兩河口水電站邊坡預(yù)應(yīng)力錨索超灌漿控制技術(shù)

黃 輝，施召云

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司兩河口建設(shè)管理局，四川雅江627450)

1 概況

兩河口水電站4號(hào)公路邊坡開挖后揭露的局部地質(zhì)情況為強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷反傾薄層～中厚層砂板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖破碎，裂隙張開，松動(dòng)卸荷較強(qiáng)烈，局部紅褐色鐵錳質(zhì)銹染，結(jié)構(gòu)面嵌合較松弛，節(jié)理張開3～6 cm，最大約10 cm，結(jié)構(gòu)面跡長(zhǎng)一般10～20 m，最大30 m，巖體強(qiáng)風(fēng)化厚度為3～5 m，巖體松動(dòng)卸荷深度為30～45 m，邊坡巖體松弛、破碎、完整性差，邊坡自穩(wěn)能力差。為了確保邊坡穩(wěn)定及施工期、運(yùn)行期的公路交通安全，設(shè)計(jì)對(duì)該邊坡增加框格梁及無(wú)粘結(jié)鋼絞線壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

基于該公路邊坡地質(zhì)情況極差，預(yù)應(yīng)力錨索灌漿如采用常規(guī)方法進(jìn)行，其超灌漿量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)包人的預(yù)期工程投資，最終可能使得整個(gè)合同項(xiàng)目工程造價(jià)難以有效控制，并造成大量資源浪費(fèi)，為此必須采用相應(yīng)的施工技術(shù)對(duì)錨索超灌漿工程量進(jìn)行控制。

2 錨索灌漿機(jī)理及常規(guī)工藝

2.1 錨索灌漿機(jī)理

預(yù)應(yīng)力錨索灌漿作用機(jī)理為：通過(guò)灌入的水泥漿液將索體內(nèi)錨固段錨固體系結(jié)構(gòu)與被錨固體形成緊密結(jié)合實(shí)體，錨索張拉時(shí)由內(nèi)錨固段水泥結(jié)石體與鉆孔孔壁間粘結(jié)握裹力及壓力分散性結(jié)構(gòu)體系中的單錨頭握裹力聯(lián)合產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，達(dá)到預(yù)應(yīng)力錨固效果。根據(jù)施工技術(shù)要求，錨索錨固段必須處在穩(wěn)定、完整的巖體內(nèi)，如鉆孔至設(shè)計(jì)孔深后錨固段巖體為不良地質(zhì)體，則必須進(jìn)行加深處理或?qū)﹀^固段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，直至錨固段符合設(shè)計(jì)要求，因此任何錨索在進(jìn)行灌漿工序施工時(shí)，其內(nèi)錨固段可定性為完整或基本完整，該孔段灌漿漿量應(yīng)該不會(huì)超過(guò)其理論灌漿量(理論灌漿量指在一定壓力下將孔道充填密實(shí)及考慮其沿巖體滲透擴(kuò)散的所需灌漿量，一般情況下錨索灌漿漿液均為較濃漿液，灌漿時(shí)沿巖體滲透擴(kuò)散漿液很少)。一般說(shuō)來(lái)，預(yù)應(yīng)力錨索灌漿施工中錨固段灌漿質(zhì)量控制要求極其嚴(yán)格，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，張拉段灌漿主要是起對(duì)鋼絞線的防腐保護(hù)作用，但現(xiàn)今無(wú)粘結(jié)鋼絞線本身均具有二次防腐功能(主要為外套PE套及防腐油脂)，因此張拉段灌漿的重要性要低于錨固段，其灌漿量的控制必須嚴(yán)格進(jìn)行。

2.2 壓力分散型錨索常規(guī)灌漿工藝

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索常規(guī)灌漿工藝為采用全孔一次性不分段灌漿方法進(jìn)行，漿液通過(guò)索體內(nèi)安裝的灌漿管進(jìn)入灌漿孔底，隨著灌漿進(jìn)行，漿液自孔底由下往上返出，直至返至孔口并達(dá)到結(jié)束條件后即可結(jié)束。錨索結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)圖

