趙海峰

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 預(yù)應(yīng)力錨索加固原理

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是一種把破碎松散巖體錨固在地層深部穩(wěn)固巖體上的技術(shù)。通過施加預(yù)應(yīng)力，使得錨固范圍內(nèi)軟弱的巖體擠密、壓緊，提高巖層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體發(fā)生相對位移，從而達(dá)到加固邊坡的目的。通過錨索孔的高壓注漿，漿液能較好地對坡體內(nèi)的裂隙和空隙進(jìn)行充填、黏結(jié)，提高破碎巖體的整體性和強度，同時增強坡體的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索施工流程，見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索施工流程

2 施工背景

金橋水電工程右岸壩肩自然邊坡高陡，山頂與河床相對高差在500m左右，坡度50°～70°，壩肩部位前緣坡度接近90°。除局部緩坡部位有較薄的崩坡積覆蓋層外，大多數(shù)地段基巖裸露在外，巖性為白堊系花崗巖，呈巖株產(chǎn)出，夾雜輝綠玢巖巖脈。壩肩附近斷層構(gòu)造較為發(fā)育，巖體內(nèi)部裂隙也較發(fā)育。由于邊坡高大，整個巖體開挖方量大，因此采用“強支護(hù)代替大開挖的方式”對該邊坡進(jìn)行加固。依據(jù)設(shè)計圖紙，除采用主、被動防護(hù)網(wǎng)，隨機錨桿和鋼筋樁支護(hù)之外，該工程還采用了1000kN全黏結(jié)式單束預(yù)應(yīng)力錨索。每根錨索由7束φ15.2、抗拉強度為1860MPa的鋼絞線制成；錨索長度為35m、30m兩種，按照間排距4m布設(shè)。整體形成深淺、強弱搭配，特殊位置重點加強的加固方式，對該裂隙發(fā)育巖質(zhì)邊坡進(jìn)行加固。

3 施工難點及應(yīng)對措施

3.1 鉆孔

巖石條件不同時，鉆進(jìn)手段也有所不同；具體的鉆進(jìn)方式依據(jù)實際情況確定。根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，鉆孔方式采用以下兩種：

a.堆積(坡積)體及全風(fēng)化地層,優(yōu)先采用“偏心鉆+根管”工藝。該工藝采用與錨索孔徑配套的專用地質(zhì)無縫鋼管，在索體入孔后及時拔管，因此鋼管可循環(huán)利用。但有兩點需要注意：?根管長度不宜大于錨索張拉段長度的1/3；?為防止拔管失敗影響后期回填注漿效果，鋼管預(yù)先按一定要求加工成有利于漿液擴散的花管。

b.強風(fēng)化、強卸荷地層原則上采用套管跟進(jìn)法鉆孔。由于巖石條件差，在鉆進(jìn)過程中要注意對照復(fù)勘地質(zhì)資料，鉆到明顯判斷為斷層、空腔、密集節(jié)理帶、擠壓破碎帶等缺陷地層時，應(yīng)采用全景攝像設(shè)備進(jìn)行孔內(nèi)攝錄，見圖2。確認(rèn)存在較大孔隙空間(空腔)或張開度較大的裂隙時，暫停鉆進(jìn)；對孔隙空間或張開度較大的裂隙進(jìn)行處理之后再繼續(xù)鉆進(jìn)，具體的處理方法見3.2.1。

圖2 鉆孔攝像全景

3.2 鉆進(jìn)過程中地質(zhì)缺陷處理

除了上述較大孔隙和較大裂隙的情況外，鉆進(jìn)過程中還會遇到局部強風(fēng)化地層卡鉆、漏風(fēng)、不返渣、孔口返渣較粗等問題。在對這些地質(zhì)缺陷進(jìn)行處理時遵循以下三個原則：首先，采用固壁成孔灌漿的基本技術(shù)，即無壓(低壓)、濃漿、限流、間歇、待強灌漿的工藝流程；其次，遵照“質(zhì)量第一、兼顧功效”的管理原則；第三，預(yù)判張拉段成孔固壁灌漿量消耗較大時，采用價格較低的P·C325水泥。根據(jù)以上原則，本工程主要采用以下兩種地質(zhì)缺陷處理方法。

3.2.1 裂隙封堵法

在鉆孔施工過程中發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)部位處于裂隙發(fā)育區(qū)域，如8號孔。根據(jù)現(xiàn)場記錄，鉆進(jìn)到13m時發(fā)現(xiàn)了長度達(dá)10cm左右的裂隙。根據(jù)實際地質(zhì)條件和加固要求，現(xiàn)場采取填砂、灌漿封堵方法對該裂隙進(jìn)行加固處理。此外，對于裂隙較大或者大孔隙的情況，常常采用大量推入水泥球或者灌注高流態(tài)細(xì)石混凝土的方法對裂隙和孔隙進(jìn)行封堵和填充。

