鋼錨墩在古瓦水電站高邊坡錨索施工中的應(yīng)用

何 國 勤， 王 志 鵬， 鄭 印

(1.大唐鄉(xiāng)城水電開發(fā)有限公司，四川 甘孜 627850；2.中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

在巖體高邊坡支護(hù)施工過程中，廣泛采用預(yù)應(yīng)力錨索解決高邊坡開挖后地應(yīng)力的釋放及重新分布后引起的高邊坡變形及坍塌等危害。高邊坡開挖后，為保證邊坡的安全及穩(wěn)定，往往要求盡快完成邊坡錨索的安裝，盡早提供主動防護(hù)，尤其是應(yīng)急搶險及高寒地區(qū)的邊坡支護(hù)。然而，由于高邊坡錨索施工具有施工組織難度大、安全風(fēng)險高、工序多、工藝復(fù)雜、質(zhì)量管控難度大等特點，錨索施工耗時較長，難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。錨墩作為錨索的重要組成部分之一，直接關(guān)系到錨索張拉及施工的用時。在保證錨索施工質(zhì)量的前提下，加快錨墩施工速度是一個意義重大的研究課題。

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，是碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段“一庫六級”梯級開發(fā)方案中的“龍頭水庫”電站，下游為娘擁水電站。大壩左右岸壩肩巖體以中厚～厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖地層為主，設(shè)計的支護(hù)形式為預(yù)應(yīng)力錨索，錨索規(guī)格及布置參數(shù)見表1。

筆者介紹了鋼錨墩在古瓦水電站高邊坡錨索施工中的應(yīng)用情況。

表1 錨索規(guī)格型號及布置參數(shù)表

2 錨墩形式的設(shè)計與優(yōu)化

2.1 優(yōu)化原因

因地質(zhì)原因，2017年10月15日電站進(jìn)水口邊坡發(fā)生了大范圍垮塌。由于進(jìn)水口邊坡巖層與左、右岸邊坡巖層相同，均為中厚～厚層狀變質(zhì)砂巖夾板巖順層邊坡，在左、右岸邊坡開挖過程中出現(xiàn)了斜向裂縫。為避免左、右岸邊坡出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，急需盡快完成左、右岸邊坡的深層支護(hù)?！盀榭s短支護(hù)工期，經(jīng)研究決定將混凝土錨墩改為鋼錨墩”[1]，以保證在雨季來臨前完成所有錨索的支護(hù)。

2.2 原設(shè)計方案中的混凝土錨墩

2.2.1 混凝土錨墩的設(shè)計參數(shù)

1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索錨墩的設(shè)計參數(shù)：

長(800 mm)×寬(800 mm)×厚(400 mm)。

1 500 kN預(yù)應(yīng)力錨索錨墩的設(shè)計參數(shù)：

長(1 000 mm)×寬(1 000 mm)×厚(500 mm)。

2.2.2 混凝土錨墩的施工工藝

(1)在孔口安裝錨墊板、鋼套管、結(jié)構(gòu)鋼筋等預(yù)埋件，錨墩為梯形斷面，“錨墊板安裝時必須保證墊板平面與孔道軸線垂直，套管與孔道軸線對中”[2]，并將套管與孔道間的空隙密封，混凝土錨墩設(shè)計情況見圖1。

(2)錨墩鋼筋加工好后，按照設(shè)計尺寸綁扎成鋼筋架，將鋼墊板牢固焊接在鋼筋架上。

圖1 混凝土錨墩設(shè)計示意圖

(3)“安裝時調(diào)整鋼筋架，使鋼墊板預(yù)留孔的中心位置置于錨孔軸線上，平面與錨孔軸線正交，其誤差不得大于0.5°”[3，4],錨墩模板采用自制四片定型鋼模板并在現(xiàn)場組裝，鋼模和巖面之間的空隙用木條嵌補，上模板預(yù)留進(jìn)料口和觀察排氣孔。

(4)在孔位附近設(shè)插筋固定模板。

(5)C30混凝土采用強制拌和機拌制，根據(jù)實際地形坡度，現(xiàn)場采用溜管(槽)下料入倉。

(6)為保證錨墩混凝土的早期強度能滿足錨索張拉的需要，在混凝土配比中摻入了適量的早強減水劑。錨墩施工前應(yīng)先清理巖面的浮渣，以保證混凝土與外露巖面的有效結(jié)合。

(7)混凝土澆筑完畢及時灑水加以養(yǎng)護(hù)。

2.3 優(yōu)化后的鋼錨墩

2.3.1 鋼錨墩的設(shè)計參數(shù)

