預(yù)應(yīng)力錨索在公路工程高邊坡施工中的應(yīng)用

曾濤，何永明 （武警警種學(xué)院，北京 102202）

1 工程概況

溪洛渡水電站是國家“西電東送”骨干工程，位于四川和云南交界的金沙江上。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運(yùn)條件等綜合效益，并可為下游電站進(jìn)行梯級補(bǔ)償。電站主要供電華東、華中地區(qū)，兼顧川、滇兩省用電需要，是金沙江“西電東送”距離最近的骨干電源之一，也是金沙江上最大的一座水電站。

溪洛渡對外交通專通公路位于山區(qū)，如圖1所示。20m以上的高邊坡有120多處，最大邊坡高度超過100m。在設(shè)計(jì)和施工這類高邊坡時(shí)，應(yīng)遵循“錨固到位、不留后患”的原則，以穩(wěn)定為本、加固為主，排水、防護(hù)并重的綜合處理，確保施工中的臨時(shí)穩(wěn)定和通車后的長期穩(wěn)定。

圖1 溪洛渡對外交通專通公路

本工程的邊坡防護(hù)多采用700/1000kN，L=20m～30m的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)措施，預(yù)應(yīng)力錨索為壓力分散型錨索，錨索材料采用無粘結(jié)高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(直徑為15.24 mm，強(qiáng)度為1860MPa)。壓力分散型錨索由3個單元錨索組成，每個單元錨索分別由2根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成(鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質(zhì)承載體上，要求其單根的連接強(qiáng)度大于200kN)。各單元錨固段長度分別為L1、L2、L3，共同組成復(fù)合型錨索的錨固段。設(shè)計(jì)錨孔直徑為150mm。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)見圖2所示。在邊坡開挖出露后，按位置和規(guī)格及要求安設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

2 施工方法

2.1 施工工藝

預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝

2.2 施工平臺搭設(shè)及孔位放樣

①施工平臺搭設(shè)：施工平臺搭設(shè)使用砂漿錨桿施工時(shí)搭設(shè)的鋼管腳手架，腳手架上設(shè)置帶有防護(hù)欄桿的爬梯、馬道、安全防護(hù)網(wǎng)。安全防護(hù)網(wǎng)、馬道板要牢靠固定在腳手架上，足以起到安全作用。平臺面鋪設(shè)5cm厚木板，用10#鐵絲固定，端部錨索孔位兩側(cè)的平臺長度不小于5m，平臺寬度4m，以利各孔錨索下錨，保證索體轉(zhuǎn)彎半徑和施工安全，平臺外側(cè)搭設(shè)欄桿。

②孔位放樣：孔位放樣根據(jù)設(shè)計(jì)圖用全站儀進(jìn)行孔位樁號方位角放樣，并用油漆孔位、孔號、孔向等進(jìn)行標(biāo)識。

2.3 鉆孔

①鉆孔技術(shù)要求：預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔的位置、方向、孔徑及孔深按設(shè)計(jì)圖紙的要求施工。鉆孔的開孔偏差不大于10cm，孔深不允許欠深，超深也不得大于20cm，端頭錨固孔孔斜誤差不大于孔深的2%，錨索鉆孔孔徑不小于施工圖和廠家產(chǎn)品說明書規(guī)定的要求。

②鉆機(jī)選型：錨索鉆孔機(jī)采用MGJ－50D型鉆機(jī)。該型鉆機(jī)是重慶探礦廠產(chǎn)MGJ－50型鉆機(jī)的改進(jìn)型產(chǎn)品，適合于在高邊坡普通排架上施工。該鉆機(jī)身長2.5m、重760kg、11.5kW電動液壓鏈條推進(jìn)提升，壓力14.6kN～22kN，可施工口徑φ65mm～φ180mm、轉(zhuǎn)速32r/m～183r/m。

