陳紅如

(水利部水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督總站滇中引水項(xiàng)目站，云南 昆明 650000)

1 概 述

1.1 工程概況

滇中引水工程是國(guó)務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程中的標(biāo)志性工程。工程由水源工程和輸水工程組成，石鼓水源工程主要建筑物包括引水渠、進(jìn)水系統(tǒng)、地下泵房、出水系統(tǒng)、輔助洞室、地面開關(guān)站等。

水源工程進(jìn)水塔開挖底板高程為1800.00m，塔頂高程為1832m，總長(zhǎng)18.50m，總高32m，寬60.3m。進(jìn)水塔采用岸塔式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順?biāo)飨蛞来尾贾脭r污柵段、喇叭口段及檢修閘門井段。進(jìn)水塔邊坡開挖坡比為(0～1)∶2.5，最大開挖邊坡高度約為95m，正面分別在1879m、1870m、1860m、1845m、1832m及1817m高程設(shè)置馬道或公路。1845m高程以上坡比為1∶0.8；1817～1845m高程坡比為1∶0.7；1817m高程以下正面為直立邊坡；兩側(cè)邊坡1832～1800m高程邊坡坡比為1∶0.7～1∶2.5；進(jìn)水塔塔基主要為強(qiáng)風(fēng)化片巖類，塔基南側(cè)局部段為碎礫石土夾少量塊石層，進(jìn)水塔北、西側(cè)開挖邊坡主要為強(qiáng)風(fēng)化帶巖質(zhì)邊坡，巖性為絹云石英片巖夾絹云微晶片巖及片理化灰?guī)r，巖體完整性為差—破碎，部分第四系堆積物土質(zhì)邊坡，存在開挖邊坡沿軟弱帶(面)的滑移穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，為保證邊坡穩(wěn)定，1817m高程以上6級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索+護(hù)坡混凝土的方式進(jìn)行支護(hù)。

1.2 邊坡支護(hù)參數(shù)

表1 進(jìn)水塔邊坡預(yù)應(yīng)力錨索類型統(tǒng)計(jì)

2 錨索受力性能試驗(yàn)

預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)施前，為驗(yàn)證錨索設(shè)計(jì)參數(shù)，并熟悉與優(yōu)化施工工藝、施工工序、施工措施等，應(yīng)在代表性地層選擇錨索進(jìn)行錨索受力性能試驗(yàn)。根據(jù)《水工預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)規(guī)范》(SL/T 212—2020)，錨索受力性能試驗(yàn)宜選擇非破壞性試驗(yàn)方法，受力性能試驗(yàn)時(shí)，錨索張拉應(yīng)分級(jí)執(zhí)行，當(dāng)達(dá)到最大張拉力時(shí)，不宜超過(guò)錨索中鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，進(jìn)水塔邊坡錨索受力性能試驗(yàn)參照《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086—2015)“基本試驗(yàn)”有關(guān)要求進(jìn)行，試驗(yàn)最大張拉力：2000kN級(jí)錨索為2700kN，1500kN級(jí)錨索為2100kN，基本試驗(yàn)的地層條件、參數(shù)、施工工藝與工程錨索相同，且試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于3根。基本試驗(yàn)采用多循環(huán)張拉方式。試驗(yàn)過(guò)程中檢驗(yàn)確定：錨索鉆孔失水速率，從而確保錨索灌漿符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；錨索下索施工工藝；孔段循環(huán)一次灌漿施工工藝；各類錨索張拉施工工藝；錨索二次循環(huán)灌漿施工工藝；最終確保錨索封錨后能夠提供設(shè)計(jì)要求的錨固力并為其他同類型[邊坡巖體端頭拉力型永久無(wú)黏結(jié)(自由式)預(yù)應(yīng)力錨索]施工積累經(jīng)驗(yàn)。

3 試驗(yàn)方案

按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求布設(shè)不少于3個(gè)錨索基本試驗(yàn)孔。本次試驗(yàn)選擇A類、D類錨索進(jìn)行基本試驗(yàn)，數(shù)量各取3根。其中A類錨索選擇1-5A-5、1-5A-6、1-5A-9為試驗(yàn)錨索，D類錨索選擇2-3D-2、2-3D-3、2-3D-5為試驗(yàn)錨索。試驗(yàn)錨索錨固段長(zhǎng)均為8m。錨索施工相關(guān)試驗(yàn)(上述3個(gè)試驗(yàn))在進(jìn)水塔第1級(jí)、第2級(jí)邊坡的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，制漿、灌漿設(shè)備，張拉設(shè)備隨錨索鉆孔情況在各級(jí)馬道布設(shè)。錨索洗索、編束場(chǎng)地采用腳手架搭設(shè)，設(shè)置于第一級(jí)邊坡馬道臨時(shí)道路處。

