壓力型錨索在深厚覆蓋層邊坡加固中的應(yīng)用

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(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概述

天全鍋浪蹺水電站工程廠址區(qū)位于小仁煙村下游約2km的天全河左岸邊，主要水工建筑物有調(diào)壓井、壓力管道、廠房等，為混合式開發(fā)。

本工程廠房一期開挖邊坡位于主廠房后，開挖過程中地層為崩坡碎石堆積體，含大量孤塊碎石及夾雜粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散，為了保證邊坡穩(wěn)定性，確保發(fā)電廠房安全，在一期邊坡開挖完成后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工。

2　工程地質(zhì)

一期開挖邊坡表面為碎石堆積物，結(jié)構(gòu)非常松散，以孤塊碎石夾粉質(zhì)粘土為主，孤塊碎石含量多，直徑一般5cm～40cm，最大達(dá)2m，覆蓋層最深約為30m～40m。廠址區(qū)巖體強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為3m～9m，巖體較破碎。弱風(fēng)化帶厚一般20m～30m，巖體較破碎、完整性差，基巖為二長花崗巖。

3　集中型預(yù)應(yīng)力錨索施工設(shè)計

錨索設(shè)計支護(hù)范圍及設(shè)計參數(shù)：在廠區(qū)邊坡A區(qū)框格梁分縫線5與6之間，邊坡馬道分三層(高程為1006.65m、1021.65m、1036.65m)，采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，共布設(shè)36束錨索，錨索孔下傾角為15°；設(shè)計張拉力P=500kN、L≈51m的預(yù)應(yīng)力錨索(具體孔深以實(shí)際施工時錨固段處于弱風(fēng)化巖中的深度確定)，孔間距8m、排距8m；錨固段為8m，位于弱風(fēng)化巖中；單束錨索由4股鋼絞線組成，鋼絞線為1860MPa高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，直徑為15.24mm。

4　預(yù)應(yīng)力錨索施工

4.1　鉆孔平臺搭設(shè)及臨建布置

(1)施工前先使用鋼架管搭設(shè)施工平臺，采用滿堂承重腳手架。腳手架層高、間排距及作業(yè)層施工平臺寬度應(yīng)滿足施工技術(shù)要求。為確保腳手架在坡面上的穩(wěn)定，腳手架立柱鋼管插在鎖腳錨筋上，以防止腳手架滑移。臨空面掛白色安全網(wǎng)及綠色密目網(wǎng)封閉。沿坡面每隔一定距離設(shè)一道攔渣板，防止掉渣、掉物。施工作業(yè)平臺上按技術(shù)要求及施工安全鋪設(shè)木板，并綁扎牢固；平臺下部設(shè)置水平兜網(wǎng)，以防止施工人員因意外墜落而造成傷害事故；

(2)施工作業(yè)區(qū)附近采用架管搭設(shè)一個簡易加工棚，棚頂鋪設(shè)石棉瓦(或彩鋼瓦)；棚內(nèi)用架管搭設(shè)一長8m、寬2m、高1.0m的錨索加工平臺，用以加工制作及臨時堆放已制作完成的錨索，防止錨固段鋼絞線日曬雨淋后生銹。

4.2　鉆孔施工

主要采用XY-2地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔，配合沖擊器鉆進(jìn)。鉆孔孔徑為φ120mm，開孔偏差不得大于10cm，孔斜偏差小于孔深的2%，方位角偏差不得大于3°，終孔孔徑為120mm，有效孔深不得大于設(shè)計孔深0.5m。

4.2.1鉆孔孔位

施工時錨索孔孔位采用全站儀測量定位，鉆機(jī)傾角采用水平尺或地質(zhì)羅盤測控，鉆孔方位角采用地質(zhì)羅盤測控。

4.2.2鉆孔方法

在鉆孔過程中，用高壓風(fēng)排渣，并根據(jù)地層的變化，隨時調(diào)整鉆孔參數(shù)和鉆孔工藝，以提高工效。鉆孔過程中孔斜控制，采用粗徑鉆桿加設(shè)扶正器，并在施工過程中，用測斜儀每5.0m檢測一次孔斜，保證孔斜偏差不大于孔深的2%。鉆孔完畢，采用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)巖屑。終孔后下入通孔器(φ98mm)進(jìn)行孔道探測并做好孔口保護(hù)。

