預應力錨索在大崗山水電工程邊坡治理中的應用

陳寶勝

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510610）

水利邊坡工程施工，需要保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，同時要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，特別是在邊坡施工作業(yè)過程中，更要關注預應力錨索的實際應用。重視對預應力錨索在水利工程邊坡治理中的應用的研究，是保障邊坡工程穩(wěn)固的重要舉措[1]。

1 工程概況

大崗山水電站在建設完成后，能夠進行防洪、發(fā)電和供水。本工程所呈現(xiàn)出的主要問題是在工程大壩山體邊坡處，存在嚴重的山體滑坡這一安全隱患。對本工程的地質(zhì)條件進行勘察和分析可知，該工程左岸邊坡的巖石構(gòu)成為泥盆系中厚層-厚層砂巖，分布時更傾向于下游分布，且有向左岸偏移的趨勢。對邊坡進行進一步開挖與研究可知，其邊坡的荷載裂縫的發(fā)育已經(jīng)較為成熟，且具有較大的張開度和大規(guī)模的洞隙，當遭遇降雨天氣或邊坡底部施工時，邊坡的穩(wěn)定性會受到很大影響，并出現(xiàn)裂縫或滑塌等問題[2]。積極采取措施對上述病害加以控制，其中主要采取的是對邊坡進行錨索施工加固的方式，具體采取的加固形式為預應力錨索板墻，具體見圖1。

圖1 某邊坡處理工程截面圖

2 預應力錨索設計

在采取預應力錨索技術進行施工時，需要做好施工設計，在大崗山水電站中，需要對預應力錨索板墻的加固作用進行具體的計算。計算之前，充分了解工程地質(zhì)條件，對板墻進行截面尺寸、錨固段長度、錨索位置和初始預應力的初步擬定。采取科學的計算模式計算出滑動面彎矩、剪力、轉(zhuǎn)角和撓度，并對錨索拉力值進行計算，主要應用的原理是位移變形協(xié)調(diào)原理。同時，計算樁頂位移，以保障能夠?qū)俄斘灰七M行嚴格的控制。典型的預應力錨索結(jié)構(gòu)在水利工程邊坡中應用的計算要點包括兩方面[3]。

2.1 物理力學參數(shù)

了解工程的勘察結(jié)果，并選取合理的土層厚度和產(chǎn)狀，對這兩個物理參數(shù)進行室內(nèi)試驗和進一步的分析。

2.2 土壓力結(jié)構(gòu)計算

土壓力計算要依托于庫倫土壓力進行計算，而同時也要采用傳遞系數(shù)法對滑坡推力進行分析，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整預應力錨索結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)度，具體見圖2。

圖2 預應力錨索變形協(xié)調(diào)示意圖

在計算內(nèi)力和配筋時，按照預應力錨索變形協(xié)調(diào)示意圖可知，需要采用分項系數(shù)法，計算出承載力的極限值。在進行計算時，要將混凝土結(jié)構(gòu)當做標準，確保其他結(jié)構(gòu)的計算也符合工程設計規(guī)范要求。

2.3 錨桿計算

主要應計算的參數(shù)包括錨桿的鋼絞線的截面面積、錨桿強度、砂漿與鋼絞線之間的粘聚力。在得出各項數(shù)值后，選取最小值進行深入的分析，考慮到鋼絞線一般較大，因此在確定其余錨桿設計軸向拉力的比值時，將其設定為抗拔安全系數(shù)即可。

3 預應力錨索施工

3.1 施工準備

施工前必須做好數(shù)據(jù)的測量放樣，通過使用標準的測量儀器對錨孔孔位施行定位，并準確標記。由于施工環(huán)境較為復雜，如需孔位調(diào)整，必須得到設計方許可方能實行調(diào)整。鉆孔前，須提前搭建施工作業(yè)的排架，經(jīng)相關部門安全檢查合格，且符合安全承重標準后再進行施工作業(yè)。

