全粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索在老撾南康3水電站廠房高邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

肖 美，肖 玉 成

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南康3水電站位于老撾北部瑯勃拉邦省境內(nèi)的南康河干流上，是南康河規(guī)劃三個(gè)梯級(jí)電站中的最下游一級(jí)，壩址距下游瑯勃拉邦市公路里程31 km。電站總庫(kù)容為2.24×106m3，屬于二等大(2)型工程，壩頂高程353 m,正常蓄水位高程348 m，壩長(zhǎng)153 m，裝機(jī)容量為2×30 MW。樞紐建筑物主要由混凝土重力壩、右岸導(dǎo)流洞、引水系統(tǒng)，岸邊式發(fā)電廠房等建筑物組成。廠房由主機(jī)間、安裝間和副廠房組成?？刂瞥叽纾洪L(zhǎng)×寬×高為58 m×20.5 m×43.8 m，水輪機(jī)安裝高程為302 m。發(fā)電機(jī)層高程為310 m,副廠房位于主廠房上游側(cè)。

廠房處于壩軸線下游155 m南康河右岸坡腳處，廠房后邊坡地形陡峭，坡度約為55°～60°。開挖坡高80～108 m，最大開挖坡高108 m，廠房邊坡巖性主要為灰?guī)r，夾少量泥質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r。巖層陡傾上游坡內(nèi)，巖層屬逆向坡，邊坡開挖后巖層易產(chǎn)生裂隙，特別是上壩公路高程350 m以下邊坡巖層產(chǎn)生卸荷張裂隙比較明顯，強(qiáng)卸荷水平深度為30 m左右，邊坡巖體裂隙、節(jié)理發(fā)育。由于裂隙不利組合和拉裂影響，邊坡巖體穩(wěn)定性較差。

廠房后邊坡淺層支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴護(hù)：右岸高程350 m上壩公路以上邊坡使用6 m錨桿、梅花型布置，開口處布置了18根鎖口錨筋樁，長(zhǎng)10 m，入巖9.8 m。公路以下至高程320 m進(jìn)廠公路之間邊坡采用5 m長(zhǎng)錨桿、梅花型布置，間排距為2 m×2 m。鋼筋網(wǎng)片為φ6.5@20 cm×20 cm，噴護(hù)厚10 cm的C20混凝土。深層采用單孔無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)處理。

根據(jù)廠房邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，從上至下布置了5排錨索。在高程350 m公路以上355 m和360 m高程分別布置了2排錨索，公路下方在345 m、340 m、330 m高程以下布置了3排錨索，第4、5排間距為10 m，其他間排距均為5 m。18 00 kN錨索5排，共40根，根據(jù)高程及巖層情況進(jìn)行了不均勻分配。

錨索孔布置排孔數(shù)見表1。

1.3 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)表

錨索設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 主要施工方案

2.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工的基本流程

預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程如下：

2.2 錨索施工的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 錨索孔造孔

錨索孔采用YG-80型地質(zhì)鉆機(jī)造孔，測(cè)量放樣確定開孔位置，用地質(zhì)羅盤確定方位角?，F(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái)2×20 m3/min移動(dòng)式空壓機(jī)供風(fēng)，用內(nèi)徑75 mm風(fēng)管接至工作面。

1 800 kN級(jí)錨索孔基本技術(shù)參數(shù)：

(1)錨索孔徑為115 mm；錨孔傾角：與水平面呈10°俯角；錨固段長(zhǎng)度為8 m；錨索孔深40 m。

(2)造孔方法：造孔采用YG-80型液壓地質(zhì)鉆機(jī)，采用φ110沖擊器配φ110纖頭，使用風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法(圖1)。

(3)鉆進(jìn)施工參數(shù)：鉆進(jìn)壓力開孔時(shí)，使釬頭緊貼巖面低壓沖擊，平穩(wěn)緩慢推進(jìn)即可。正常鉆進(jìn)時(shí)pf=2～4 kN；風(fēng)量Q=14～16 m3/min。

