中空注漿土錨管在復(fù)雜高邊坡加固中的應(yīng)用

吳剛 解家畢

（1.中國水利水電第四工程局有限公司 青海 西寧 810006；2.中國水利水電科學(xué)研究院 北京 100038）

1 前言

中空注漿土錨管在國內(nèi)水電行業(yè)僅應(yīng)用于較低土質(zhì)邊坡局部加固施工中，對于高堆積體邊坡系統(tǒng)布置中空注漿土錨管加固，國內(nèi)尚無成熟的施工經(jīng)驗可以參考借鑒。因此在進(jìn)行系統(tǒng)中空注漿土錨管加固施工前需要進(jìn)行試驗，以確定中空注漿土錨管的管材、灌漿的漿液濃度、灌漿壓力以及土錨管支護(hù)的參數(shù)及施工工藝。針對溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體邊坡的地質(zhì)條件和邊坡淺層滑移變形的特征，參考中空注漿土錨管在土質(zhì)邊坡加固中的效果，經(jīng)過研究與反復(fù)論證，我局提出了中空注漿土錨管加拱形骨架梁混凝土對邊坡淺層滑移變形進(jìn)行加固的處理措施。

2 中空注漿土錨管施工參數(shù)確定

2.1 中空注漿土錨管對邊坡加固的作用機理

⑴ 中空注漿土錨管打入坡面后，使坡面增加了鋼管骨架，增加了邊坡的抗滑動能力，從而增加了邊坡的穩(wěn)定。

⑵ 中空注漿土錨管注漿時，水泥漿液在壓力作用下通過布置在管壁四周的出漿孔向周圍土體及碎屑塊石滲透，并形成一定的滲透半徑，通過水泥漿液的粘結(jié)作用使管壁周圍的土體或碎屑塊石膠結(jié)在一起，增加了坡面的整體性和土體之間的摩擦角，從而增加了邊坡的穩(wěn)定。

⑶對已出現(xiàn)剪切滑移變形的坡面，通過中空注漿土錨管的錨固及骨架作用和水泥漿液的滲透粘結(jié)作用，使坡面滑移帶重新穩(wěn)定。

2.2 生產(chǎn)性試驗支護(hù)區(qū)域的選取

生產(chǎn)性試驗支護(hù)區(qū)域的選取充分考慮了溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體邊坡的地質(zhì)條件和邊坡變形特征，選取了地質(zhì)條件和變形特征具有代表性Ⅱ區(qū)中部范圍坡體中下部出現(xiàn)滑移變形的坡面作為生產(chǎn)性試驗區(qū)域，樁號：0+320～0+376，高程：EL743.5m～EL765m。該部位邊坡地層結(jié)構(gòu)主要以古滑坡殘體和坡洪積為主。

2.3 生產(chǎn)性試驗支護(hù)參數(shù)的確定

根據(jù)谷肩堆積體的地質(zhì)情況和變形特征，結(jié)合其他工程土錨管的支護(hù)參數(shù)，生產(chǎn)性試驗中空注漿土錨管支護(hù)參數(shù)如下：

⑴ 土錨管長6m，采用 φ48mm、壁厚3.5mm的鋼管制作加工，其中一端加工成錐型導(dǎo)向頭。錐型導(dǎo)向頭端3m位置，在沿管軸向方向長10cm、角度沿管圓周方向旋轉(zhuǎn)900螺旋線布置φ6mm出漿孔。出漿孔采用三角體角鋼倒刺保護(hù)，其余3m不設(shè)出漿孔。

⑵ 土錨管夯入坡面長度5.85m，外露15cm，土錨管沿坡面布置，間排距1.5m×1.5m，梅花形布置，錨管下傾15°。自開口線及馬道下方50cm布置第一排土錨管。

⑶土錨管注漿：土錨管灌注M20的水泥凈漿，水灰比0.8∶1，注漿壓力控制在0.3MPa以內(nèi)；

⑷ 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：孔口返漿，或邊坡往外串漿，即可結(jié)束灌漿。孔口未返漿，但灌漿壓力已達(dá)到0.3MPa，且漿液無明顯下降時即可結(jié)束灌漿。

表1 試驗一的技術(shù)參數(shù)

表2 試驗二的技術(shù)參數(shù)

