Dr2危巖體預(yù)應(yīng)力錨索棧橋設(shè)計與施工

袁宗洪，曾永軍，徐 萍

（貴州省水利投資有限責(zé)任公司，貴州 貴陽550002）

1 工程概況

索風(fēng)營水電站位于貴州省修文縣與黔西縣交界的烏江干流六廣河段，是烏江干流上的第三個梯級電站。工程樞紐由輾壓混凝土重力壩、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房和左岸導(dǎo)流洞等組成，電站裝機(jī)容量600 MW。最大壩高121.8 m，正常蓄水位837 m。

Dr2 危巖體位于右壩肩上方，主要地層巖性為T1m 灰?guī)r。因受順河向節(jié)理、裂隙切割（現(xiàn)場統(tǒng)計較為明顯的有L1—L7 共7 組）形成臨空高差大、壁陡的危巖體。其頂部高程1 085 m，底部高程870 m（出露部分高程930 m），體積約為78 萬m3。底部為T1Y3泥巖，高程1 070 m 以上為T1m灰?guī)r地層形成的緩坡平臺，地形坡度10°～20°；下游側(cè)高程960 m 以下為崩塌堆積體形成的斜坡，地形坡度24°～40°；下游側(cè)高程900 m 以上崖面為柱狀倒懸體。上游側(cè)930～1 080 m 之間為T1m灰?guī)r形成的陡壁，地形坡度大于70°，其中右上部呈楔形倒懸，其余崖面局部形成倒懸坡。計算分析認(rèn)為該危巖體存在向外傾覆及向下座滑的可能性，崖面巖塊也可能墜落，對大壩及電站進(jìn)水口構(gòu)成嚴(yán)重威脅，必須進(jìn)行處理。

2 危巖體加固方案

為保證電站的安全運(yùn)行，經(jīng)多方案比選，最終確定對Dr2 危巖體進(jìn)行整體加固處理。處理方案分為頂部、中部（崖面）、下部三部分。中部即崖面的處理方案主要為在崖面高程1 040～1 065 m 之間施工預(yù)應(yīng)力錨索加固，共設(shè)計8 排176 索2 000 kN 錨索。

3 錨索棧橋設(shè)計方案

3.1 方案比選

由于錨索布置區(qū)域位于崖面中上部，其下方的910～940 m 高程布置有抗滑樁及錨固洞，為了保證抗滑樁及錨固洞的施工安全，必須先施工錨索，依靠錨索給危巖體施加一定錨固力量。要施工錨索必須分層修建施工平臺，但現(xiàn)場的條件一是高程930～1 080 m 崖面為大于70°巖面，錨索施工段巖面近于垂直甚至倒懸；二是危巖下方最近的公路高程為840 m，高程930～840 m 之間為25°～40°的泥夾石陡坡，從840 m 高程只有一條小路至930 m 高程，因下方有電站取水口，要修建供機(jī)械設(shè)備通行的便道不太可能或工程量很大；三是高程1 080 m 上部仍然有30 m 高大于10°坡面。因此，要修建錨索施工平臺難度極大。

為了能安全地實施錨索，施工前對平臺修建方案進(jìn)行了反復(fù)討論，包括專家論證提出了2 種施工方案：

方案一。采用傳統(tǒng)做法，搭設(shè)腳手架施工平臺。大中型水庫高危邊坡通常采用預(yù)應(yīng)力錨索加固，為了給造孔機(jī)械、編索、下設(shè)、注漿等提供施工條件，多采用腳手架管搭設(shè)平臺。該方案存在以下問題：

1）材料垂直運(yùn)輸量大，不可能用塔吊（位于頂部）把眾多小桿件從上部吊到整個面上，若從下部運(yùn)輸，則存在840 m 高程公路至930 m 高程平臺間及930 m 高程平臺到崖面的運(yùn)輸問題。因此要修建從840 m 高程公路至930 m 高程平臺的便道供機(jī)械通行，因上述工程量大等原因，無法在短期內(nèi)完成；另外，從930 m 高程平臺至崖面的垂直運(yùn)輸無法解決。