(4)鉆孔過程中異常情況的處理：①在鉆遇破碎地帶時(shí)鉆具會(huì)發(fā)生跳動(dòng)、坍孔、卡鉆、埋鉆事故。為了保證成孔質(zhì)量，需進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，待凝等強(qiáng)后繼續(xù)鉆進(jìn)；②對(duì)于破碎帶較大的圍巖，在安裝錨索前，對(duì)錨孔進(jìn)行灌漿處理；③在鉆進(jìn)過程中，做好鉆孔記錄，為分析孔內(nèi)地質(zhì)情況提供依據(jù)。

2.2.2 錨索下料編索

單孔預(yù)應(yīng)力錨索主要由導(dǎo)向帽、單錨頭、錨板、注漿管、導(dǎo)向鋼管、排氣管、無粘結(jié)鋼絞線等組成，單孔預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 1 800 kN全長(zhǎng)粘結(jié)式錨索結(jié)構(gòu)圖

圖2 單孔預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 錨索孔驗(yàn)孔

鉆孔完畢，用風(fēng)管吹洗鉆孔直至孔口返出的風(fēng)手感無塵屑，延續(xù)5～10 min，鉆孔清孔完畢，采用自制探孔器進(jìn)行鉆孔深度及孔徑檢測(cè)，合格后進(jìn)行下索施工。

2.2.4 下錨索

錨索運(yùn)輸過程中，采取有效措施防止其與防護(hù)涂層損傷。錨索入孔前，無明顯彎曲、扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象；損傷的防護(hù)涂層已修復(fù)且合格；進(jìn)出漿管位置及暢通性檢查合格，錨索安裝采用人工緩慢均勻推進(jìn)。錨索宜一次放索到位，避免在安裝過程中反復(fù)拖動(dòng)索體，錨索安裝完畢，對(duì)外露的鋼絞線進(jìn)行臨時(shí)保護(hù)。

2.2.5 錨索灌漿

(1)錨固漿液為水泥純漿。注漿水泥采用P0.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比采用0.36∶1～0.4∶1，水泥結(jié)石體強(qiáng)度要求：R7d≮40 MPa，使用ZJ-400高速攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不少于30 s。

(2)錨索注漿采用孔底進(jìn)漿、孔口出漿的孔內(nèi)有壓循環(huán)全孔一次性注漿法，注漿壓力為0.5～0.7 MPa。將制備好的漿液直接送至工作面。錨索注漿前檢查制漿設(shè)備、灌漿泵是否正常，檢查送漿及注漿管路是否暢通無阻。在注漿過程中，應(yīng)觀察出漿管的排水、排漿情況。當(dāng)排漿比重與灌漿比重相同時(shí)才能進(jìn)行屏漿。當(dāng)回漿壓力達(dá)到0.2～0.3 MPa、屏漿30 min即可結(jié)束。

2.2.6 錨拉梁及錨墩的施工

(1)錨拉梁施工。在錨墩底部設(shè)計(jì)有縱橫向的錨拉梁，尺寸(高×厚)為1 m×0.7 m，鋼筋主筋φ25@200 mm，分布筋φ12@100 mm，鋼筋焊接長(zhǎng)度單面為10d，雙面焊為5d(d為鋼筋直徑)，主筋與邊坡錨桿按10d焊接。混凝土強(qiáng)度為C25。為確保混凝土質(zhì)量，施工過程中按嚴(yán)格施工配合比配料，混凝土采用灌車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，使用吊車入倉(cāng)，分層平倉(cāng)，有序振搗，做到不欠振、不漏、不超。在邊坡承重排架上進(jìn)行模板的安裝、鋼筋施工和混凝土澆筑。

(2)錨墩施工。按照設(shè)計(jì)圖紙要求安裝墩導(dǎo)向鋼管、鋼墊板、鋼筋制安并立模，錨墩設(shè)計(jì)尺寸為底寬110 cm，頂寬錨30 cm，厚40 cm。鋼筋設(shè)計(jì)采用φ12@150 mm網(wǎng)片，模板使用木工膠合板，確保其表面光潔?；炷翝仓檫厺仓呎駬v，充填密實(shí)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，確保錨墩混凝土質(zhì)量。

