淺談高邊坡無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

1.1 施工條件

白鶴灘水電站泄洪洞出口邊坡位于金沙江峽谷左岸，邊坡上下游側(cè)各有一條天然沖溝。出口邊坡開挖范圍順?biāo)鞣较蜷L320m，高程867.00m～645.00m，開挖高差達(dá)222m，開挖坡比為1∶0.25～1∶1.0，每20m布置1級馬道共布置10級馬道，馬道寬度2m～9m。

1.2 地質(zhì)條件

泄洪洞出口邊坡巖體主要為Ⅲ2、Ⅳ類，巖石屬于二疊系峨眉山組P2β1～P2β2層玄武巖，其中P2β1為玄武質(zhì)碎屑砂巖、含灰?guī)r角礫玄武巖、斜斑玄武巖、灰?guī)r透鏡體、隱晶質(zhì)玄武巖及含灰?guī)r集塊玄武巖；P2β2為隱晶質(zhì)玄武巖、柱狀節(jié)理玄武巖、斜斑玄武巖、角礫熔巖等。邊坡弱風(fēng)化上段下限水平埋深8m～38m；弱風(fēng)化下段下限水平埋深54m～110m。強(qiáng)卸荷水平埋深4m～54m，弱卸荷水平埋深51m～107m。斷層較發(fā)育，以陡傾角為主，平均發(fā)育密度0.5條/10m。斷層以角礫化構(gòu)造巖為主，局部夾斷層泥及方解石細(xì)脈，少量節(jié)理化構(gòu)造巖，局部發(fā)育方解石細(xì)脈。

1.3 錨索參數(shù)

泄洪洞出口邊坡支護(hù)采取“預(yù)應(yīng)力錨索+系統(tǒng)錨桿+馬道鎖口錨筋樁+掛網(wǎng)噴混凝土+坡面系統(tǒng)排水”的組合措施。其中預(yù)應(yīng)力錨索共布置1312束，每20m臺階布置3～4排，矩形布置，間排距4m×4m，俯角10°，長度為30m/40m。設(shè)計(jì)型式為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，根據(jù)不同地質(zhì)狀況設(shè)計(jì)噸位1000kN～2000kN，張拉鎖定荷載為950kN～2100kN。

2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

2.1 施工準(zhǔn)備

(1)根據(jù)不同施工工序選擇不同工種，有針對性地開展專項(xiàng)質(zhì)量培訓(xùn)，其中對鉆工、制漿人員、編索人員固定。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)孔徑、圍巖類型、錨索長度選擇相適應(yīng)的錨索鉆機(jī)，出口邊坡使用哈邁90型錨索鉆機(jī)。

(3)按照規(guī)范要求搭設(shè)水泥堆放平臺，建立集中制漿站，便于漿液質(zhì)量的控制和水泥等材料核驗(yàn)，同時(shí)在集中制漿站安裝灌漿記錄儀，對灌漿的壓力、密度、流量均能夠記錄和有效地控制管理。

2.2 造孔

2.2.1 測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙布置錨索布置圖，對不同型號的錨索采用不同符號的標(biāo)識。測量人員根據(jù)布置圖進(jìn)行錨索的測量放樣，并采用不同的符號進(jìn)行標(biāo)識，保證錨索位置、類型的準(zhǔn)確。

2.2.2 造孔

出口邊坡每級馬道為一爆破梯段，開挖完成后迅速運(yùn)輸渣料，利用馬道寬度形成支護(hù)作業(yè)平臺。支護(hù)作業(yè)采用腳手架搭設(shè)鉆孔平臺，鉆機(jī)架設(shè)固定后采用坡度尺對鉆桿角度進(jìn)行校核，開孔鉆進(jìn)要采用低轉(zhuǎn)速、低壓推進(jìn)，確保開孔偏差不大于10cm，當(dāng)造孔孔深分別達(dá)到0.5m、1m、2m處時(shí)，及時(shí)對鉆孔角度進(jìn)行校核，后續(xù)鉆孔每鉆進(jìn)5m對孔斜復(fù)核一次，終孔深度需大于設(shè)計(jì)孔深0.4m，終孔孔斜應(yīng)控制在孔深的2%以內(nèi)。造孔過程中采用高壓水霧化除塵，減少粉塵污染。

造孔過程中，鉆工要嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，做到均勻沖擊、旋轉(zhuǎn)，每次換接鉆桿前均需緩慢倒桿，往返吹洗孔道，以便充分吹排粉渣，避免卡鉆，同時(shí)根據(jù)返渣、返風(fēng)及卡鉆的情況仔細(xì)做好造孔記錄，判斷孔道周邊巖層地質(zhì)情況，做好不良地質(zhì)的預(yù)判和處理。