③鉆孔工藝：鉆孔前，為保證鉆機(jī)在鉆孔時(shí)的穩(wěn)定，應(yīng)嚴(yán)格校驗(yàn)開孔時(shí)鉆桿的傾角和方位，并經(jīng)質(zhì)檢人員復(fù)驗(yàn)合格后方可固定鉆機(jī)。開孔進(jìn)尺5m后，應(yīng)重新對孔斜進(jìn)行校核，根據(jù)鉆進(jìn)情況必要時(shí)采取糾偏措施（導(dǎo)直器、扶正器等），調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，終孔后起鉆桿檢測孔斜。

鉆孔過程中，預(yù)應(yīng)力錨索的內(nèi)錨固段基巖必須完整，并經(jīng)確認(rèn)后方可終孔。鉆孔完畢時(shí)，用水和風(fēng)輪換沖洗鉆孔，直至回水澄清，將鉆孔用風(fēng)吹干并堵塞孔口進(jìn)行保護(hù)。

2.4 驗(yàn)孔

鉆孔結(jié)束以后，對鉆孔進(jìn)行驗(yàn)收。采用經(jīng)緯儀測斜法分段測斜。測點(diǎn)距3m～5m，其方法是：在要測設(shè)的錨索孔內(nèi)放置一可見光源（一般采用手電筒），可見光源由直徑為φ15的鋼管構(gòu)成的長桿送到指定的位置，然后將經(jīng)緯儀架設(shè)于離孔口1m左右之處，測出該指定位置的方位角、傾角，按前述的程序逐次測出孔內(nèi)的各位置的要素。將終孔的各項(xiàng)指標(biāo)與經(jīng)緯儀所測得的數(shù)值一起作為單個錨索孔的最終驗(yàn)收成果。鉆孔完畢驗(yàn)收合格以后，妥善保護(hù)孔口。

2.5 錨索制作

單根索體在鋼筋廠的編索車間生產(chǎn)，施工現(xiàn)場組裝完成，其制作程序?yàn)椋合铝稀幩鳌M裝導(dǎo)向帽及波紋管→驗(yàn)索→存放。

2.5.1 下料

使用鋼絞線之前，要檢驗(yàn)鋼絞線的出廠證、質(zhì)保書，并檢查其外觀和直徑，有銹蝕、缺損不得使用。灌漿管和排氣管均采用PE塑料管，其質(zhì)量要滿足設(shè)計(jì)要求。在平坦開闊的工作平臺上下料，下料前將不同孔深的錨索材料編制成下料單，按下料單中各孔鋼絞線所需的長度，用鋼卷尺丈量，其誤差在5mm以內(nèi)。

若采用無粘結(jié)型錨索，內(nèi)錨段鋼絞線需剝離聚乙烯塑料套，并剝除鋼絞線表層保護(hù)油脂，之后應(yīng)按順序分別使用柴油、高溫清洗液和熱水清洗干凈，直到手感無油膩且表面烏黑發(fā)亮為止。錨束內(nèi)各鋼絞線內(nèi)錨段長度應(yīng)一致。單根鋼絞線根部采用擠壓器安裝擠壓套，錨固段頂部安裝導(dǎo)向帽，方便順利下錨。

2.5.2 編索

將各孔的鋼絞線、灌漿管等進(jìn)行編號，平行排列，然后與隔離支架對號入座，排放時(shí)不得使鋼絞線及灌漿管發(fā)生錯位或交叉。安裝灌漿管和排氣管(需要時(shí))，并檢查管道是否完好暢通。錨束的鋼絲或鋼絞線應(yīng)按一定規(guī)律編排并綁扎成束，內(nèi)隔離支架和外對中支架均采用PE塑料按設(shè)計(jì)尺寸加工，鋼絞線采用無鋅鉛絲綁扎。鋼絲或鋼絞線兩端與錨頭嵌固端應(yīng)牢固聯(lián)結(jié)，兩嵌固端之間的每根鋼絲或鋼絞線長度應(yīng)一致。