2.2.7 錨索張拉

(1)張拉機(jī)具采用YDC240Q型千斤頂，電動(dòng)油泵采用ZB4-500S型，錨具選用ESM15-12型。錨索張拉分兩期，張拉時(shí)按分級(jí)加載進(jìn)行。分級(jí)荷載：初期為設(shè)計(jì)工作荷載的0.2、0.25、0.5、0.8倍設(shè)計(jì)工作荷載，初期由零逐級(jí)加載到0.8，錨索張拉施工滯后開挖支護(hù)一個(gè)梯段，待下一梯段開挖和淺層支護(hù)完成后，將上一梯段錨索由0.8倍張拉到1.05倍、經(jīng)穩(wěn)壓后鎖定；

(2)若錨索鎖定的張拉力低于規(guī)定的設(shè)計(jì)值，對(duì)錨索進(jìn)行補(bǔ)償張拉至超張拉荷載。預(yù)緊作為分級(jí)張拉的第一級(jí)，采用多次循環(huán)預(yù)緊方式，預(yù)緊荷載為設(shè)計(jì)荷載的0.2倍。先張拉錨索中心部位的鋼絞線，然后張拉錨索周邊部位的鋼絞線，按照間隔對(duì)稱分序進(jìn)行；

(3)一個(gè)張拉循環(huán)完畢，進(jìn)行下一個(gè)張拉循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載。錨索張拉過程中，加載及卸載緩慢平穩(wěn)，加載速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的10%，卸載速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的20%。

(4)張拉過程中，采用應(yīng)力控制為主、伸長(zhǎng)值校核的雙控操作方法，及時(shí)、準(zhǔn)確記錄油表壓力讀數(shù)、千斤頂伸長(zhǎng)值、夾片外長(zhǎng)度，當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值大于理論伸長(zhǎng)值10%或小于5%時(shí)應(yīng)停止張拉，及時(shí)查明原因，采取措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉。

(5)鎖定為張拉的最后一道工序，鎖定方式直接影響到預(yù)應(yīng)力的損失。施工初期，按設(shè)計(jì)要求采用緩慢鎖定。無粘結(jié)錨索安裝的測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)資料顯示，該鎖定方式預(yù)應(yīng)力損失大，超過鎖定噸位的5%，個(gè)別達(dá)到10%，后經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等單位研究，決定改用快速鎖定方式。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力損失控制在5%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求，效果良好。

2.2.8 封 錨

錨具外的鋼絞線除留存30 mm外，其余部分切除。外錨頭初期采用可拆卸金屬(塑料)保護(hù)罩加注防腐油脂進(jìn)行封錨。防腐油脂不能含有對(duì)錨索有腐蝕性的物質(zhì)。外錨頭后期采用在防護(hù)罩內(nèi)灌注環(huán)氧砂漿封錨保護(hù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

老撾南康3水電站廠房高邊坡巖層為逆向坡，未開挖時(shí)，山體穩(wěn)定，巖層不會(huì)發(fā)生傾倒變形；開挖后巖體失去支撐，產(chǎn)生傾倒變形。設(shè)計(jì)采用淺層和深層支護(hù)相結(jié)合的方式予以控制。淺層采用傳統(tǒng)的錨桿掛網(wǎng)噴護(hù)方式，并且堅(jiān)持上層未支護(hù)結(jié)束、不得進(jìn)行下層開挖。深層采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，并在錨墩底面設(shè)置了縱橫向的錨拉梁，加強(qiáng)了錨索的整體受力。通過對(duì)監(jiān)測(cè)錨索測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知其變化在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)踐證明：無粘結(jié)錨索對(duì)此類邊坡支護(hù)是行之有效的，值得類似工程借鑒。