正常終孔后，采用高壓風(fēng)、水對孔道進(jìn)行吹洗，孔內(nèi)殘留物不超過10cm，并使用探孔器進(jìn)行終孔驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，采用編織袋對孔口進(jìn)行保護(hù)。

2.2.3 特殊情況處理

鉆孔過程中若遇到卡鉆、造孔困難的情況時(shí)，可根據(jù)孔口返渣、返風(fēng)的情況做出判斷。如果返出的鉆渣顆粒較大，則可以判斷卡鉆位置為夾層、斷層、破碎帶，如果孔口返風(fēng)量無返渣，則說明卡鉆位置巖層存在較大裂隙。針對出現(xiàn)的上述情況，采用全孔灌注水泥砂漿固壁、水泥球固壁等措施。上述處理無法滿足要求時(shí)，采用跟管法造孔。

錨索錨固段須位于穩(wěn)定的基巖中，若孔深達(dá)到設(shè)計(jì)施工圖紙深度但仍處于破碎帶或斷層等軟弱巖層時(shí)，應(yīng)采取延長孔深，繼續(xù)鉆進(jìn)的措施。

2.3 錨索編制

2.3.1 編索平臺

利用每級馬道采用φ48的架管及木板搭設(shè)編索平臺，編索平臺的寬度不小于1.5m，離地高度60cm以便于操作。編索平臺應(yīng)做好不同長度錨索的標(biāo)識，應(yīng)做好防雨防積水措施，未施工作業(yè)時(shí)，采用彩條布對編索平臺進(jìn)行覆蓋，防止索體污染。

2.3.2 編索

根據(jù)錨索的設(shè)計(jì)孔深計(jì)算下料長度，實(shí)際下料長度=設(shè)計(jì)孔深+錨墩厚度+1.5m為宜。鋼絞線采用手持式切割機(jī)切割，嚴(yán)禁使用電弧焊或乙炔切割。出口邊坡大多為無粘結(jié)錨索，編索的關(guān)鍵工序?yàn)殄^固段的除油，首先按照設(shè)計(jì)圖要求的錨固段長度采用皮尺測量并標(biāo)識，然后將鋼絞線外表PE套剝離，將單股鋼絞線拆散后采用鋸末揉搓，待油脂基本除去后再用棉紗反復(fù)擦拭不少于5遍，直至每根鋼絲表面潔凈光亮無油污，然后合編成股。除油完成后安裝隔離支架，錨固段隔離架間距為1.0m，張拉段間距為2.0m，安裝隔離支架時(shí)孔位對正可集中安放，然后再調(diào)整間距，最后安裝進(jìn)、回漿管，并進(jìn)行區(qū)分標(biāo)識。構(gòu)配件安裝完成后采用黑鐵絲捆綁牢固形成棗核狀。

2.3.3 導(dǎo)向帽安裝

編索后在錨固端端頭安裝導(dǎo)向帽，導(dǎo)向帽采用鋼管直徑大于編索直徑即可，一端做成尖口狀便于下索安裝。導(dǎo)向帽內(nèi)需填充預(yù)縮砂漿或錨固劑，將鋼絞線與導(dǎo)向帽形成整體，進(jìn)漿管要伸出導(dǎo)向帽15cm。

2.4 穿索安裝

出口邊坡高差大，作業(yè)面狹窄，下索前需合理地規(guī)劃索體運(yùn)輸通道。邊坡錨索只能人工運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中確保通道安全通暢，人員數(shù)量根據(jù)索體重量一般每2m安排1人。需要設(shè)置吊點(diǎn)的間距不宜大于2.0m，索體彎曲半徑不宜小于3.0m，以防使錨索結(jié)構(gòu)受到損傷。垂直運(yùn)輸時(shí)，其間距不宜大于3.0m，入孔前除主吊點(diǎn)外，其余吊點(diǎn)能快速、安全脫鉤。下索過程中孔口采用土工布防護(hù)，防止與巖體摩擦，以免損傷PE套，穿入孔內(nèi)的錨索不得扭曲。索體安裝到位后，采用高壓風(fēng)吹進(jìn)、回漿管路，確保通暢。

2.5 封孔

錨索安裝到位后及時(shí)進(jìn)行封孔封錨，封錨材料為錨固劑。孔口段需安設(shè)一根φ20PVC管入孔2m，作為孔道灌漿時(shí)的排氣管。另外，為防止索體之間漏漿，需采用棉紗將每股鋼絞線之間的空隙填塞緊密，然后再用錨固劑包裹封閉。最后孔口整體封堵防止漏漿。

