黃金峽水利樞紐左岸高邊坡采用的預應力錨索施工技術(shù)

張 建 剛， 唐 小 保， 陳 貝

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

黃金峽水利樞紐位于陜西南部漢中盆地以東洋縣境內(nèi)的漢江干流上游峽谷段，為引漢濟渭工程的主要水源之一，也是漢江上游干流河段規(guī)劃中的第一個開發(fā)梯級，壩址下游55 km處為石泉水電站。該工程的建設(shè)任務(wù)以供水為主，兼顧發(fā)電，改善水運條件。左岸邊坡高239 m，每隔15 m設(shè)置一級馬道，共16級馬道，馬道寬度為3 m，邊坡坡比為1∶1.2～1∶0.7。邊坡支護形式為系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴C20混凝土+預應力錨索+鋼筋混凝土格構(gòu)梁及鋼筋混凝土面板等，在開挖范圍外5 m處設(shè)置RX-050型柔性被動防護網(wǎng)和混凝土截水溝。

左岸壩肩自然邊坡地形坡度為37°～39°，大部分基巖裸露，局部覆蓋少量殘坡積碎石土。邊坡基巖為閃長巖，強風化帶厚5～34 m，弱風化上帶厚5～23 m；弱風化下帶臨近坡腳部位厚5～22 m；弱風化下帶以下為微新巖體；開挖揭示邊坡巖體破碎，基巖裂隙發(fā)育，斷層縱橫交錯切割，規(guī)模較大且有不利結(jié)構(gòu)塊體存在。項目部經(jīng)研究后決定采用預應力錨索予以加固。

高邊坡錨索設(shè)計為1 000 kN級和1 500 kN級無黏結(jié)預應力錨索，其中1 000 kN級無黏結(jié)預應力錨索共655根，由7根無黏結(jié)鋼絞線組成，均勻分布在隔離架圓環(huán)上，隔離架中空，設(shè)直徑為25 mm的灌漿管，內(nèi)錨固段長度為8 m，入弱風化巖體，需將鋼絞線外側(cè)PE管剝掉洗干凈油脂。內(nèi)錨固段以外的鋼絞線帶PE管，規(guī)格為直徑18.2 mm，在鋼絞線外側(cè)設(shè)有HDPE單壁雙波紋管，最外側(cè)為對中支架。錨索下傾100布置，鉆孔孔徑為150 mm，錨墩混凝土為C35(7 d)，錨墩二期封錨混凝土為C25(28 d)，超載鎖定值為1 100 kN。1 500 kN級無黏結(jié)預應力錨索共22束，其與1 000 kN級的區(qū)別主要為鉆孔孔徑為165 mm，鋼絞線為11根(隔離支架內(nèi)側(cè)4根，外側(cè)7根)，超載鎖定值為1 650 kN。

2 主要工程材料

2.1 錨索體材料

預應力錨索系從國內(nèi)品質(zhì)優(yōu)良、信譽好的大廠家購買，鋼絞線出廠應有出廠合格證，對進場的鋼絞線要進行直徑檢查和外觀檢查。對于銹蝕、缺損及化學污染者不能使用。鋼絞線存放應采取嚴格的防銹蝕及防化學污染措施。外錨頭的鋼墊板、錨板、夾片等材料的綜合性能應符合國家關(guān)于鋼材質(zhì)量的有關(guān)規(guī)定，各種部件材質(zhì)的力學強度應達到鋼材極限抗拉強度的95%以上，預應力錨具的性能和質(zhì)量應符合《預應力筋用錨具、夾具和連機器》GB/T 14370-2007等標準中的有關(guān)規(guī)定。

2.2 水泥及外加劑

灌漿用的水泥采用52.5級“堯柏”牌普通硅酸鹽水泥，外加劑采用HT-HPC聚羧酸高性能減水劑，進場水泥和外加劑均應有出廠產(chǎn)品合格證，進場后按照規(guī)范要求進行試驗檢測，嚴禁將不合格的材料用于該工程。

3 預應力錨索施工技術(shù)的控制要點

3.1 工藝流程

錨索施工工藝流程見圖1。

圖1 錨索施工工藝流程圖

3.2 施工前的坡面清理

由于邊坡巖體破碎，開挖后坡面殘留松動的塊體。因此，在錨索施工之前需進行人工撬除，然后再進行坡面聯(lián)合驗收。對于開挖之后坡面為松散體的部位，除了清理松散體之外，應先噴一層混凝土進行封閉后再進行錨索施工。