3.2 鉆孔施工

錨索孔位必須結(jié)合設計的圖紙的數(shù)據(jù)進行測放，并根據(jù)實際的施工現(xiàn)場地形對于局部設計進行調(diào)整。必須重視把現(xiàn)場所測放的錨索位置使用紅油漆進行標記，并在錨索孔開孔之前把方位角測放出來，且需要保證錨索的俯角、方位角以及孔位等數(shù)據(jù)的精準，在質(zhì)檢人員檢驗符合標準以后，才可以實施開鉆工作。孔位的坐標誤差不可以超過10 cm，鉆進過程中，必須不斷對孔斜進行調(diào)整、測量，確保終孔的孔軸誤差不大于孔深度的3%，方位角不大于2°。由于邊坡地質(zhì)條件相對復雜，在成孔過程中，容易發(fā)生卡鉆或者掉塊等狀況，在一定程度上提高了成孔的難度。因此，鉆孔時應該使用鋼套管實施鉆進工作，套管護壁方式則選擇單偏心擴孔和管護壁的方式。需要注意的是，鋼管的直徑必須根據(jù)錨索的設計孔徑來選擇。在鉆進的過程中必須對該工程的地質(zhì)狀況進行詳細記錄，以便后期對錨固灌漿進行科學把控。

3.3 錨索安裝

在完成清孔工作后，安裝錨索前必須二次檢查鉆孔質(zhì)量，清除塌孔以及掉塊的風險。此外，對于錨索的結(jié)構(gòu)也必須進行認真的檢查，及時的修復損壞的防護層。如需使用預先設制的錨固段，需要減少錨索安裝過程中自由端和錨固端產(chǎn)生彎曲的可能性，避免注漿液體的斷裂與分離。在進行錨索推送過程中，必須保證錨索不發(fā)生轉(zhuǎn)動，使推送受力達到一致，以免傷害錨索的防護層。若遇到推送困難的情況，可以拔出錨索并進行檢驗。經(jīng)檢驗符合標準后再進行錨索安裝，安裝之前必須仔細檢驗注漿管，以保障穿索和注漿工作的順利開展。

3.4 錨索張拉

在進行錨索分級張拉時，必須認真測量實際的伸長值，再與預計伸長數(shù)值進行對比分析。重點關注張拉鎖定以后的夾片，其錯牙的范圍不可以超過2 mm。在實際張拉時，需要全程按照預先設計的張拉力標準施行控制，真實的伸長值只需要進行記錄，不需要放入到控制性的工程項目中。在錨索安裝完畢之后，如果發(fā)生應力降低的狀況則需要補償張拉，但是重復張拉的次數(shù)不可以超過兩次。

3.5 封錨

在完成預應力束張拉后，必須及時進行封錨處理，封錨時外露的部分不得小于20 cm，且混凝土的強度要高于錨墩混凝土的強度。為降低由于預應力的損耗影響加固的效果，該工程使用了可調(diào)式錨索，也就是使用黃油代替混凝土進行封錨工作，再外加鐵皮進行進一步的防護工作。

4 預應力損失質(zhì)量檢驗

就預應力材料本身特性而言，難免導致預應力損失，再加上工程邊坡會出現(xiàn)病害，也會影響預應力的存留，因此在預應力錨索施工完成之后，需要對其進行預應力損失質(zhì)量檢驗。在進行預應力損失質(zhì)量檢驗時，選擇的預應力錨索要多于5%，并按照設計荷載的1.5 倍確定荷載值，并按照設計要求進行張拉過程控制和參數(shù)取值控制。在檢驗過程中要借助預應力錨索索力監(jiān)測傳感器，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行搜集和分析可得出錨索應力損失和時間之間的關系，具體見圖3。

圖3 錨索預應力損失時間變化曲線

參照圖3 中的參數(shù)變化，可以對預應力的損失階段進行分析，主要分為兩個階段。

4.1 張拉鎖定階段

在該階段，錨索預應力的損失呈現(xiàn)出短時間和損失量大的特征，以總預應力為基數(shù)，該階段損失的百分比為15%～20%。

4.2 錨索服役階段

在該階段，錨索預應力的損失呈現(xiàn)出和時間增長之間的正相關性，且損失量相對較小，占比為3%～5%。且對圖3 進行深入分析可知，錨索預應力的變化具有較大的波動性，波動較大的時間段為每年10 月份至次年6 月份，分析原因可知，是氣候、環(huán)境和溫度的共同作用導致的。而再進一步分析可知，預應力雖然一直處于損失的狀態(tài)之中，但是其相對增長量是呈現(xiàn)下降趨勢的，因而可以證明將預應力錨索應用在水利工程邊坡施工中，能夠起到相對較好的加固作用。

5 結(jié)語

預應力錨索施工技術在邊坡治理過程中的應用較為廣泛，在使用預應力錨索施工技術時，必須在做好充分的施工準備的前提下開展后續(xù)作業(yè)，包括鉆孔、錨索安裝、錨索張拉和封錨等，確保通過預應力錨索施工來加強邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。