2.6 錨索灌漿

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索采用M735水泥凈漿全孔一次灌注，灌漿方式為純壓式。漿液采用高速攪拌機(jī)拌制，采用灌漿自動(dòng)記錄儀對灌漿量、漿液比重、流量、灌漿壓力等數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示可以實(shí)現(xiàn)對灌漿過程的全控制。漿液水灰比宜為0.38～0.45，為保證加水量的準(zhǔn)確，制做定量水箱加水。灌漿壓力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，一般為0.3MPa～0.5MPa，注漿過程中應(yīng)隨時(shí)觀察回漿管的排水、排漿情況，當(dāng)排液比重與灌漿比重相同時(shí)，方可進(jìn)行屏漿，屏漿壓力0.5MPa，屏漿時(shí)間20min～30min。

2.7 錨墩施工

錨墩外形尺寸、混凝土強(qiáng)度等級、錨墊板、導(dǎo)向鋼管、承壓鋼筋配置等均按設(shè)計(jì)圖紙要求施工。錨墊板孔徑應(yīng)與工作板相匹配，錨墊板與導(dǎo)向鋼管正交，孔口導(dǎo)向鋼管、錨墊板和錨墩的承力面與錨孔軸線應(yīng)保持垂直，其誤差不超過0.5°。錨墩鋼筋網(wǎng)、模板安裝完成后在導(dǎo)向鋼管表面鉆孔，插入兩根φ20PVC管(一根進(jìn)漿，一根回漿)引出錨墩以外，作為后續(xù)錨墩段回填灌漿的預(yù)埋管。錨墩采用現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土，混凝土嚴(yán)格按照配合比現(xiàn)場拌制，采用手持式φ30振搗棒充分振搗密實(shí)。

2.8 錨索張拉

2.8.1 張拉前準(zhǔn)備

(1)張拉設(shè)備的率定：錨桿張拉設(shè)備選擇與設(shè)計(jì)噸位相匹配的設(shè)備，張拉設(shè)備和儀表均應(yīng)進(jìn)行率定，且率定間隔期不得超過6個(gè)月。

(2)錨索漿液達(dá)到7d齡期，漿液強(qiáng)度、錨墩混凝土的強(qiáng)度均達(dá)到張拉強(qiáng)度要求。

2.8.2 張拉

出口邊坡錨索張拉分單股預(yù)緊和整束分級張拉兩個(gè)階段。預(yù)緊張拉力為0.2P(P為設(shè)計(jì)控制應(yīng)力)，使每股預(yù)應(yīng)力筋受力均勻后，再進(jìn)行整束張拉。整束張拉共分五個(gè)量級進(jìn)行，即張拉力為0.25P、0.5P、0.75P、0.95P、1.1P。分級張拉持荷時(shí)間前四級均為5min，第五級張拉完成后穩(wěn)壓時(shí)間為30min。張拉加載和卸載應(yīng)緩慢平穩(wěn)，加載速率每分鐘不應(yīng)超過0.1P，卸載速率每分鐘不應(yīng)超過0.2P。錨索張拉結(jié)束鎖定后，夾片錯(cuò)牙不大于2mm，否則應(yīng)退錨重新張拉。張拉施工采用以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法，當(dāng)張拉實(shí)測伸長值與理論伸長值偏差超出(﹢10%，-5%)時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢查，待查明原因并采取相應(yīng)措施后，方可恢復(fù)張拉。另外張拉操作時(shí)應(yīng)專人負(fù)責(zé)，千斤頂受力方向危險(xiǎn)區(qū)不得有人穿行、停留。

2.8.3 補(bǔ)償張拉

錨索張拉完畢后48h內(nèi)，若錨索鎖定力低于設(shè)計(jì)張拉力的10%或低于設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉，且補(bǔ)償張拉不應(yīng)超過2次。

2.9 回填灌漿及錨頭保護(hù)

封孔回填灌漿在補(bǔ)償張拉后3d內(nèi)進(jìn)行，封孔回填灌漿材料與錨固段灌漿材料相同，灌漿壓力不小于0.8MPa，必須自下而上連續(xù)進(jìn)行，進(jìn)回漿管密度一致時(shí)進(jìn)行屏漿。

灌漿完成后錨具外的鋼絞線除留存15cm外，其余部分應(yīng)切除。錨頭采用填滿黃油的鋼護(hù)罩保護(hù)，將鋼護(hù)罩與承載板接牢固。最后對外錨頭采用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識，達(dá)到醒目和良好區(qū)分的效果。

3 結(jié)語

目前白鶴灘水電站泄洪洞出口邊坡已施工完成錨索1200多束。施工過程中，錨索開孔偏差，張拉合格率100%，48h錨索應(yīng)力損失合格率100%，圍巖變形滿足要求。上述施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)既有很強(qiáng)的可操作性，又可以在保障施工質(zhì)量安全的情況下促進(jìn)施工進(jìn)度，節(jié)約工程成本。因此，可以在其它更多復(fù)雜地質(zhì)條件高陡邊坡支護(hù)工程中得以應(yīng)用。