3.3 腳手架

錨索施工腳手架按承重排架搭設(shè)，施工之前，需要編制腳手架專項安全施工方案，經(jīng)總監(jiān)理工程師審批后嚴格按照方案中計算的各項參數(shù)進行搭設(shè)，連墻件必須牢固可靠，剪刀撐、掃地桿、爬梯、安全網(wǎng)、走道板必須按要求設(shè)置，搭設(shè)完成后經(jīng)驗收合格后方準許上架作業(yè)。

3.4 錨孔的測量定位

在錨索造孔前，由專業(yè)測量人員按照設(shè)計要求的間排距在坡面放出錨索孔位置，孔位偏差不超過±50 mm。

3.5 鉆機的架設(shè)及造孔

錨索造孔采用YG-60型工程鉆機，鉆進深度可達60～70 m，鉆孔直徑范圍為110～180 mm，鉆孔傾角為0°～90°。

造孔時嚴格按照測量放的錨索孔點位調(diào)整好傾角和方位角，準確安裝并固定鉆機，經(jīng)技術(shù)人員檢查準確無誤后方可開鉆。孔位允許偏差不大于10 cm，鉆進過程中及時糾偏并測量孔斜，終孔孔軸方向和傾角允許偏差為±3°；孔深不允許欠深，超深不能大于20 cm，端頭錨固孔的孔斜誤差不能大于孔深的2%，鉆孔孔徑為150 mm和165 mm兩種。鉆孔過程中，每鉆進2 m做好巖粉取樣和鉆孔記錄，以便較準確地判斷內(nèi)錨固段巖石的情況，內(nèi)錨固段的質(zhì)量對錨索的成敗至關(guān)重要，鉆至設(shè)計深度時，如內(nèi)錨固段符合設(shè)計要求的巖體長度不滿足設(shè)計要求長度時需及時提出來，經(jīng)設(shè)計單位確認后增加孔深，以保證有效的內(nèi)錨固段深度。

對于造孔過程中發(fā)生的塌孔、卡鉆、多次掃孔仍不能成孔的問題，采用跟管法跟進造孔施工予以妥善解決；對于造孔過程中發(fā)現(xiàn)的空腔情況，采用濃水泥砂漿灌漿后再次進行造孔施工后達到了設(shè)計要求。

3.6 錨索制作

錨索制作設(shè)置專門的加工場地，布置在所施工邊坡馬道的上游端頭平臺，搭設(shè)彩鋼棚遮陽和防雨。錨索制作有以下幾道工序：(1)鋼絞線下料：鋼絞線切割采用砂輪切割機，要求切口整齊、無散頭，鋼絞線在全長范圍內(nèi)不允許有接頭或連接器。(2)內(nèi)錨固段去皮洗油：內(nèi)錨固段鋼絞線按設(shè)計錨固段長度8 m洗油，首先松開鋼絞線，用鋸末逐根裹掉油污，然后用棉紗反復擦干凈。(3)編制錨索體：將灌漿管、內(nèi)圈鋼絞線、外圈鋼絞線捆扎成一束。

3.7 錨索的運輸及安裝

錨索從制作平臺由人工搬運至安裝部位。錨索造孔完成后應及時進行錨索的安裝，避免產(chǎn)生塌孔和孔內(nèi)污染。錨索安裝前，再次用高壓風對孔進行清理，避免留存巖體殘渣而影響到正常下錨和錨孔質(zhì)量。在安裝過程中，防止彎折、扭轉(zhuǎn)并不能損壞隔離架、波紋管、注漿管及其他附件。入孔時不能過多地來回抽動錨索體，穿索時不能損壞錨索結(jié)構(gòu)，否則應予以更換，該錨索報廢。

3.8 錨索灌漿

錨索孔的灌漿水泥按照設(shè)計要求采用52.5級“堯柏”牌普通硅酸鹽水泥，水泥漿標號為M35(7 d)，灌漿采用水泥濃漿灌注，水泥漿水灰比為0.35～0.4∶1，不含硫化物及氯化物等對鋼絞線有害的物質(zhì)，配合比及外加劑摻量通過試驗確定。灌漿時由灌漿管進漿，在排氣管上安裝壓力表，采用有壓循環(huán)灌漿法。開始灌漿時，敞開排氣管以排出氣體、水和稀漿，回濃漿時逐步關(guān)閉排氣閥，使回漿壓力達到0.2～0.3 MPa；吸漿率小于0.4 L/min時，屏漿30 min，即可結(jié)束灌漿。