4.2.3特殊地層造孔

在鉆孔過程中，當(dāng)遇到深厚覆蓋層、斷層破碎帶出現(xiàn)塌孔、掉塊及滲水量大等情況時，采取如下措施進(jìn)行處理：

(1)深厚覆蓋層(40m)：采用潛孔沖擊器配合套管進(jìn)行跟管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中注意鉆進(jìn)速度，加強(qiáng)對排渣情況的觀察，若發(fā)現(xiàn)排渣很少，返出的渣呈團(tuán)狀，說明已進(jìn)入滲水地層，此時應(yīng)該減速鉆進(jìn)，必要時可以從孔口向套管內(nèi)加入適量的水，同時增加提鉆及吹孔次數(shù)，防止抱鉆造成孔內(nèi)事故。鉆進(jìn)至基巖層時停止鉆進(jìn)，換用釬頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

(2)裂隙大及漏風(fēng)地層：立即停止鉆進(jìn)，采取固壁灌漿等措施處理，以提高在破碎帶內(nèi)造孔孔壁的穩(wěn)定性及鉆孔工效。固壁灌漿中出現(xiàn)裂隙發(fā)育，固壁灌漿無法灌起來時，采用間隙灌漿和加砂、水玻璃等多種方式灌注，待固壁完成間隙6h～8h后進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)。

4.3　孔道清洗

鉆孔過程中巖粉較多時應(yīng)來回沖洗孔道，保證孔道巖粉排出量，鉆孔完成后，從孔口倒入清水，然后使用高壓空氣(風(fēng)壓0.5MPa～0.8MPa)將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，保證孔壁干凈，以免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可下設(shè)錨索與注漿，必要時在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔進(jìn)行處理。如錨孔內(nèi)部積聚水體，采用灌漿封堵二次鉆進(jìn)等方法處理。

4.4　錨索孔終孔孔道驗(yàn)收

鉆孔結(jié)束，檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下道工序。利用小于孔徑95%的尖錐通孔器進(jìn)行驗(yàn)收，同時復(fù)查錨索孔孔位、傾角和方位，全部錨索孔施工分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔鉆造檢驗(yàn)合格。

4.5　錨束下料編制

4.5.1錨索下料

使用砂輪切割機(jī)下料。

L(長度)=錨固段長度+自由段長度+錨墩長度+張拉長度。

遇有混凝土及錨索應(yīng)力計的孔，下料時還應(yīng)加上混凝土及應(yīng)力計厚度。

4.5.2錨固段鋼絞線清洗

剝離鋼絞線的聚乙烯塑料套，剔除鋼絞線表層保護(hù)油脂。先用鋸末清除保護(hù)油脂，然后用柴油或汽油反復(fù)清洗，清洗干凈使用棉紗擦干，直至手感無油膩有澀感且表面烏黑發(fā)亮，用手捻有澀滯感為止。并對裸露鋼絞線進(jìn)行防護(hù)。

4.5.3編索組裝

編制錨索前將按孔號下好料的鋼絞線、進(jìn)漿管、回漿管順直排列在錨索加工平臺上，保持錨索整體長度一致，進(jìn)、回漿管分別作好標(biāo)記；500kN錨索體由4根鋼絞線組成，按照圖紙進(jìn)行錨頭部分的制作；嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙安裝對中支架、隔離支架、注漿管、布袋式止?jié){袋；沿錨索的軸線方向設(shè)置隔離架，保證錨索的平、直、順。按照隔離架上對應(yīng)位置安放并順直注漿管，同時注意使注漿管在錨索體中的相對位置滿足圖紙要求；使用黑鐵絲捆綁成束；在錨索體外側(cè)安置塑料或鋼制對中架，使預(yù)應(yīng)力錨索體在鉆孔內(nèi)居中放置；錨固段頂部安裝導(dǎo)向尖錐；錨束編制完成后妥善保護(hù)，防止生銹，并進(jìn)行編號。