4 基本試驗(yàn)過(guò)程

a.按照試驗(yàn)方案，進(jìn)行平臺(tái)搭設(shè)，布置風(fēng)水電管線，鉆機(jī)就位。施工前完成進(jìn)場(chǎng)的鋼絞線、錨具、注漿管、波紋管、水泥、細(xì)骨料、環(huán)氧基液等原材料及半成品的檢測(cè)。完成張拉千斤頂、壓力表的配套標(biāo)定。

進(jìn)水塔邊坡錨索均采用1×7的φ15.20(去皮后)的1860MPa級(jí)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。鋼絞線進(jìn)場(chǎng)時(shí)，檢查其各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)，主要包括極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、松弛性能、彈性模量等，其中彈性模量在后續(xù)張拉計(jì)算修正時(shí)需采用實(shí)測(cè)值；波紋管采用HDPE單壁雙波紋管。

b.根據(jù)繪制的錨索布置圖，清除巖面破損和松動(dòng)巖塊，達(dá)到設(shè)計(jì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)地質(zhì)工程師和監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，采用MD錨索鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，開孔時(shí)校驗(yàn)鉆具的傾角及方位角，鉆孔過(guò)程中進(jìn)行分段測(cè)斜，及時(shí)糾偏，鉆孔完畢后，應(yīng)測(cè)量孔斜、方位角及孔深。

c.鉆孔完畢后，將水管伸入孔底，通過(guò)大流量水流，從孔內(nèi)向孔外進(jìn)行沖洗，直至回水清潔延續(xù)5～10min。清洗孔后測(cè)量孔深，有效孔深滿足設(shè)計(jì)要求?？椎壮猎俜e厚度不宜大于20cm。鉆孔沖洗后，進(jìn)行簡(jiǎn)易注水檢查，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可將鉆孔沖洗與簡(jiǎn)易注水檢查結(jié)合。采用灌漿使用的灌漿記錄儀進(jìn)行注水檢查，若簡(jiǎn)易注水檢查孔內(nèi)失水下降速度大于10L/min，則需進(jìn)行全孔灌漿，灌漿采用全孔一次灌漿法。

d.錨索制作前，備齊材料及配件，并檢驗(yàn)合格。鋼絞線表面無(wú)損傷、刻痕、污染。鋼絞線下料采用切割機(jī)，不得使用電弧或乙炔焰切割。鋼絞線下料長(zhǎng)度考慮實(shí)測(cè)錨索孔深度、錨墩厚度、工作錨板厚度、測(cè)力計(jì)高度、錨索張拉部位需要的鋼絞線長(zhǎng)度，并預(yù)留100～150mm安全長(zhǎng)度。將灌漿管(不打孔)、內(nèi)圈鋼絞線、外圈鋼絞線捆成一束，鋼絞線之間、鋼絞線與灌漿管之間用隔離支架分離，將鋼絞線束裝入波紋管內(nèi)，波紋管靠近內(nèi)錨固段頂端安裝錐形導(dǎo)向帽，塑料灌漿管伸出導(dǎo)向帽預(yù)留的進(jìn)漿孔，使波紋管內(nèi)外可同時(shí)進(jìn)行灌漿。錨索編制完成后進(jìn)行驗(yàn)收，掛牌標(biāo)識(shí)。穿索采用人工輔以機(jī)械進(jìn)行。

e.在外錨墩一期混凝土澆筑之前進(jìn)行全孔段第一次注漿，灌漿采用追趕填壓方式(純壓法)注漿。全孔段一次灌漿采用42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水泥漿強(qiáng)度等級(jí)為M35(7d)，灌漿采用水泥濃漿灌注，水泥漿水灰比為0.35∶1～0.4∶1，要求漿液3h后的泌水率不大于2%，泌水應(yīng)在24h內(nèi)全部被漿體吸收。當(dāng)吸漿率小于1.0L/min時(shí)，維持進(jìn)漿管壓力0.1～0.2MPa，屏漿20min后結(jié)束。

f.外錨墩安裝、澆筑前先清理松動(dòng)塊體，洗凈巖面，然后進(jìn)行錨墩金屬構(gòu)件和模板(可采用木模)的架立，安裝鋼墊板、鋼套管等金屬構(gòu)件時(shí)，保證二次灌漿進(jìn)漿管、二次灌漿回漿管(排氣管)位置準(zhǔn)確。錨墩采用一級(jí)配混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C35(7d)，混凝土澆筑時(shí)要注意錨墩下部的振搗，防止出現(xiàn)蜂窩麻面。

g.基本試驗(yàn)錨索最大試驗(yàn)荷載分別為2100kN、2700kN，試驗(yàn)錨索按照5次張拉、卸載循環(huán)張拉形式進(jìn)行。分級(jí)加載等級(jí)分別為0.1倍、0.3倍、0.5倍、0.7倍、0.9倍、1.0倍試驗(yàn)荷載(Tp)。循環(huán)張拉加荷模式見圖1。

