陳寶勝

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510610）

水利邊坡工程施工，需要保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，同時(shí)要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，特別是在邊坡施工作業(yè)過(guò)程中，更要關(guān)注預(yù)應(yīng)力錨索的實(shí)際應(yīng)用。重視對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索在水利工程邊坡治理中的應(yīng)用的研究，是保障邊坡工程穩(wěn)固的重要舉措[1]。

1 工程概況

大崗山水電站在建設(shè)完成后，能夠進(jìn)行防洪、發(fā)電和供水。本工程所呈現(xiàn)出的主要問(wèn)題是在工程大壩山體邊坡處，存在嚴(yán)重的山體滑坡這一安全隱患。對(duì)本工程的地質(zhì)條件進(jìn)行勘察和分析可知，該工程左岸邊坡的巖石構(gòu)成為泥盆系中厚層-厚層砂巖，分布時(shí)更傾向于下游分布，且有向左岸偏移的趨勢(shì)。對(duì)邊坡進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)挖與研究可知，其邊坡的荷載裂縫的發(fā)育已經(jīng)較為成熟，且具有較大的張開(kāi)度和大規(guī)模的洞隙，當(dāng)遭遇降雨天氣或邊坡底部施工時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性會(huì)受到很大影響，并出現(xiàn)裂縫或滑塌等問(wèn)題[2]。積極采取措施對(duì)上述病害加以控制，其中主要采取的是對(duì)邊坡進(jìn)行錨索施工加固的方式，具體采取的加固形式為預(yù)應(yīng)力錨索板墻，具體見(jiàn)圖1。

圖1 某邊坡處理工程截面圖

2 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

在采取預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，需要做好施工設(shè)計(jì)，在大崗山水電站中，需要對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索板墻的加固作用進(jìn)行具體的計(jì)算。計(jì)算之前，充分了解工程地質(zhì)條件，對(duì)板墻進(jìn)行截面尺寸、錨固段長(zhǎng)度、錨索位置和初始預(yù)應(yīng)力的初步擬定。采取科學(xué)的計(jì)算模式計(jì)算出滑動(dòng)面彎矩、剪力、轉(zhuǎn)角和撓度，并對(duì)錨索拉力值進(jìn)行計(jì)算，主要應(yīng)用的原理是位移變形協(xié)調(diào)原理。同時(shí)，計(jì)算樁頂位移，以保障能夠?qū)俄斘灰七M(jìn)行嚴(yán)格的控制。典型的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)在水利工程邊坡中應(yīng)用的計(jì)算要點(diǎn)包括兩方面[3]。

2.1 物理力學(xué)參數(shù)

了解工程的勘察結(jié)果，并選取合理的土層厚度和產(chǎn)狀，對(duì)這兩個(gè)物理參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和進(jìn)一步的分析。

2.2 土壓力結(jié)構(gòu)計(jì)算

土壓力計(jì)算要依托于庫(kù)倫土壓力進(jìn)行計(jì)算，而同時(shí)也要采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡推力進(jìn)行分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)度，具體見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索變形協(xié)調(diào)示意圖

在計(jì)算內(nèi)力和配筋時(shí)，按照預(yù)應(yīng)力錨索變形協(xié)調(diào)示意圖可知，需要采用分項(xiàng)系數(shù)法，計(jì)算出承載力的極限值。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要將混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)，確保其他結(jié)構(gòu)的計(jì)算也符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.3 錨桿計(jì)算

主要應(yīng)計(jì)算的參數(shù)包括錨桿的鋼絞線的截面面積、錨桿強(qiáng)度、砂漿與鋼絞線之間的粘聚力。在得出各項(xiàng)數(shù)值后，選取最小值進(jìn)行深入的分析，考慮到鋼絞線一般較大，因此在確定其余錨桿設(shè)計(jì)軸向拉力的比值時(shí)，將其設(shè)定為抗拔安全系數(shù)即可。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前必須做好數(shù)據(jù)的測(cè)量放樣，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器對(duì)錨孔孔位施行定位，并準(zhǔn)確標(biāo)記。由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，如需孔位調(diào)整，必須得到設(shè)計(jì)方許可方能實(shí)行調(diào)整。鉆孔前，須提前搭建施工作業(yè)的排架，經(jīng)相關(guān)部門安全檢查合格，且符合安全承重標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行施工作業(yè)。

3.2 鉆孔施工

錨索孔位必須結(jié)合設(shè)計(jì)的圖紙的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)放，并根據(jù)實(shí)際的施工現(xiàn)場(chǎng)地形對(duì)于局部設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。必須重視把現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)放的錨索位置使用紅油漆進(jìn)行標(biāo)記，并在錨索孔開(kāi)孔之前把方位角測(cè)放出來(lái)，且需要保證錨索的俯角、方位角以及孔位等數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)，在質(zhì)檢人員檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)以后，才可以實(shí)施開(kāi)鉆工作?？孜坏淖鴺?biāo)誤差不可以超過(guò)10 cm，鉆進(jìn)過(guò)程中，必須不斷對(duì)孔斜進(jìn)行調(diào)整、測(cè)量，確保終孔的孔軸誤差不大于孔深度的3%，方位角不大于2°。由于邊坡地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，在成孔過(guò)程中，容易發(fā)生卡鉆或者掉塊等狀況，在一定程度上提高了成孔的難度。因此，鉆孔時(shí)應(yīng)該使用鋼套管實(shí)施鉆進(jìn)工作，套管護(hù)壁方式則選擇單偏心擴(kuò)孔和管護(hù)壁的方式。需要注意的是，鋼管的直徑必須根據(jù)錨索的設(shè)計(jì)孔徑來(lái)選擇。在鉆進(jìn)的過(guò)程中必須對(duì)該工程的地質(zhì)狀況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便后期對(duì)錨固灌漿進(jìn)行科學(xué)把控。