常規(guī)灌漿方法僅適用于地質(zhì)情況較好，邊坡滑移面規(guī)則分布，巖體無(wú)大面積松弛、破碎及較大的張開節(jié)理的情況，灌漿可以在一定預(yù)控時(shí)間范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求完成。如巖層地質(zhì)情況如以上所述公路邊坡，使用該方法將無(wú)法在預(yù)控時(shí)間范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求完成錨索全孔灌漿，并將隨著灌漿時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)很多影響灌漿質(zhì)量的不確定因素，無(wú)法保證灌漿質(zhì)量及控制工程投資。

3 超灌漿控制技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨索超灌漿控制技術(shù)根據(jù)地層的具體地質(zhì)情況及合同商務(wù)文件相關(guān)要求，可以分為減少超灌漿量控制技術(shù)及不產(chǎn)生超灌漿量控制技術(shù)兩大類，兩種控制技術(shù)的前提均為必須改變錨索的常規(guī)灌漿工藝。

3.1 減少超灌漿量控制技術(shù)

減少超灌漿量控制技術(shù)的關(guān)鍵為將原設(shè)計(jì)的不分段一次性全孔灌漿調(diào)整為全孔分為錨固段及張拉段兩個(gè)區(qū)段分別進(jìn)行，并且對(duì)張拉段灌漿方式方法及灌漿材料進(jìn)行一定的調(diào)整，減小灌漿漿液在地層裂隙中的擴(kuò)散區(qū)域，以達(dá)到減少超灌漿量的目的。將壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索由原一次性全孔灌漿調(diào)整為分為錨固段及張拉段兩個(gè)區(qū)段分別進(jìn)行，主要是在原設(shè)計(jì)索體錨固段后方設(shè)置止?jié){包，通過(guò)設(shè)置的止?jié){包，將索體中的錨固段與張拉段進(jìn)行隔離，止?jié){包可采用在索體外包裹土工布的方式進(jìn)行，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 安裝止?jié){包錨索結(jié)構(gòu)圖

其工作原理為：在錨固段后方設(shè)置紡錘形止?jié){包，止?jié){包由土工布與鋼絞線緊密纏繞而成，止?jié){包安裝完成后的外徑與鉆孔孔壁間的間隙為5～10 mm。錨索結(jié)構(gòu)中灌漿管通過(guò)止?jié){包區(qū)域后進(jìn)入到索體最前端，且灌漿管在止?jié){包區(qū)域中留有一楔形開口以用來(lái)為止?jié){包進(jìn)行充漿膨脹以封閉孔道。索體結(jié)構(gòu)中的回漿管由兩根管套接而成，且具有雙重作用。當(dāng)進(jìn)行錨固段灌漿時(shí)該管主要用來(lái)進(jìn)行排氣及排除孔內(nèi)稀漿及雜質(zhì)，主要起回漿管作用;當(dāng)進(jìn)行張拉段灌漿時(shí)，在孔外拉拔該管，致使回漿管的外部管從套接管中拔出，從而起到灌漿管的作用，漿液通過(guò)該管進(jìn)入到張拉段后慢慢向孔口涌出，直至從孔口返出濃漿。灌漿時(shí)先從灌漿管灌入水灰比為2的稀漿，待漿液將止?jié){包充漿完成膨脹封閉孔壁后再換用施工漿液水灰比進(jìn)行錨固段灌漿施工，灌漿過(guò)程中錨固段中的空氣及稀漿通過(guò)回漿管排出孔內(nèi)，當(dāng)回漿管返出漿液密度與灌漿漿液密度一致時(shí)，此時(shí)可結(jié)束錨固段的灌漿施工，并立即將回漿管的外部管從套接管中拔出。

張拉段的灌漿采用孔口不封閉的灌漿方式進(jìn)行，并根據(jù)地質(zhì)情況的不同而采取不同的灌漿施工工藝及材料，具體如下。

(1)當(dāng)張拉段巖體地質(zhì)情況不是很差，裂隙、節(jié)理發(fā)育較少，巖體破碎程度低時(shí)，灌漿可采用純水泥漿液進(jìn)行，灌漿過(guò)程中主要采用限流、限壓及間歇的方法進(jìn)行處理?？刂乒酀{限流流量為10～15 L/min，灌漿進(jìn)漿壓力＜0.1 MPa，并且每灌注10 min后就間歇10 min，直至孔口返出濃漿后即可結(jié)束。