3.2.2 灌漿固壁法

除了裂隙封堵法外，該工程還采用了灌漿固壁法。在進(jìn)行10號、13號孔的鉆進(jìn)時，遇到了局部強風(fēng)化地層卡鉆、漏風(fēng)、不返渣等致使無法鉆進(jìn)的情況。施工人員經(jīng)多次提鉆、反沖、增加風(fēng)壓和扭矩后仍無法鉆進(jìn)。經(jīng)現(xiàn)場查勘和討論之后，現(xiàn)場采取了如下措施：

a.采用摻入速凝劑的P·C325水泥漿，濃度不小于1.85g/mL,流量不大于60L/min，并按300kg/m的灌注量控制。注漿管插入孔底并距孔底50cm開始注漿，以漿面蓋過注漿管口一定距離并能均勻拔出為宜，拔管速度需經(jīng)生產(chǎn)性試驗后確定。每次加固段長不大于5.0m，相鄰加固段之間應(yīng)設(shè)置不小于4h的間歇。

b.若未出現(xiàn)孔口返漿，則灌注成功后待強48h，然后進(jìn)行掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)；若灌漿期間出現(xiàn)孔口返漿，可在灌注成功4h后利用高壓風(fēng)將孔內(nèi)多余漿液吹出孔外，以減少后期掃孔工程量，提高施工效率。按該原則10號孔口已經(jīng)返漿，但13號孔口仍然不見漿液返出。為此，灌注13號孔時，水泥漿的流量、濃度不變,但灌注量增加到500kg/m。同時，按漿液重量的10%～30%向孔內(nèi)摻砂，但注意不堵塞孔道。按此灌注量反復(fù)灌注3次，灌注成功48h后掃孔鉆進(jìn)。

c.灌注過程中，及時觀察施工區(qū)表面裂隙和周邊鉆孔是否出現(xiàn)漏漿、串漿，及時發(fā)現(xiàn)及時封閉(采用干塑性砂漿)或者串聯(lián)灌注；遇到地勘平洞時應(yīng)注意避免造成大量漏漿，產(chǎn)生巨大浪費。此外，灌漿記錄儀應(yīng)定期檢查率定情況，各傳感器安裝部位采用封條封閉，管路不留支線路接口；信號傳輸線纜穿PVC套管，防止其他設(shè)備的干擾。

3.3 內(nèi)錨段的地質(zhì)缺陷處理

內(nèi)錨段的施工對保證預(yù)應(yīng)力尤其重要，應(yīng)注意內(nèi)錨段必須深入到基巖，且該部位巖體應(yīng)較為完整，巖體的聲波波速不小于3500m/s(設(shè)計要求)。若內(nèi)錨段出現(xiàn)地質(zhì)缺陷處理時，應(yīng)對其進(jìn)行加固處理，具體步驟如下：

a.當(dāng)鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆，巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，不滿足內(nèi)錨段地質(zhì)條件要求時，應(yīng)及時與設(shè)計和勘察單位進(jìn)行交流，以加深或者內(nèi)錨段原位補強的方式對內(nèi)錨段進(jìn)行加固。

b.當(dāng)采用加深鉆孔時，則繼續(xù)加深鉆進(jìn)一個內(nèi)錨段(一般6～8m)。若該加深段的巖體完整性較好，滿足設(shè)計要求，則成孔完成。否則，按設(shè)計要求繼續(xù)鉆進(jìn)，直至地質(zhì)條件滿足設(shè)計要求；如延長孔深發(fā)現(xiàn)錨固段仍舊處于破碎帶上，則不適宜再繼續(xù)延長孔深，必須對錨固段進(jìn)行加固處理，使其達(dá)到設(shè)計要求。

c.當(dāng)采用固結(jié)灌漿時，則應(yīng)按固結(jié)灌漿規(guī)范(水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范SL 62—2014)的要求進(jìn)行施工作業(yè)。本工程中，內(nèi)錨段固結(jié)灌漿采用PO425普通硅酸鹽水泥，通過灌漿改善內(nèi)錨段的地質(zhì)條件。灌漿加固后，對錨索孔進(jìn)行檢測。采用聲波速檢測時，單孔測波速應(yīng)大于3000m/s且加固后波速提升大于10%以上。兩個條件同時滿足時方可認(rèn)為內(nèi)錨段成孔完成。聲波探測儀成孔驗收合格后，進(jìn)入下一道工序。

3.4 錨索安裝與灌漿

3.4.1 錨索安裝

錨索安裝前重新對鉆孔進(jìn)行通孔檢查，對塌孔、掉塊進(jìn)行清理或處理，不得欠深，對孔內(nèi)集水采用高壓風(fēng)吹干凈。錨索安裝前對錨索體進(jìn)行詳細(xì)檢查，檢查止?jié){袋位置，排氣管位置及暢通情況，并核對錨索編號與鉆孔孔號，對損壞的配件進(jìn)行修復(fù)和更換。

錨索宜采用人工為主、機械為輔的方法進(jìn)行安裝。推送時用力要均勻一致，不得使錨索扭轉(zhuǎn)且入孔時索體的彎曲半徑必須大于5m，防止在推送過程中損壞錨索配件。在將錨索體推送至預(yù)定深度后，檢查排氣管和注漿管是否暢通，否則應(yīng)拔出錨索體，排除故障后重新安放。