2.5.3 索體驗(yàn)收

索體制作完畢后，與相關(guān)人員一起驗(yàn)收。驗(yàn)收合格的錨索平行擺放在平臺上，成品索體不得疊壓，并有防潮、防銹、防污染及防損壞等保護(hù)措施。驗(yàn)收合格的錨索要登記掛牌編號。

2.5.4 錨索水平運(yùn)輸

編制好的錨索用人工水平運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的部位，錨索水平運(yùn)輸中，各支點(diǎn)間距約2m，轉(zhuǎn)彎半徑以不改變錨索結(jié)構(gòu)為限；運(yùn)輸過程中，細(xì)心操作，不得損傷錨索。

2.6 穿索

一般采用人工下束，錨索穿入錨孔時(shí)應(yīng)保持平順，均勻推進(jìn)；嚴(yán)禁旋轉(zhuǎn)錨索以防損壞索體結(jié)構(gòu)，造成返工。下束須到位，錨束頭距孔底控制在30cm以內(nèi)。檢驗(yàn)束體入孔后外露尺寸，確認(rèn)無誤后，方可進(jìn)行下一步施工。

2.7 錨固段灌漿、下索及承壓墊座混凝土澆筑

采用“內(nèi)錨段先灌漿，后下索”的施工方法，在下索前一切準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行。

若采用無粘結(jié)型錨索，則采用“先下索，后灌漿”的方法進(jìn)行施工，孔內(nèi)一次性灌漿（錨固段及自由段灌漿兩工序合二為一），直到回漿容重與進(jìn)漿一致。

承壓墊座內(nèi)設(shè)置的鋼套管、鋼墊板、鋼筋網(wǎng)及灌漿套管采取車間加工，現(xiàn)場調(diào)整安裝。安裝前將孔口周圍巖面清理干凈并處理松動塊體，對孔口在片光滑巖面必須用手風(fēng)鎬處理成蜂窩狀的粗糙平面，確保混凝土與巖面的結(jié)合，安裝時(shí)保證鋼套管中心線和鉆孔軸線重合，鋼墊板與鉆孔軸線垂直。混凝土采用小型拌合機(jī)現(xiàn)場拌制，采用人工下料，管式振搗器分層振搗密實(shí)，特別注意邊角部位。

2.8 錨索張拉

2.8.1 準(zhǔn)備

張拉的設(shè)備和儀器使用前要進(jìn)行標(biāo)定。千斤頂與壓力表等張拉設(shè)備配套檢驗(yàn)和率定，不得混用，并將標(biāo)定成果繪制“壓力表讀數(shù)～張拉力關(guān)系曲線”，以便張拉時(shí)校閱。選用的千斤頂、鋼絞線及各種錨具要配套和一致。錨夾具采用OVM15-7（1000kN）型，油泵采用ZB4-500型電動油泵（P＝50MPa），千斤頂擬采用柳州歐維姆公司生產(chǎn)的YCW-150（預(yù)緊）、YCW-250（1000kN）2種規(guī)格。

錨固段的固結(jié)漿液、承壓混凝土墊墩達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，各部位尺寸檢驗(yàn)合格，夾片、錨具再次進(jìn)行清污、除銹。上述所有工作驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入張拉設(shè)備安裝及張拉階段工作。經(jīng)配套率定的張拉機(jī)具，用油漆進(jìn)行編號，防止張拉過程中，張拉機(jī)具混亂使用，而影響張拉的質(zhì)量或造成事故。

張拉設(shè)備組裝時(shí)，各種張拉設(shè)備要與錨索體軸線同心，其誤差控制在1mm以內(nèi)。鋼絞線不得交叉和錯位。

在進(jìn)行錨索試驗(yàn)時(shí)，認(rèn)真記錄壓力傳感器的讀數(shù)、千斤頂?shù)淖x數(shù)以及試驗(yàn)索在不同張拉噸位時(shí)的伸長值。

2.8.2 預(yù)緊

張拉時(shí)，錨固段水漿結(jié)石強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在正式分級張拉前，對每根鋼鉸線進(jìn)行預(yù)緊，確保正式張拉前在錨孔內(nèi)的鋼絞線順直，每根受力均勻，以提高錨固效果。

