預(yù)應(yīng)力錨索在構(gòu)皮灘水電站邊坡加固中的應(yīng)用

【摘要】水利水電工程建設(shè)中，巖體的開(kāi)挖會(huì)使邊坡產(chǎn)生變形或破壞。因此邊坡穩(wěn)定性在水利水電工程中尤為重要。在大型水利水電施工過(guò)程中，必須對(duì)邊坡采取加固處理。預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)由于可靠度高、經(jīng)驗(yàn)豐富、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，在水利水電建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的工作原理以及施工方法進(jìn)行介紹，并結(jié)合實(shí)際工程對(duì)錨索加固施工技術(shù)總結(jié)，提出自己的一些建議，為以后水利工程建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】水利水電工程；預(yù)應(yīng)力錨索；邊坡加固

隨著我國(guó)對(duì)清潔能源的持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，大型水利水電工程進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)時(shí)期。水利水電工程中邊坡穩(wěn)定性對(duì)于水工結(jié)構(gòu)的安全性具有重要意義。預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)在國(guó)內(nèi)外邊坡支護(hù)加固工程中得到廣泛的應(yīng)用。楊建紅對(duì)小峽水電站中預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)對(duì)邊坡加固的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行有限元分析，研究結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力錨索能增加坡體整體穩(wěn)定性。袁小飛、李晶等人對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果表明施工技術(shù)的可靠性對(duì)于工程質(zhì)量具有重要影響。本文結(jié)合貴州構(gòu)皮灘水電站坡體加固工程，介紹了預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的基本原理以及施工方法，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)邊坡支護(hù)加固施工技術(shù)提出建議，為以后相關(guān)水利工程中邊坡加固支護(hù)提供借鑒。

1、預(yù)應(yīng)力錨索

在水利水電工程建設(shè)中，由于地質(zhì)成因，工程通常會(huì)遇到軟弱基巖處理的難題。軟弱基巖由于結(jié)構(gòu)特性不穩(wěn)定，對(duì)于邊坡的安全穩(wěn)定性存在隱患，因此必須對(duì)此類邊坡進(jìn)行加固支護(hù)，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性?，F(xiàn)有加固方法主要分為錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿、噴射混凝土和各種噴射混凝土的組合、鋼支撐、鎖口圈梁、小導(dǎo)管等。預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)由于經(jīng)濟(jì)效益好、安全可靠度高、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在水利工程邊坡加固支護(hù)中得到廣泛的應(yīng)用。

1.1 預(yù)應(yīng)力錨固原理

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是通過(guò)對(duì)鋼絞線鋼絲等施加預(yù)拉力，使得錨索結(jié)構(gòu)處于較強(qiáng)的受拉狀態(tài)，將錨索嵌入被加固巖體時(shí)拉應(yīng)力主動(dòng)施加于軟巖上，從而提高了巖體的力學(xué)性能，使得巖體穩(wěn)定性得到提高。預(yù)應(yīng)力錨索加固原理如圖1所示。

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)將巖土緊緊綁定起來(lái)，通過(guò)錨索與巖體間力的傳遞，極大的利用了巖體自身的承載性能，提高原來(lái)邊坡的整體穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索主要由錨固段，張拉段和外部錨端構(gòu)成，加固效果主要與錨索的長(zhǎng)度、錨索材料、預(yù)應(yīng)力大小以及巖體介質(zhì)的性能有關(guān)。施工前，先對(duì)錨固巖體的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定錨索加固設(shè)計(jì)中的一些技術(shù)指標(biāo)。

預(yù)應(yīng)力錨索一般有普通拉伸型和雙重保護(hù)拉伸型。普通拉伸型中又分為無(wú)粘結(jié)型和有粘結(jié)性。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索通過(guò)特殊防腐涂層，將鋼材與漿體分離，錨固段通過(guò)漿液與巖體連接起來(lái)。粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索的鋼絞線與漿體結(jié)合在一起形成整體。雙重保護(hù)型預(yù)應(yīng)力錨索是在錨索和孔壁上都施加保護(hù)層。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨固施工

水工結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力錨索施工主要有以下幾個(gè)工段組成：鉆孔施工、孔位聲波測(cè)試、錨固灌漿、錨索設(shè)計(jì)安裝、錨定端頭、錨固監(jiān)測(cè)、封錨等。鉆孔施工中通過(guò)測(cè)量?jī)x器檢測(cè)孔位的位置，保證孔位間距符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。并在施工中詳細(xì)記錄施工過(guò)程。對(duì)于孔位的測(cè)試檢測(cè)一般通過(guò)聲波測(cè)試來(lái)進(jìn)行。錨固監(jiān)測(cè)主要通過(guò)監(jiān)測(cè)儀器對(duì)注漿前后錨索的張拉力進(jìn)行監(jiān)測(cè)使其符合設(shè)計(jì)要求。錨固灌漿一般分兩個(gè)階段，錨固段和自由段灌漿。當(dāng)錨索錨固后應(yīng)立即對(duì)錨固端進(jìn)行灌漿，并控制灌漿漿體的水灰比以及灌漿壓力。灌漿從底部向孔口灌注，通過(guò)檢測(cè)漿液的稠度和濃度控制灌漿進(jìn)度，當(dāng)孔口處的出漿濃度進(jìn)漿濃度相同時(shí)停止灌漿。