2.4 生產(chǎn)性試驗中空注漿土錨管支護(hù)施工流程

中空注漿土錨管支護(hù)施工流程為：鋼管腳手架操作平臺搭設(shè)→放線定孔位→錨管體加工→夯管機就位→錨管夯進(jìn)→中空注漿土錨管注漿。

2.5 通過生產(chǎn)性試驗確定的中空注漿土錨管支護(hù)參數(shù)

⑴中空注漿土錨管管材確定

生產(chǎn)性試驗共計完成中空注漿土錨管施工1199根。土錨管在夯進(jìn)過程中，沒有出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，只是在土錨管夯進(jìn)時端頭遇較大塊石或冰川膠結(jié)體長時，管體發(fā)生彎曲折回出坡面或與夯管機連接端頭管體破裂。試驗表明采用φ48mm、壁厚3.5mm的鋼管加工土錨管，可以滿足土錨管夯進(jìn)的剛度及撓度要求。

⑵中空注漿土錨管加工形式確定

通過生產(chǎn)性試驗，中空注漿土錨管在夯進(jìn)施工時，未在底部3m布置出漿孔的位置發(fā)生折斷，表明中空注漿土錨管出漿孔的布置形式未對管體的剛度造成較大影響，滿足施工要求。但在施工中，為保證出漿孔在夯進(jìn)施工中不被土體顆?；蚴w粒堵死，造成注漿困難，漿出將孔直徑調(diào)整為φ10mm。

⑶土錨管注漿漿液水灰比及注漿壓力確定

在生產(chǎn)性試驗中，分別選取了不同的水灰比和不同的灌漿壓力進(jìn)行土錨管的注漿試驗。試驗一：采用相同的注漿壓力不同的水灰比進(jìn)行土錨管的注漿量；試驗二：采用不同的注漿壓力相同的水灰比土錨管的注量。

試驗表明：采用不同的注漿壓力相同的水灰比土錨管的注量基本一致，采用相同的注漿壓力不同的水灰比土錨管的注量也基本一致。因此，為了使土錨管的漿液強度較高并使?jié){液有一定的擴(kuò)散半徑，通過試驗確定了中空注漿土錨管的注漿漿液的水灰比為0.65∶1。

⑷中空注漿土錨管夯入傾角確定

為充分發(fā)揮中空注漿土錨管的抗滑能力，增加加固深度，將中空注漿土錨管的傾角由生產(chǎn)性試驗時的下傾15°，調(diào)整為垂直坡面夯入。

2.6 對邊坡淺層滑移變形的加固效果

在試驗區(qū)域中空注漿土錨管施工完成后，通過觀察，坡面變形發(fā)展趨勢基本得到控制，邊坡變形沒有明顯加劇，加固效果得到了業(yè)主、設(shè)計的充分肯定。即表明中空注漿土錨管對邊坡淺層滑移變形加固效果顯著。

3 溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體邊坡加固措施

金沙江溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體位于壩址上游電站進(jìn)水口的上方，2005年4月左岸谷肩堆積體高邊坡開挖完成后，通過觀察開挖坡面，發(fā)現(xiàn)在距離14層玄武巖頂層平臺2.5m～6m處，上下游400m范圍內(nèi)存在一結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面以上為透水的覆蓋層，主要物質(zhì)為古滑坡殘體砂礫石，結(jié)構(gòu)面以下為不透水的宣威組砂巖，同時在結(jié)構(gòu)面局部有大量滲水。在2005年汛期期間，由于降雨，在地表水沖刷和地下水的淘刷作用下，使邊坡坡腳失穩(wěn)，坡腳局部發(fā)生小范圍垮塌，坡面出現(xiàn)淺層滑移剪切拉裂縫。其中2#無名溝上下游側(cè)冰川冰水堆積體上部的洪積物，在開口線附近出現(xiàn)較為明顯的淺層變形，下部在結(jié)構(gòu)面宣威組砂巖附近出現(xiàn)小范圍的垮塌，上述情況表明該部位邊坡穩(wěn)定性較差，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，需要采取有效的、系統(tǒng)的支護(hù)加固措施，防止該堆積體邊坡的進(jìn)一步變形，確保溪洛渡水電站左岸谷肩堆積體邊坡的長久穩(wěn)定以及下方電站進(jìn)水口施工期和運行期的安全。