2.8.3 分級張拉鎖定

按錨索試驗(yàn)所確定的錨索張拉工藝、設(shè)計(jì)圖紙、《水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》（DL/T5083-2004）進(jìn)行張拉施工。錨索張拉力逐級增大，嚴(yán)格控制張拉升荷速度和每級穩(wěn)壓時(shí)間。其最大值為錨索設(shè)計(jì)荷載的1.05倍～1.10倍。張拉時(shí)，升荷速度每分鐘不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10；每級穩(wěn)壓2min～3min后，進(jìn)行下一級的張拉，到達(dá)最后一級穩(wěn)壓10min～20min后，進(jìn)行鎖定。鎖定后的48h內(nèi)，若錨束應(yīng)力下降到設(shè)計(jì)值以下時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。張拉過程中做好記錄，以壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，同時(shí)采用伸長值校核張拉力，實(shí)測伸長值應(yīng)不超過理論伸長值的-5%～10%。

2.9 封孔回填灌漿

封孔回填灌漿在補(bǔ)張拉工作結(jié)束后28d進(jìn)行，封孔回填灌漿前的錨索應(yīng)力已達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)計(jì)值。封孔回填灌漿材料與錨固段灌漿的材料相同。封孔回填灌漿采用錨索中的灌漿管從錨具系統(tǒng)中的灌漿孔施灌，灌漿管應(yīng)伸至錨固端頂面，灌漿必須自下而上連續(xù)進(jìn)行，壓力不小于0.8MPa。為保證所有空隙都被漿液回填密實(shí)，在漿液初凝前必須進(jìn)行不少于2次補(bǔ)灌，當(dāng)漿液凝固到不自孔中回流出來之前，應(yīng)保持不小于0.4MPa的壓力進(jìn)行并漿。

2.10 錨頭保護(hù)

張拉完成后，除用于安全監(jiān)測的錨索外，錨具外的鋼絞束除保留15cm外，其余部分切除。錨索張拉、灌漿完畢后，錨頭作永久的防銹保護(hù)，將錨具、鋼絞索外露頭、鋼墊板表面水泥漿銹蝕等清洗干凈，并將二期混凝土結(jié)合面鑿毛，然后澆筑厚度不小于10cm二期混凝土的保護(hù)帽。

3 預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力監(jiān)測

根據(jù)坡體地質(zhì)情況及穩(wěn)定程度，由業(yè)主會同監(jiān)理和設(shè)計(jì)代表根據(jù)具體情況制定相關(guān)錨固工程應(yīng)力監(jiān)測方案，并組織安排專業(yè)單位實(shí)施。對于重要、復(fù)雜、特殊且穩(wěn)定性差的高邊坡，錨索采用液態(tài)防腐外錨頭，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力監(jiān)測。根據(jù)預(yù)應(yīng)力損失情況進(jìn)行二次張拉。錨索應(yīng)力監(jiān)測在張拉鎖定后頭2個月內(nèi)1次／周，其后2次或3次／月。監(jiān)測內(nèi)容及項(xiàng)目等詳見表1。

應(yīng)力錨固工程原位監(jiān)測內(nèi)容和項(xiàng)目 表1

4 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力錨索已經(jīng)在水電工程中被廣泛應(yīng)用，高邊坡錨索防護(hù)工程較為復(fù)雜，合理確定項(xiàng)目的施工順序顯得尤為重要，預(yù)應(yīng)力錨索細(xì)致的施工工序也是無數(shù)實(shí)際工程的總結(jié)。為確保施工和運(yùn)營過程中路塹邊坡的穩(wěn)定，除應(yīng)采取合理支擋加固措施外，還必須采用科學(xué)有效的施工方法、工藝及程序，避免施工過程中邊坡失穩(wěn)破壞，造成重大損失，甚至于留下后患，影響邊坡的長期穩(wěn)定和運(yùn)營安全。

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