3.4.2 灌漿

依據(jù)錨索設(shè)計，錨索灌漿段分為內(nèi)錨段和張拉段，見圖3。錨固段采用純水泥漿進(jìn)行灌注，水泥漿的28d抗壓強度等級不得低于C40(或M40)，與圍巖的黏結(jié)強度不應(yīng)低于1 MPa。張拉段灌漿與張拉及驗收的時間間隔宜為3～5d。一般在張拉鎖定并檢驗合格后，即可進(jìn)行張拉段注漿，7d后做補封注漿。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖(單位均以mm計，特殊說明除外)

對于采取固壁灌漿工藝造孔的錨索應(yīng)在下索前進(jìn)行全孔一次性灌注，其目的主要是防止下索過程中孔壁水泥掉塊導(dǎo)致下索失敗或者發(fā)生孔道回填注漿時持續(xù)灌注不滿的情況，一次性全孔灌注采用的水泥漿參數(shù)與設(shè)計孔道回填注漿的漿液參數(shù)完全一致。

3.5 錨索張拉及錨具安裝

3.5.1 錨索張拉

錨索張拉必須在外錨墩頭澆筑完成、達(dá)到設(shè)計強度并檢測合格后才能開始施工。錨墩混凝土澆筑在條件允許時可以與錨固段灌漿同時進(jìn)行。澆筑前須對壁面進(jìn)行清理，然后安裝模板，分層澆筑錨墩混凝土；澆筑時保證預(yù)埋套管與鉆孔同軸對中、臺座墊板與鉆孔垂直。

按預(yù)張拉、預(yù)應(yīng)力張拉、補償張拉的程序進(jìn)行張拉。預(yù)張拉采用逐根張拉，且必須進(jìn)行2次以上預(yù)張拉，預(yù)張拉實際伸長值應(yīng)大于預(yù)張拉理論值，且2次預(yù)張拉伸長值之差應(yīng)在10%之間內(nèi)，以使錨索各股鋼絞線受力均勻，然后再進(jìn)行整體張拉。預(yù)張拉24h后，采用分級加荷的方式進(jìn)行整體張拉，張拉的基本程序為：預(yù)緊→(穩(wěn)壓5min)500kN→(穩(wěn)壓5min)750kN→(穩(wěn)壓5min)1000kN→(穩(wěn)壓20min)1150kN(設(shè)計拉力為1000kN，超載系數(shù)為1.15)鎖定。分級張拉完成并鎖定48h后進(jìn)行補償張拉，張拉方法與預(yù)應(yīng)力張拉相同，張拉力為超張拉力。

此外，在上述地質(zhì)缺陷地層進(jìn)行錨索測力計安裝和錨索張拉時應(yīng)該注意，采用單束張拉的，應(yīng)結(jié)合測力計讀數(shù)并關(guān)注鋼絞線伸長值，即采用“雙控法”控制。由于缺陷地層塑性較大，容易發(fā)生單根鋼絞線破斷的情況，此問題在安裝測力計過程多次發(fā)生，應(yīng)重點關(guān)注。

3.5.2 錨具安裝

在進(jìn)行錨具安裝時，有以下幾個關(guān)鍵點：?錨板、夾片安裝時，必須徹底清掃鋼絞線、錨板錐孔和夾片，不得有油污、鐵屑、泥沙等雜物；?依次安裝好工作錨板、工作夾片和限位板，每個錨孔各裝入一套夾片，并輕輕打齊，夾片上不允許沾有灰塵，并使鋼絞線按相應(yīng)的編號和位置穿過工作錨板，工作錨板應(yīng)和錨墊板對中吻合；之后依次安裝液壓頂壓器、千斤頂，在千斤頂尾部安裝工具錨板；?工具錨夾片與工作錨夾片兩者不可混用，工具錨夾片使用次數(shù)一般 不宜超過生產(chǎn)廠家規(guī)定的使用次數(shù)；工作錨板、限位板和工具錨板之間的鋼絞線一定要保持順直，不能相互扭結(jié)，以保證張拉的順利進(jìn)行。

4 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固中的應(yīng)用十分廣泛。但是，預(yù)應(yīng)力巖土體錨固工程中被錨固巖土體通常存在各種缺陷且賦存條件復(fù)雜，使得前期地質(zhì)勘探難以全面地反映出實際地質(zhì)情況。本文以金橋水電站右壩肩邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固工程為例，介紹了不良地質(zhì)條件下錨桿的施工技術(shù)要點。包括：利用孔內(nèi)成像儀器、聲波探測儀器等設(shè)備對地質(zhì)缺陷進(jìn)行探測；因地制宜選擇成孔方法，并利用裂隙封堵法和灌漿固壁法對地質(zhì)缺陷進(jìn)行處理。實踐表明：按照這些要點，該工程順利完工并發(fā)揮出了預(yù)期的加固作用；這些實踐經(jīng)驗可供實踐類似工程參考借鑒。