3.1 加固方案

通過前面介紹的中空注漿土錨管生產(chǎn)性試驗實施后的效果分析，中空注漿土錨管對淺層滑移變形加固效果顯著，但對表層出露的洪坡積物質(zhì)難以固定，表層出露的洪坡積物質(zhì)長期暴露后，在雨水和地表水的沖刷作用下，常會形成小范圍的垮塌，長期作用會對邊坡的整體穩(wěn)定形成一定的隱患。

為防止岸谷肩堆積體坡面淺表及淺層變形對邊坡穩(wěn)定形成隱患，采用中空注漿土錨管加拱形骨架混凝土相結(jié)合的方式對坡面進(jìn)行加固處理。用混凝土貼坡?lián)鯄宇A(yù)應(yīng)力錨索固腳，以防止邊坡開挖切腳蠕變變形。對于排水，采用淺層排水和深層排水相結(jié)合的方式。

3.2 中空注漿土錨管的布置范圍及布置形式

根據(jù)左岸谷肩堆積體邊坡的地質(zhì)條件、變形特征和出現(xiàn)變形的區(qū)域，經(jīng)過反復(fù)研究決定，谷肩堆積體土錨桿先期施工范圍和布置形式為：

⑴以14層宣威組砂巖為界，分界線以上15m(沿坡面長度)范圍內(nèi)。該區(qū)域宣威組砂巖以上6m為貼坡混凝土支護(hù)區(qū)域，其余9m為拱形骨架梁混凝土護(hù)坡范圍。6m貼坡混凝土支護(hù)區(qū)域中空注漿土錨管按1.0m×1.0m交錯布置，其余的9m范圍，在拱形骨架梁主梁布置位置，按1.0m間距布置一排中空注漿土錨管，坡面按1.4m×1.4m交錯布置。

⑵谷肩開挖區(qū)開口線以下10m部位及各層馬道以下8m部位。坡面按1.4m×1.4m交錯布置，在拱形骨架梁主梁布置位置，按1.0m間距布置一排中空注漿土錨管。

⑶坡面出現(xiàn)塌滑的區(qū)域。坡面出現(xiàn)塌滑的區(qū)域，坡面按1.0m×1.0m交錯布置，在拱形骨架梁主梁布置位置，按1.0m間距布置一排中空注漿土錨管。

3.3 拱形骨架梁混凝土護(hù)坡范圍及施工參數(shù)

對已開挖的坡面全部進(jìn)行拱形骨架梁混凝土護(hù)坡支護(hù)。拱形骨架梁混凝土護(hù)坡施工應(yīng)結(jié)合施工完成的主梁位置土錨管進(jìn)行布置。具體方法為：（1）每三榀主梁設(shè)置沉降縫一道，并用瀝青麻絲填塞；（2）混凝土拱形骨架梁必需嵌入邊坡坡面，采取在坡面人工挖槽，不得將混凝土骨架浮筑于邊坡表面；（3）拱形骨架主梁布置位置應(yīng)結(jié)合土錨管的布置進(jìn)行，保證主梁混凝土與土錨管牢固連接；（4）混凝土拱形骨架梁必需與土錨管焊接連接。

3.4 混凝土貼坡?lián)鯄宇A(yù)應(yīng)力錨索固腳

邊坡開挖切腳是引起蠕滑變形的原因之一，為了重新恢復(fù)和增加左岸谷肩堆積體邊坡坡腳的抗滑力，保證邊坡的穩(wěn)定，采用混凝土貼坡?lián)鯄宇A(yù)應(yīng)力錨索對坡腳進(jìn)行加固。

為加強坡腳混凝土貼坡?lián)鯄ζ履_的加固效果，在6m長的貼坡混凝土中部布置一排1500kN級預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計孔深30m。預(yù)應(yīng)力錨索需要穿過冰川冰水堆積層、古滑坡堆積層和宣威組砂巖，最終錨固于14層玄武巖內(nèi)。

4 結(jié)語

溪洛渡左岸谷肩堆積體邊坡的綜合治理措施可以歸納為中空注漿土錨管鎖頭、束腰，貼坡混凝土擋墻加預(yù)應(yīng)力錨索固腳，混凝土拱形骨架梁固表和淺層排水和深層排水相結(jié)合的方式。根據(jù)邊坡的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，在左岸谷肩堆積體邊坡綜合治理措施實施完成后，邊坡的總體變形已經(jīng)得到控制，加固措施適用于左岸谷肩堆積體邊坡的變形加固。陜西水利