2）需要采用人工在崖面搭建腳手架平臺，崖面多危石，安全隱患大。

3）腳手架高100 多米，搭建的平臺剛度低、承載力小，難以滿足錨索鉆孔、錨索安裝需要。

方案二。從下部向上修建人行爬梯，然后在最低一層錨索棧橋下方先修建臨時人行棧橋，再修建鋼結(jié)構(gòu)錨索棧橋。與方案一比較優(yōu)點如下：

1）鋼棧橋承載量大，寬度可滿足錨索施工需要，能保證錨索施工的安全性。

2）修建爬梯及人行棧橋材料規(guī)格小，材料的人工運(yùn)輸量不大。

3）鋼棧橋施工的關(guān)鍵是第一層，以上各層均可以下一層為支撐，而第一層又可以人行棧橋為支撐，施工組織循序漸進(jìn)。第一層（每一層）鋼棧橋施工的材料件數(shù)不多，可用塔從吊崖頂向下吊運(yùn)，施工時間相對較短。

經(jīng)過比選，最終選擇了鋼結(jié)構(gòu)棧橋方案。

3.2 錨索棧橋設(shè)計方案

1）棧橋荷載設(shè)計荷載

棧橋所承受的荷載除自重外，還要考慮錨索造孔鉆機(jī)的重量、操作人員的重量、錨索編索下索的荷載、造孔鉆機(jī)的振動荷載及風(fēng)荷載?？紤]崖面巖體一般為強(qiáng)風(fēng)化，安全系數(shù)取2.0。

2）錨索棧橋設(shè)計方案

錨索棧橋設(shè)計方案由施工方提出初步設(shè)計方案，委托專業(yè)設(shè)計單位驗算，并經(jīng)現(xiàn)場參建方反復(fù)論證并細(xì)化而成。

根據(jù)錨索布置及崖面狀況，錨索施工棧橋設(shè)計為每層相對獨立的單層受力鋼體懸臂結(jié)構(gòu)平臺，共8 層，每層位于該排錨索下方1.0 m，橋面有效寬度為3.5 m，長度大于錨索布置范圍。平臺下部為間距1.2～1.6 m 人字形桁架梁，桁架梁上縱向安裝［12 工字鋼，工字鋼頂部鋪16 mm 鋼板并相互連接。人字形桁架梁的水平梁及下文鋼支撐均采用［字鋼加工，用錨桿固定在巖壁上。

4 棧橋施工難點

根據(jù)有利于施工及材料再次利用的原則，施工順序按自下而上進(jìn)行，按設(shè)計方案，關(guān)鍵是修建人行棧橋。由于人行棧橋至頂部崖面的垂直高度為35 m，至底部緩坡面的高度超過100 m，棧橋所處崖面傾角大于70°，難度：

1）要修建人行棧橋，必須在崖面上打插錨桿，然后搭建平臺，開始只有爬梯口范圍一個小平臺，鉆孔機(jī)械難以固定，錨桿孔鉆孔困難，錨桿安裝也困難。

2）棧橋所處崖面多處出現(xiàn)反坡，還有轉(zhuǎn)角，在這些位置棧橋管架與巖面距離加大，不但增加了鉆孔難度，搭設(shè)棧橋的難度也大，搭好后其穩(wěn)定性也差。

3）材料、機(jī)械設(shè)備從頂部向下運(yùn)輸路徑最近，但上下運(yùn)輸工作量大，用塔吊吊運(yùn)的話，操作人員與作業(yè)點之間因視線受阻，吊運(yùn)十分困難。巖體表面凹凸不平，多風(fēng)化松散巖塊，錨桿鉆孔難度較大；鋼平臺構(gòu)件安裝困難，平整度難保障。

4）棧橋距下方緩坡坡面有100 多米，崖面又比較破碎，對施工人員心里產(chǎn)生壓力，構(gòu)成極大安全隱患。

5 錨索棧橋施工技術(shù)

5.1 主要施工順序

主要項目及順序為：施工準(zhǔn)備、修建人行棧橋、搭建棧橋工作橋（腳手架），修建第一層錨索棧橋（最低一層），搭設(shè)第二棧橋腳手架，修建第二錨索棧橋，以此類推。其中，最難也是最關(guān)鍵的是修建下部爬梯及人行棧橋。

5.2 施工準(zhǔn)備

包括修建下部人行爬梯及在崖頂安裝塔吊。修建930～1 037 m 人行爬梯前必須先選線再施工。首先根據(jù)測量圖及結(jié)合現(xiàn)場情況選擇路線，為了便于施工，盡量選擇巖面相對完整、沒有反坡的部位，而且要有幾處緩坡段，以便修建轉(zhuǎn)角平臺；另外爬梯上口必須位于緩坡處，才能開始搭建起始段人行棧橋。爬梯用φ50 腳手管排架搭設(shè)，并用φ25 錨桿固定于巖面。