圖1 多級(jí)多循環(huán)張拉加荷模式

1500kN級(jí)及2000kN級(jí)5級(jí)5循環(huán)張拉荷載控制張拉力見表2。

表2 錨索5級(jí)5循環(huán)張拉荷載控制

錨索理論伸長(zhǎng)值值ΔLL按簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算：

式中P——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力，取張拉端的張拉力與計(jì)算截面處除錨口孔道摩擦損失后張拉力的平均值；

Lf——預(yù)應(yīng)力鋼絞線自由段長(zhǎng)度，mm；

E——預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，MPa；

A——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面積，mm2；

Pj——張拉控制力，當(dāng)超張拉時(shí)按超張拉取值，N；

k——預(yù)應(yīng)力孔道局部偏擺系數(shù)；

μ——預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道壁的摩擦系數(shù)；

θ——預(yù)應(yīng)力鋼絞線從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

x——張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，mm。

A類錨索理論伸長(zhǎng)值計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 A類錨索理論伸長(zhǎng)值及油表讀數(shù)參考值

h.試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)下列情況可視為不合格：

后一級(jí)荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量達(dá)到或超過(guò)前一級(jí)荷載產(chǎn)生的位移增量的2倍；

斷絲超過(guò)2根；斷絲1根，但千斤頂油壓控制拉力下降超過(guò)5%；

實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值大于設(shè)計(jì)允許值；

未達(dá)到控制拉力，錨索體破壞。

i.試驗(yàn)情況。根據(jù)鉆孔情況，試驗(yàn)孔在0～4m為覆蓋層，4～10m為碎礫石層，10～40m為強(qiáng)化狀絹云石英片巖、絹云微晶片巖，巖體較破碎。經(jīng)試驗(yàn)，各試驗(yàn)錨索在試驗(yàn)荷載下，均未出現(xiàn)異常情況，錨固力能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)按照基本試驗(yàn)流程進(jìn)行了進(jìn)水塔邊坡A、D類錨索工藝性試驗(yàn)，鉆孔均驗(yàn)收合格，注水檢查均合格，錨索下料長(zhǎng)度滿足施工要求，錨索編束后采用人工配合機(jī)械進(jìn)行安裝，錨索一次灌漿漿材強(qiáng)度滿足要求，注漿及記錄儀器滿足預(yù)應(yīng)力錨索施工要求，錨墩采用一級(jí)配混凝土進(jìn)行澆筑，7d強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。錨索基本試驗(yàn)及張拉鎖定過(guò)程中未發(fā)生斷絲和滑絲現(xiàn)象，錨索張拉力到達(dá)設(shè)計(jì)要求，實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值在規(guī)范范圍內(nèi)。多循環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表4，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制得荷載-位移(N-δ)曲線見圖2。

圖2 2-3D-5錨索荷載-位移(N-δ)曲線

表4 2-3D-5錨索多循環(huán)張拉數(shù)據(jù)記錄

根據(jù)《水工預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)規(guī)范》，膠結(jié)式錨固段提供的錨固力，應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力錨索得超張拉力，錨固段長(zhǎng)度按下列公式進(jìn)行確定和復(fù)核。

式中L1——錨固段長(zhǎng)度，mm；

Pm——單根預(yù)應(yīng)力錨索(桿)超張拉力，超張拉力的數(shù)值一般為設(shè)計(jì)張拉力的110%，N；

K——錨固段長(zhǎng)度的安全系數(shù)，按規(guī)范表5.3.1-1選取；

D——錨索(桿)孔直徑，mm；

C——膠結(jié)材料同孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度按規(guī)范表5.3.1-2選取，MPa；

C1——膠結(jié)材料與預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線的握裹力，可取2.0MPa；

d——單股預(yù)應(yīng)力鋼絲或預(yù)應(yīng)力鋼絞線直徑，mm；

n——同根錨索預(yù)應(yīng)力鋼絲或預(yù)應(yīng)力鋼絞線股數(shù)。

本工程進(jìn)水塔建筑物級(jí)別為1級(jí)，安全系數(shù)根據(jù)規(guī)范取2.2，按超張拉力2700kN、孔徑165mm、錨固段長(zhǎng)度8m進(jìn)行推算，膠結(jié)材料與孔壁之間的真實(shí)黏結(jié)強(qiáng)度需達(dá)到1.5MPa左右方能滿足設(shè)計(jì)要求。從試驗(yàn)結(jié)果看出，該段巖質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化絹云石英邊坡可作為錨固地層。

6 結(jié) 論

a.本次進(jìn)水塔邊坡基本試驗(yàn)錨固地層為強(qiáng)—弱風(fēng)化絹云石英片巖、絹云微晶片巖，能夠滿足設(shè)計(jì)錨固力要求。

b.預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)性強(qiáng)，工藝要求嚴(yán)格，施工前需根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)可驗(yàn)證錨索參數(shù)、材料、機(jī)具及施工工藝，為后續(xù)設(shè)計(jì)錨索位置、數(shù)量及參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)，對(duì)正確指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力錨索大規(guī)模施工具有重要意義。