(2)當(dāng)張拉段裂隙發(fā)育較多，節(jié)理張開度較大，且按照以上方法進(jìn)行控制施工后灌漿單耗＞200 kg/m孔口仍未出現(xiàn)返漿時(shí)，可將灌注純水泥漿液調(diào)整為灌注水泥砂漿進(jìn)行施工，直至灌漿結(jié)束。灌注砂漿必須采用專用砂漿泵進(jìn)行施工，砂漿配合比根據(jù)試驗(yàn)室配比試驗(yàn)獲得。灌注砂漿過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際情況分別采取限流、限壓及間歇的方法控制超灌漿量。

(3)當(dāng)張拉段裂隙發(fā)育很多，節(jié)理張開度很大，巖體非常破碎且裂隙串通性很好時(shí)，此時(shí)如采用純水泥漿液或砂漿進(jìn)行灌注，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成灌漿施工，灌注的漿液都通過(guò)裂隙全部滲透到巖層中去，無(wú)法充填錨索孔道，造成漿液大量浪費(fèi)。此時(shí)可將灌漿材料由原純水泥漿液或水泥砂漿調(diào)整為水泥－水玻璃雙液快漿進(jìn)行施工。雙液快漿配合比通過(guò)試驗(yàn)室配比試驗(yàn)獲得，必須確保雙液初凝時(shí)間滿足灌漿工藝時(shí)間要求，以避免出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，造成灌漿質(zhì)量缺陷。

3.2 不產(chǎn)生超灌漿量控制技術(shù)

當(dāng)錨索支護(hù)工程進(jìn)度要求非常緊、工程投資控制要求高且工程建設(shè)不需要對(duì)張拉段進(jìn)行灌漿時(shí)，此時(shí)便可使用不產(chǎn)生超灌漿量控制技術(shù)。無(wú)超灌漿控制技術(shù)的核心為在張拉段索體的外端包裹防止?jié){液進(jìn)入巖層的土工布，灌漿時(shí)漿液僅充填錨索錨固段及張拉段包裹體，而漿液無(wú)法進(jìn)入巖體中，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 張拉段安裝土工布套筒的錨索結(jié)構(gòu)圖

其工作原理中錨固段灌漿與上述減少超灌漿量控制技術(shù)中錨固段灌漿方法一致，進(jìn)行張拉段灌漿時(shí)，在孔外拉拔回漿管，致使回漿管的外部管從套接管中拔出，此時(shí)回漿管作用變更為張拉段的灌漿管，灌漿時(shí)漿液僅充填張拉段索體中縫隙及索體與外包土工布套筒之間間隙，直至漿液充填密實(shí)土工布膨脹后緊密貼緊孔壁。灌漿張拉段外包土工布套筒在未充填漿液前與孔壁的間隙一般控制在1～2 cm，套筒包裹必須嚴(yán)實(shí)及緊密，確保索體安裝時(shí)能順利進(jìn)入孔道且準(zhǔn)確安裝到位。

3.3 控制技術(shù)效果

4號(hào)公路邊坡共施工預(yù)應(yīng)力錨索350束，在未采取以上控制技術(shù)前施工的10束錨索，錨索超灌漿干水泥量平均為30 t/束，采取了以上減少超灌漿控制技術(shù)后，剩余所有的錨索平均超灌漿量降至8 t/束，共節(jié)約水泥耗量6000多噸，節(jié)省了工程投資。

4 結(jié)語(yǔ)

在邊坡支護(hù)中，預(yù)應(yīng)力錨索是最常見的一種支護(hù)方式，近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)許多正在施工的工程邊坡支護(hù)中，經(jīng)常有大量錨索超灌漿量的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致出現(xiàn)大金額的索賠款項(xiàng)及合同項(xiàng)目總造價(jià)難以得到有效控制。工程實(shí)踐證明，以上所述施工技術(shù)是可以有效的控制錨索超灌漿工程量的，可以為其他類似工程提供一定的借鑒。

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