4.6　布袋式止?jié){環(huán)制作安裝

由于覆蓋層深厚，孔壁粗糙，充氣式止?jié){環(huán)在錨索下設(shè)過程中氣囊容易破壞，無法充氣或充氣效果不好，止?jié){效果差，造成后續(xù)張拉力小，影響質(zhì)量。在保證質(zhì)量的前提下使用布袋式止?jié){袋替代止?jié){環(huán)，由止?jié){袋和止?jié){環(huán)組成，止?jié){袋用透水不透漿的雙層布制作而成，止?jié){環(huán)采用三根φ6mm光圓鋼筋將2個長10cm、外徑同隔離支架大小的鋼管焊接而成，止?jié){環(huán)長度為45cm，止?jié){袋長度為止?jié){環(huán)1.5倍，縫制成兩端開口直圓筒形，開口處縮小直徑。為了保證止?jié){袋在膨脹止?jié){過程中能夠起到良好的止?jié){作用，止?jié){袋的直徑應(yīng)大于孔徑1.5倍。編制時將止?jié){袋放置在錨索錨固段與自由段處，止?jié){裝置兩端使用隔離支架作為固定物，防止在下索時滑動，止?jié){裝置與錨固段灌漿共用一根進(jìn)漿管路，在止?jié){袋中心范圍處的進(jìn)漿管路上開兩個直徑為20mm～30mm的小孔，其余的管路布置均不改變。安裝時要使止?jié){環(huán)安裝在灌漿管路與鋼絞線外，使灌漿管路及鋼絞線穿過止?jié){環(huán)，然后把止?jié){袋套在止?jié){環(huán)上，使用瓶裝聚氨酯泡沫填充劑填筑止?jié){環(huán)兩端與錨束之間的縫隙，在泡沫劑未完成固化前用鐵絲綁扎固定止?jié){袋兩端開口處，止?jié){袋應(yīng)全部包裹止?jié){環(huán)兩端，綁扎完成后出現(xiàn)的細(xì)小縫隙用泡沫劑再次填充，保證止?jié){效果。

4.7　錨索安裝

經(jīng)檢驗(yàn)合格后的錨索方可下入孔內(nèi)，邊坡錨索運(yùn)輸在腳手架上采用人工抬運(yùn)，轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)大于3m，在運(yùn)輸過程中保護(hù)好PE塑料套，不能使錨索結(jié)構(gòu)受到損傷。錨索下設(shè)前檢查鋼絞線的外保護(hù)PE套是否有破損(有破損的進(jìn)行修復(fù))。錨索體應(yīng)一次安裝到位，避免在安裝過程中反復(fù)拖動索體。將注漿管一同與錨索綁扎在一起放入孔內(nèi)，注漿管距孔底50cm，注漿管用黑膠布封閉，錨固段做成花管，孔眼用黑膠布封閉。對外露鋼絞線進(jìn)行臨時防護(hù)。錨索安裝后及時進(jìn)行注漿施工。

錨索下設(shè)到位后，灌漿前在孔口用定位板將每根鋼絞線固定，以保證孔口附近鋼絞線定位，灌漿結(jié)束后去掉定位板。

4.8　錨索注漿

(1)注漿水泥采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；

(2)錨固段水灰比采用0.4∶1純水泥漿液灌注，自由段采用0.45～0.5的水泥砂漿灌注。錨固段水泥漿抗壓強(qiáng)度等級為M35，自由段水泥砂漿抗壓強(qiáng)度等級為M30；

(3)錨索下設(shè)安裝完成后，通過與錨索捆綁在一起的φ20mmPVC灌漿管，用SGB6-10型高壓灌漿泵進(jìn)行內(nèi)錨固段灌漿。灌漿過程中，當(dāng)出漿管排漿比重與灌漿比重相同時進(jìn)行屏漿，屏漿壓力為0.3MPa～0.5MPa，屏漿時間為30min。灌漿結(jié)束后及時清理外露鋼絞線上的水泥漿液，如發(fā)現(xiàn)孔道漿體不飽滿，采取措施進(jìn)行補(bǔ)充灌漿；

(4)對于邊坡錨固區(qū)地質(zhì)條件較差的部位，錨索孔道灌漿極可能出現(xiàn)漿液漏失的情況，要采用間隙灌漿法或反復(fù)屏漿法嚴(yán)格檢測錨孔灌漿狀況，特別是錨固段的灌漿狀況，確保錨孔灌漿飽滿。

4.9　錨墩澆筑

錨墩澆筑與相鄰框格梁的鋼筋搭接澆筑在一起，以保證框格梁與錨墩的完整性，增加強(qiáng)度。錨墩尺寸滿足設(shè)計要求。

施工順序?yàn)榭蚋窳夯炷潦┕?預(yù)留錨墩位置)→錨桿施工→在孔口安裝導(dǎo)向鋼管和錨墊板→制作綁扎結(jié)構(gòu)鋼筋→模板制作安裝→錨墩混凝土澆筑→拆模→養(yǎng)護(hù)。

鋼筋加工好后，結(jié)合錨桿綁扎成鋼筋架，將鋼墊板牢固焊接在鋼筋架上。模板采用木模板現(xiàn)場組裝。上模板預(yù)留進(jìn)料口和觀察排氣孔?；炷翗?biāo)號滿足設(shè)計要求，澆筑過程中采用插入式振動棒進(jìn)行振搗。