3.9 格構(gòu)梁及錨墩施工

灌漿完成后，先進行鋼筋混凝土格構(gòu)梁施工，再進行錨墩施工?；炷敛捎?0 m3混凝土攪拌罐車從布置在壩肩上游的柳樹溝拌和站接料后運至施工部位的上一級馬道上游端，然后通過溜筒和人工推膠輪車并結(jié)合0.03 m3膠桶裝混凝土運輸至倉號澆筑。

3.10 錨索張拉

錨墩混凝土澆筑達到設(shè)計齡期且灌漿漿材達到規(guī)定強度后進行錨索張拉施工，張拉前要計算每根錨索的理論伸長值。為保證張拉控制力的準確性，張拉設(shè)備如千斤頂、油管、壓力表等要提前進行率定，以確保張拉值的準確性。

(1)張拉器具及安裝。張拉器具：ZB4/500S型電動油泵，YCW200D-200型千斤頂，OVM15系列錨具及限位板。

(2)張拉條件的準備。錨索張拉在錨墩混凝土澆筑達到設(shè)計齡期后經(jīng)監(jiān)理工程師同意后進行。

(3)單根張拉分級。為保證組成錨索的每一根鋼絞線受力均勻，張拉時先對單根鋼絞線進行預緊，預緊張拉力為30 kN，再進行整束張拉。張拉時按照以下拉力分級進行并做好準確記錄：

1 000 kN張拉力分級為：逐根預緊→500 kN→750 kN→1 000 kN→1 100 kN(超載鎖定)；

1 500 kN張拉力分級為：逐根預緊→750 kN→1 200 kN→1 500 kN→1 650 kN(超載鎖定)。

(4)張拉操作注意事項。

①在進行初張拉時，在鋼絞線上劃線作為測量鋼絞線伸長量的標志點，并檢查鋼絞線有無滑絲現(xiàn)象。

②張拉過程中，升荷速率每分鐘不超過設(shè)計應力的10%.當達到每一級控制力后穩(wěn)壓5 min即可進行下一級張拉，達到最后一級張拉控制力后，穩(wěn)壓10 min即可鎖定。錨索在鎖定后48 h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預應力損失大于設(shè)計張拉值的10%時，應進行補償張拉。

③張拉時，千斤頂后面不能站人或從后面穿過，以防萬一。張拉時如果錨頭處出現(xiàn)滑絲、斷絲或錨具損壞，應立即停止操作并進行檢查，同時做好詳細記錄。

(5)在張拉結(jié)束7 d后，根據(jù)錨索張拉力監(jiān)測結(jié)果決定是否需要補償張拉，補償張拉過程同前述分級的最后一級荷載張拉。

3.11 封 錨

錨索張拉鎖定完畢，卸下工具錨及千斤頂后從工作錨具外端量起，封錨時錨板外鋼絞線的預留長度為5～10 cm，其余部分用砂輪切割機截去，最后澆筑二期混凝土封錨保護。澆筑前將錨具、鋼絞線外露頭、鋼墊板表面進行清理并涂刷一層環(huán)氧基液。

4 結(jié) 語

錨索在水利工程邊坡加固施工中得到了廣泛應用，錨索作為深層加固技術(shù)措施，主要應用于邊坡已經(jīng)出現(xiàn)變形或?qū)吰伦冃我髧栏竦牟课弧ｅ^索的一端錨固在變形面、松散及破碎巖體以內(nèi)的穩(wěn)定巖體中，另一端通過錨墩固定于坡面上，筆者在文中提到的黃金峽水利樞紐左岸高邊坡由于為強風化閃長巖且其覆蓋層較厚，表面松散、破碎且存在不穩(wěn)定塊體，遂采用了1 000 kN和1 500 kN級無黏結(jié)預應力錨索深層加固施工技術(shù)，并在錨索外側(cè)加設(shè)了混凝土格構(gòu)梁及面板，從根本上改善了巖體的力學性能，有效地控制了巖體的變形，提高了邊坡的整體性和穩(wěn)定性，達到了邊坡治理的目的。筆者對黃金峽水利樞紐左壩肩高邊坡強風化閃長巖地質(zhì)條件下錨索施工技術(shù)進行了總結(jié)，對類似工程具有一定的借鑒意義。