2、工程概況

構(gòu)皮灘水電站處于貴州省余慶縣境內(nèi)，是烏江干流開(kāi)發(fā)的重要工程。水電站建設(shè)區(qū)域主要為軟巖地質(zhì)。地質(zhì)構(gòu)造存在層間錯(cuò)動(dòng)、宏觀裂縫以及軟弱巖石，巖體整體穩(wěn)定性差。由于軟巖地質(zhì)強(qiáng)度等級(jí)低，受開(kāi)挖的影響坡體易產(chǎn)生滑坡等災(zāi)害。因此在水電站施工中，應(yīng)該對(duì)開(kāi)挖的坡體進(jìn)行快速加固支護(hù)。構(gòu)皮灘水電站坡體以及洞段開(kāi)挖中支護(hù)只要有初期支護(hù)和二期支護(hù)。以下將對(duì)構(gòu)皮灘水電站支護(hù)工程中的預(yù)應(yīng)力錨索加固施工技術(shù)進(jìn)行介紹。

3、錨索加固施工技術(shù)

施工前根據(jù)水工結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力錨固施工規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得材料相關(guān)性能，提供超張拉或補(bǔ)償張拉依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員校驗(yàn)后開(kāi)始用正式施工。

3.1 工藝流程

對(duì)施工流程如下安排，見(jiàn)圖2。

3.2 施工方法

3.2.1 主要材料

水泥標(biāo)號(hào)選用不低于P.O42.5級(jí)的水泥，主要用于孔道灌漿、鋼筋混凝土錨墩。鉆機(jī)選用MD-50型鉆機(jī)。灌漿設(shè)備采用2SNS型砂漿泵。安裝灌漿記錄儀。張拉機(jī)分別選取YDC240Q、YCW250B、YCW350型千斤頂及其配套機(jī)具對(duì)錨索張拉。

3.2.2 施工

對(duì)原材料及設(shè)備進(jìn)行抽樣檢查，確保施工材料達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)量出鉆空位置。

（1）鉆孔

首先進(jìn)行鉆機(jī)定位，鉆機(jī)定位準(zhǔn)確與否對(duì)于成孔質(zhì)量具有重要影響。開(kāi)鉆前由技術(shù)人員確認(rèn)鉆機(jī)定位的相關(guān)參數(shù)，核對(duì)無(wú)誤后方可進(jìn)行鉆孔。準(zhǔn)確記錄各鉆孔的長(zhǎng)度、返碴情況等數(shù)據(jù)，并對(duì)錨固段始末兩處的巖體進(jìn)行精細(xì)處理。在錨孔形成過(guò)程中應(yīng)調(diào)整鉆機(jī)的支點(diǎn)以減小誤差。新成錨孔進(jìn)行灌漿結(jié)束后， 1～2天后開(kāi)始進(jìn)行聲波掃孔檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)收后，將孔口進(jìn)行封堵防止雜物進(jìn)入。

（2）錨索制作與安裝

① 斷料：對(duì)鋼絞線進(jìn)行抽樣檢測(cè)，合格后方可進(jìn)行斷料。

② 錨索制作：按順序?qū)摻g線編簾，對(duì)進(jìn)漿方向進(jìn)行標(biāo)記。

③ 錨索安裝：對(duì)錨索驗(yàn)收合格后將錨索逐漸放入成形的孔內(nèi)。

（3）錨墩澆筑

錨墩采用混凝土澆筑，并根據(jù)工程要求設(shè)計(jì)配筋。

（4）錨索灌漿

① 粘結(jié)式錨索灌漿：全孔段采用一次灌漿，灌漿壓力0.3～0.4MPa。

② 無(wú)粘結(jié)式錨索灌漿：先進(jìn)行錨固段灌漿；錨索張拉完成，檢測(cè)符合要求后進(jìn)行再次灌漿。

（5）錨索張拉

當(dāng)錨索固定端達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，對(duì)錨索進(jìn)行張拉。張拉過(guò)程分為預(yù)張來(lái)和張拉。張拉過(guò)程連續(xù)、勻速進(jìn)行。張拉進(jìn)行中，對(duì)錨索的力學(xué)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。錨索的預(yù)拉力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，進(jìn)行10～20min的持續(xù)穩(wěn)定張拉，通過(guò)錨片和錨具進(jìn)行鎖定。

（6）封孔回填灌漿

對(duì)錨索進(jìn)行補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉結(jié)束20天后對(duì)錨索進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可進(jìn)行回填灌漿封孔。在漿液凝固前采取補(bǔ)漿措施，其壓力不小于0.4Mpa。

（7）錨頭保護(hù)

灌漿結(jié)束后對(duì)錨索進(jìn)行裁剪，錨具外鋼絞預(yù)留長(zhǎng)度滿足規(guī)范規(guī)定，并采取相關(guān)措施對(duì)外部固定端防護(hù)處理。

4、結(jié)語(yǔ)

水利水電工程中，坡體的穩(wěn)定性對(duì)工作整體安全性具有重要意義。施工中采用預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)，可以對(duì)不穩(wěn)定巖體進(jìn)行加固，保證坡體的穩(wěn)定性。隨著預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的應(yīng)用推廣以及科研學(xué)者們的深入研究，新施工工藝逐漸在水利工程中得到很好的應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力錨索工程是隱蔽性工程，在施工前后都應(yīng)該有科學(xué)的施工管理方案，以保證工程質(zhì)量。對(duì)于錨索加固技術(shù)，引入BIM技術(shù)管理方法對(duì)于施工進(jìn)度以及施工精度有很大的提升。工程技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)施工管理方法，并采用新科學(xué)的技術(shù)手段對(duì)以后施工管理進(jìn)行指導(dǎo)，以取得最優(yōu)化的管理方案。

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作者簡(jiǎn)介：張鄧剛，（1983-）男、水利水電施工與管理工程師，曾供職與中國(guó)水利水電第八工程局，長(zhǎng)期從事施工管理工作，對(duì)項(xiàng)目有較為深刻的了解。