩平(1963- )，男，西安市人，工程師，從事水電工程監(jiān)理工作.

TV546

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.017