3.3 錨索安裝

在完成清孔工作后，安裝錨索前必須二次檢查鉆孔質(zhì)量，清除塌孔以及掉塊的風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于錨索的結(jié)構(gòu)也必須進(jìn)行認(rèn)真的檢查，及時(shí)的修復(fù)損壞的防護(hù)層。如需使用預(yù)先設(shè)制的錨固段，需要減少錨索安裝過(guò)程中自由端和錨固端產(chǎn)生彎曲的可能性，避免注漿液體的斷裂與分離。在進(jìn)行錨索推送過(guò)程中，必須保證錨索不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使推送受力達(dá)到一致，以免傷害錨索的防護(hù)層。若遇到推送困難的情況，可以拔出錨索并進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行錨索安裝，安裝之前必須仔細(xì)檢驗(yàn)注漿管，以保障穿索和注漿工作的順利開(kāi)展。

3.4 錨索張拉

在進(jìn)行錨索分級(jí)張拉時(shí)，必須認(rèn)真測(cè)量實(shí)際的伸長(zhǎng)值，再與預(yù)計(jì)伸長(zhǎng)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析。重點(diǎn)關(guān)注張拉鎖定以后的夾片，其錯(cuò)牙的范圍不可以超過(guò)2 mm。在實(shí)際張拉時(shí)，需要全程按照預(yù)先設(shè)計(jì)的張拉力標(biāo)準(zhǔn)施行控制，真實(shí)的伸長(zhǎng)值只需要進(jìn)行記錄，不需要放入到控制性的工程項(xiàng)目中。在錨索安裝完畢之后，如果發(fā)生應(yīng)力降低的狀況則需要補(bǔ)償張拉，但是重復(fù)張拉的次數(shù)不可以超過(guò)兩次。

3.5 封錨

在完成預(yù)應(yīng)力束張拉后，必須及時(shí)進(jìn)行封錨處理，封錨時(shí)外露的部分不得小于20 cm，且混凝土的強(qiáng)度要高于錨墩混凝土的強(qiáng)度。為降低由于預(yù)應(yīng)力的損耗影響加固的效果，該工程使用了可調(diào)式錨索，也就是使用黃油代替混凝土進(jìn)行封錨工作，再外加鐵皮進(jìn)行進(jìn)一步的防護(hù)工作。

4 預(yù)應(yīng)力損失質(zhì)量檢驗(yàn)

就預(yù)應(yīng)力材料本身特性而言，難免導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，再加上工程邊坡會(huì)出現(xiàn)病害，也會(huì)影響預(yù)應(yīng)力的存留，因此在預(yù)應(yīng)力錨索施工完成之后，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失質(zhì)量檢驗(yàn)。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)，選擇的預(yù)應(yīng)力錨索要多于5%，并按照設(shè)計(jì)荷載的1.5 倍確定荷載值，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行張拉過(guò)程控制和參數(shù)取值控制。在檢驗(yàn)過(guò)程中要借助預(yù)應(yīng)力錨索索力監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和分析可得出錨索應(yīng)力損失和時(shí)間之間的關(guān)系，具體見(jiàn)圖3。

圖3 錨索預(yù)應(yīng)力損失時(shí)間變化曲線

參照?qǐng)D3 中的參數(shù)變化，可以對(duì)預(yù)應(yīng)力的損失階段進(jìn)行分析，主要分為兩個(gè)階段。

4.1 張拉鎖定階段

在該階段，錨索預(yù)應(yīng)力的損失呈現(xiàn)出短時(shí)間和損失量大的特征，以總預(yù)應(yīng)力為基數(shù)，該階段損失的百分比為15%～20%。

4.2 錨索服役階段

在該階段，錨索預(yù)應(yīng)力的損失呈現(xiàn)出和時(shí)間增長(zhǎng)之間的正相關(guān)性，且損失量相對(duì)較小，占比為3%～5%。且對(duì)圖3 進(jìn)行深入分析可知，錨索預(yù)應(yīng)力的變化具有較大的波動(dòng)性，波動(dòng)較大的時(shí)間段為每年10 月份至次年6 月份，分析原因可知，是氣候、環(huán)境和溫度的共同作用導(dǎo)致的。而再進(jìn)一步分析可知，預(yù)應(yīng)力雖然一直處于損失的狀態(tài)之中，但是其相對(duì)增長(zhǎng)量是呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的，因而可以證明將預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)用在水利工程邊坡施工中，能夠起到相對(duì)較好的加固作用。

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)在邊坡治理過(guò)程中的應(yīng)用較為廣泛，在使用預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)時(shí)，必須在做好充分的施工準(zhǔn)備的前提下開(kāi)展后續(xù)作業(yè)，包括鉆孔、錨索安裝、錨索張拉和封錨等，確保通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索施工來(lái)加強(qiáng)邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。