為保證錨墩混凝土的澆筑密實(shí)，混凝土采用二次振搗法施工?；炷翝仓戤吅蠹皶r灑水養(yǎng)護(hù)。

4.10　錨索張拉及鎖定

(1)張拉準(zhǔn)備

張拉前必須把張拉機(jī)具、測力裝置及所需附屬機(jī)具準(zhǔn)備齊全，張拉設(shè)備在張拉前必須配套標(biāo)定，機(jī)具標(biāo)定或校驗(yàn)證書必須經(jīng)過驗(yàn)收合格后方可使用。

錨具必須有廠家產(chǎn)品合格證書，并經(jīng)過規(guī)定的試驗(yàn)驗(yàn)收程序方可使用。

(2)張拉機(jī)具

錨索使用配套電動油泵、單根千斤頂及整束張拉千斤頂進(jìn)行張拉。

(3)張拉

①錨固段漿體和錨墩混凝土均達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，才能對錨索進(jìn)行張拉和鎖定，張拉程序如下：

機(jī)具率定→分級理論值計算→錨墩混凝土強(qiáng)度檢查→張拉機(jī)具安裝→單根預(yù)緊整束分級張拉→鎖定→簽證驗(yàn)收。

設(shè)計有應(yīng)力計的錨索孔應(yīng)最先張拉，全程監(jiān)控張拉應(yīng)力，張拉完成后根據(jù)檢測頻率檢測張拉應(yīng)力損失情況并記錄，應(yīng)力損失檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求后進(jìn)行其余孔張拉。

②單根鋼絞線預(yù)緊應(yīng)力為設(shè)計張拉力的20%，每根絞線至少進(jìn)行兩個循環(huán)預(yù)緊，要求兩次預(yù)緊伸長值小于3mm，且每根鋼絞線的伸長值不得小于理論值的10%。否則，進(jìn)入下一循環(huán)繼續(xù)預(yù)緊，直至滿足要求才能進(jìn)入整體張拉。

③張拉控制以拉力為主，輔以伸長值校核，張拉時按設(shè)計要求分五級加載，五個量級張拉需在同時段完成，達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行鎖定，并進(jìn)行及時記錄。

④加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)。張拉時，升荷、卸荷滿足設(shè)計要求。

⑤特殊情況處理：張拉過程中，實(shí)際量測的鋼鉸線的伸長值須與理論計算的伸長值基本相符，當(dāng)實(shí)際量測的伸長值大于理論計算值的10%或小于5%時，暫停張拉，待查明原因并采取相應(yīng)措施，予以調(diào)整后方可恢復(fù)張拉，直至張拉正常為止。

⑥補(bǔ)償張拉：張拉完畢鎖定后，應(yīng)注意檢查應(yīng)力損失，需進(jìn)行補(bǔ)償張拉，其間隔時間不得少于72h，松弛損失一般為鎖定荷載的3%～4%。對于張拉力下降小于設(shè)計值時進(jìn)行一次補(bǔ)償張拉。如果錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力低于設(shè)計張拉力的90%，必須補(bǔ)償張拉。達(dá)到設(shè)計要求的錨固力后，方可封孔灌漿。

4.11　錨頭保護(hù)

自由段灌漿結(jié)束后，預(yù)留50cm～70cm長鋼絞線，多余部分使用砂輪切割機(jī)切除，為了保證后續(xù)應(yīng)力損失后能夠再次進(jìn)行張拉，然后用φ110mm、φ150mm(應(yīng)力計孔)的無縫鋼管作長久防護(hù)套，鋼管套內(nèi)部及鋼絞線上用黃油作防銹處理，鋼管套與錨墊板焊接在一起，錨墊板與鋼套管裸露部分用黑色防銹漆作保護(hù)。

5　結(jié)語

鍋浪蹺廠房一期開挖邊坡結(jié)構(gòu)松散，覆蓋層深厚，表面為崩坡堆積物，失穩(wěn)現(xiàn)象嚴(yán)重，加之地理位置雨水充足容易出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，采用壓力集中型預(yù)應(yīng)力錨索施工張拉加固后取得了較好的效果，錨固應(yīng)力損失小，在設(shè)計張拉力范圍內(nèi)，邊坡穩(wěn)定。

止?jié){環(huán)安裝時使用聚氨酯泡沫劑能夠有效地填充縫隙，止?jié){效果好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、操作簡單、固化快、具有一定的收縮性、有毒有害小，適用于壓力小于1.5MPa的工程中應(yīng)用。

在覆蓋層深厚的地層中使用鋼管套作為外錨頭保護(hù)，能夠在多年后應(yīng)力出現(xiàn)降低時可以再次進(jìn)行張拉，使之保持穩(wěn)固狀態(tài)，減少地質(zhì)蠕變造成質(zhì)量缺陷。