1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索錨墩的設(shè)計參數(shù)：

長(300 mm)×寬(300 mm)×厚(40 mm)。

1 500 kN預(yù)應(yīng)力錨索錨墩的設(shè)計參數(shù)：

長(400 mm)×寬(400 mm)×厚(40 mm)。

2.3.2 鋼錨墩的施工工藝

(1)在安裝鋼錨墩前，需要清理巖面與孔向呈交錯垂直狀態(tài)。

(2)為方便固定，在鋼錨墩周邊加工了4個凹槽，采用螺栓進(jìn)行固定。

(3)孔口段必須加鋼套管并保證錨索不偏心。鋼錨墩設(shè)計情況見圖2。

2.4 混凝土錨墩與鋼錨墩的優(yōu)缺點對比

該項目地處海拔3 350 m，每年10月至次年3月為冬季(氣溫為-20 ℃～10 ℃)，4～6月為雨季，有效施工期為7～9月。

該項目錨索工期于2018年1月份開始，若在錨索施工中采用混凝土錨墩存在氣溫低、混凝土澆筑后達(dá)到設(shè)計臨齡期緩慢，耗時耗工，高陡邊坡材料運輸困難等弊端；同時，在右岸邊坡高程3 330m處發(fā)現(xiàn)裂縫且裂縫有增寬的趨勢。根據(jù)實際情況并經(jīng)現(xiàn)場建設(shè)四方研究討論后，決定將混凝土錨墩改為鋼錨墩。

圖2 鋼錨墩設(shè)計示意圖(單位：mm)

2.5 鋼錨墩預(yù)應(yīng)力錨索的施工主材

鋼錨墩的尺寸見表2，其它噸位尺寸參數(shù)參照規(guī)范《水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》DL-T5083-2010。

表2 錨墩的尺寸及墊層砂漿參數(shù)表

2.6 鋼錨墩預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程

鋼錨墩預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程：造孔→鉆孔檢查→錨索制作及安裝→鋼墊板制作→內(nèi)錨段灌漿(無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索可全孔一次注漿)→鋼墊板安裝→千斤頂、油表率定→張拉、測試、錨固→張拉段灌漿→外錨頭保護(hù)。

2.6.1 鋼錨墩預(yù)應(yīng)力錨索的施工方法

在鉆孔、下索、灌漿完成后，清理巖面，安裝鋼錨墩、采用M40砂漿找平，厚度為5～10 cm；待找平砂漿凝固后進(jìn)行張拉。

2.6.2 鋼錨墩的制作

鋼錨墩在加工廠加工、根據(jù)設(shè)計尺寸“用粉筆將錨墩勾勒成型后用氧焊切割成型再用打磨機打磨圓滑。鋼錨墩的材質(zhì)宜選用45號鋼，中心孔內(nèi)壁光滑平整，無毛刺，外側(cè)孔口倒角”[5]。

2.6.3 鋼錨墩的安裝

錨索鉆孔結(jié)束后進(jìn)行下索、灌漿；安裝鋼錨墩時采用手風(fēng)鉆或電鉆鉆安裝鋼錨墩的連接螺栓，為保證螺栓孔位的精度，采用薄鐵皮板定位螺栓孔位。

在鋼錨墩安裝過程中，需要嚴(yán)格控制以下幾個工藝環(huán)節(jié)：

(1)鋼錨墩運輸至工作面后采用手動葫蘆吊裝，在檢查其滿足各項要求后扭緊連接螺栓予以固定、回填砂漿找平層。

(2)必須保證孔口段周圍的空間，在鋼板下加導(dǎo)向管(鋼套管)以保證錨索不偏心、與孔軸線一致，以保證張拉過程中鋼絞線不出現(xiàn)剪斷絲。

(3)鋼板宜采用螺桿配螺母固定或采用φ12～14插筋點焊固定。

(4)對于松動或破碎巖層必須清除干凈, 以免發(fā)生巖塊壓碎的情況而影響錨索的整體錨固效果。

(5)鋼錨墩的防護(hù)。錨索施工結(jié)束，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行封錨防護(hù)；“封錨前，先用鋼刷對鋼錨墩進(jìn)行除銹處理并涂刷一層環(huán)氧基液后再進(jìn)行環(huán)氧砂漿的施工，以增強鋼錨墩與環(huán)氧砂漿的粘結(jié)力”[6]，環(huán)氧砂漿的封錨施工采用常規(guī)的立模澆筑方法進(jìn)行。

3 鋼錨墩的應(yīng)用情況

鋼錨墩在古瓦水電站大壩左、右岸邊坡深層支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用，左、右岸邊坡共計布置錨索598束；如果按照正常的工期施工需要6個月時間。2018年1月在將混凝土錨墩改為鋼錨墩后，于2018年4月完成了所有錨索的施工，工期比原計劃提前60 d。

設(shè)計人員根據(jù)不同的巖層情況布置了25個錨索應(yīng)力計，張拉過程中其數(shù)值可以達(dá)到設(shè)計張拉值。錨索工程至2018年4月完成。2019年1月，錨索應(yīng)力計數(shù)據(jù)顯示，其滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論與建議

鋼錨墩主要適用于巖層較好的巖石預(yù)應(yīng)力錨索，較好的巖面邊坡更有利于鋼錨墩的安裝、固定及張拉。在工期緊張、高海拔、冬季施工、材料運輸困難、應(yīng)急搶險的項目，使用鋼錨墩優(yōu)勢更加明顯。

在覆蓋層中使用鋼錨墩時，需經(jīng)專業(yè)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全設(shè)計，以確定其是否可行。