5.3 人行棧橋施工

人行棧橋位于高程1 037.2 m，設(shè)計寬度不小于1.5 m，采用φ50 腳手架管搭設(shè)，上鋪竹跳板形成平臺。腳手管架依靠2 排錨桿固定于巖面，下排錨桿與巖面交角為45°，上排與水平面夾角為5°。

人行橋棧采用懸挑法施工。首先在爬梯口搭設(shè)一個基礎(chǔ)平臺，然后向兩端挑出一定長度的水平腳手管架，在挑出的管架上鉆孔安插錨桿，再在錨桿上外露端套φ50 鋼管，并將錨桿與架管焊接固定，最后將套上錨桿上的鋼管與挑出的鋼管連接并加密腳手架管即形成棧橋體，以此法向兩端延伸直至完成。為便于錨桿與鋼管連接，兩排錨桿需外露1～1.5 m。

5.4 錨索棧橋工作橋施工

工作橋?qū)挷恍∮?.5 m，采用雙層腳手架結(jié)構(gòu)，錨桿固定，頂面鋪木板。第一層工作在人行棧橋上面搭設(shè)，支撐在人行棧橋上，第二層起支撐在下一層錨索棧橋上。

5.5 錨索棧橋施工

施工順序：錨桿施工及型鋼下料→鋼構(gòu)件拼裝與焊接→座墩混凝土澆筑→橋面板鋪設(shè)等。錨索棧橋施工的關(guān)鍵是安裝人字形桁架梁。施工時先安裝主梁（水平梁），再安裝支撐梁（斜向），然后將兩梁焊接連接。桁架梁（型鋼）一端事先焊接連接鋼板，再用φ36 砂漿錨桿固定在巖面。用錨桿將桁架梁初步固定后，再澆筑C30 混凝土座墩支承。

5.6 上下材料運(yùn)輸及交通

根據(jù)現(xiàn)場條件及運(yùn)輸量，人行爬梯及人行棧橋材料主要采用人工自下而上運(yùn)輸；錨索棧橋施工材料依靠塔吊自上而下吊運(yùn)，另從上而下搭建爬梯供錨索棧橋施工人員通行。

5.7 施工安全措施

1）挑選年輕、機(jī)智且有經(jīng)驗施工作業(yè)及現(xiàn)場管理人員。

2）采用巖石電鉆鉆人行棧橋錨桿孔。巖石電鉆采用清水沖走巖粉，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，有利于操控。若用風(fēng)鉆造孔開孔會出現(xiàn)跳動，且一旦風(fēng)管漏風(fēng)，修理較麻煩。

3）巖面破碎處、巖面轉(zhuǎn)角處、反坡巖面，錨桿加密，必須保證錨桿下設(shè)深度。

4）為了保證棧橋制安質(zhì)量，特別是人行棧橋鋼管與錨桿間、鋼管與鋼管之間的連接可靠性，實行百分百檢查制度。

6 錨索棧橋荷載試驗

為了檢證棧橋?qū)τ阱^索對施工的安全可靠性，錨索施工前在第一層錨索棧橋上進(jìn)行了荷載試驗。

試驗方案為：在第一層錨索棧橋上選取三段進(jìn)行荷載試驗，其中二段為地質(zhì)條件較差的橋段、一段地質(zhì)條件相對較好的橋段。每個試驗段長5 m，在選段棧橋面上先施加靜荷載及再在有安全保護(hù)措施的情況下施加動荷載。靜荷載大小為施工最大荷載的1.5 倍，作用時間72 h；若沒變形，再加上動何載，動何載作用時間24 h。每一試驗階段中，定期觀測棧橋的橫向變形量及棧橋桁架梁的焊縫開焊情況。

觀測結(jié)果顯示，靜荷載作用下橫向最大下沉量5 mm，動荷載作用下橫向最大下沉量7 mm，小于設(shè)計要求的10 mm（不大于0.3%）；主梁與支撐梁、主梁與混凝土座墩的連接點均無裂縫。試驗說明棧橋強(qiáng)度、剛度足夠，施工質(zhì)量可靠。

7 結(jié) 語

現(xiàn)錨索已施工完成，施工中也對錨索棧橋下沉量、橫向橈度、焊縫連接進(jìn)行了觀測，觀測結(jié)果與荷載試驗一致，未發(fā)現(xiàn)錨索棧橋有明顯變形，因此，棧橋設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)合理，施工方案可行，施工質(zhì)量可靠。