金橋水電站工程裂隙發(fā)育高大巖質(zhì)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索的施工要點(diǎn)分析

趙海峰

(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 預(yù)應(yīng)力錨索加固原理

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是一種把破碎松散巖體錨固在地層深部穩(wěn)固巖體上的技術(shù)。通過施加預(yù)應(yīng)力，使得錨固范圍內(nèi)軟弱的巖體擠密、壓緊，提高巖層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體發(fā)生相對(duì)位移，從而達(dá)到加固邊坡的目的。通過錨索孔的高壓注漿，漿液能較好地對(duì)坡體內(nèi)的裂隙和空隙進(jìn)行充填、黏結(jié)，提高破碎巖體的整體性和強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索施工流程，見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索施工流程

2 施工背景

金橋水電工程右岸壩肩自然邊坡高陡，山頂與河床相對(duì)高差在500m左右，坡度50°～70°，壩肩部位前緣坡度接近90°。除局部緩坡部位有較薄的崩坡積覆蓋層外，大多數(shù)地段基巖裸露在外，巖性為白堊系花崗巖，呈巖株產(chǎn)出，夾雜輝綠玢巖巖脈。壩肩附近斷層構(gòu)造較為發(fā)育，巖體內(nèi)部裂隙也較發(fā)育。由于邊坡高大，整個(gè)巖體開挖方量大，因此采用“強(qiáng)支護(hù)代替大開挖的方式”對(duì)該邊坡進(jìn)行加固。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，除采用主、被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，隨機(jī)錨桿和鋼筋樁支護(hù)之外，該工程還采用了1000kN全黏結(jié)式單束預(yù)應(yīng)力錨索。每根錨索由7束φ15.2、抗拉強(qiáng)度為1860MPa的鋼絞線制成；錨索長(zhǎng)度為35m、30m兩種，按照間排距4m布設(shè)。整體形成深淺、強(qiáng)弱搭配，特殊位置重點(diǎn)加強(qiáng)的加固方式，對(duì)該裂隙發(fā)育巖質(zhì)邊坡進(jìn)行加固。

3 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

3.1 鉆孔

巖石條件不同時(shí)，鉆進(jìn)手段也有所不同；具體的鉆進(jìn)方式依據(jù)實(shí)際情況確定。根據(jù)本工程的地質(zhì)條件，鉆孔方式采用以下兩種：

a.堆積(坡積)體及全風(fēng)化地層,優(yōu)先采用“偏心鉆+根管”工藝。該工藝采用與錨索孔徑配套的專用地質(zhì)無(wú)縫鋼管，在索體入孔后及時(shí)拔管，因此鋼管可循環(huán)利用。但有兩點(diǎn)需要注意：?根管長(zhǎng)度不宜大于錨索張拉段長(zhǎng)度的1/3；?為防止拔管失敗影響后期回填注漿效果，鋼管預(yù)先按一定要求加工成有利于漿液擴(kuò)散的花管。

b.強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷地層原則上采用套管跟進(jìn)法鉆孔。由于巖石條件差，在鉆進(jìn)過程中要注意對(duì)照復(fù)勘地質(zhì)資料，鉆到明顯判斷為斷層、空腔、密集節(jié)理帶、擠壓破碎帶等缺陷地層時(shí)，應(yīng)采用全景攝像設(shè)備進(jìn)行孔內(nèi)攝錄，見圖2。確認(rèn)存在較大孔隙空間(空腔)或張開度較大的裂隙時(shí)，暫停鉆進(jìn)；對(duì)孔隙空間或張開度較大的裂隙進(jìn)行處理之后再繼續(xù)鉆進(jìn)，具體的處理方法見3.2.1。

圖2 鉆孔攝像全景

3.2 鉆進(jìn)過程中地質(zhì)缺陷處理

除了上述較大孔隙和較大裂隙的情況外，鉆進(jìn)過程中還會(huì)遇到局部強(qiáng)風(fēng)化地層卡鉆、漏風(fēng)、不返渣、孔口返渣較粗等問題。在對(duì)這些地質(zhì)缺陷進(jìn)行處理時(shí)遵循以下三個(gè)原則：首先，采用固壁成孔灌漿的基本技術(shù)，即無(wú)壓(低壓)、濃漿、限流、間歇、待強(qiáng)灌漿的工藝流程；其次，遵照“質(zhì)量第一、兼顧功效”的管理原則；第三，預(yù)判張拉段成孔固壁灌漿量消耗較大時(shí)，采用價(jià)格較低的P·C325水泥。根據(jù)以上原則，本工程主要采用以下兩種地質(zhì)缺陷處理方法。

3.2.1 裂隙封堵法

在鉆孔施工過程中發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)部位處于裂隙發(fā)育區(qū)域，如8號(hào)孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，鉆進(jìn)到13m時(shí)發(fā)現(xiàn)了長(zhǎng)度達(dá)10cm左右的裂隙。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和加固要求，現(xiàn)場(chǎng)采取填砂、灌漿封堵方法對(duì)該裂隙進(jìn)行加固處理。此外，對(duì)于裂隙較大或者大孔隙的情況，常常采用大量推入水泥球或者灌注高流態(tài)細(xì)石混凝土的方法對(duì)裂隙和孔隙進(jìn)行封堵和填充。

3.2.2 灌漿固壁法

除了裂隙封堵法外，該工程還采用了灌漿固壁法。在進(jìn)行10號(hào)、13號(hào)孔的鉆進(jìn)時(shí)，遇到了局部強(qiáng)風(fēng)化地層卡鉆、漏風(fēng)、不返渣等致使無(wú)法鉆進(jìn)的情況。施工人員經(jīng)多次提鉆、反沖、增加風(fēng)壓和扭矩后仍無(wú)法鉆進(jìn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘和討論之后，現(xiàn)場(chǎng)采取了如下措施：

a.采用摻入速凝劑的P·C325水泥漿，濃度不小于1.85g/mL,流量不大于60L/min，并按300kg/m的灌注量控制。注漿管插入孔底并距孔底50cm開始注漿，以漿面蓋過注漿管口一定距離并能均勻拔出為宜，拔管速度需經(jīng)生產(chǎn)性試驗(yàn)后確定。每次加固段長(zhǎng)不大于5.0m，相鄰加固段之間應(yīng)設(shè)置不小于4h的間歇。

b.若未出現(xiàn)孔口返漿，則灌注成功后待強(qiáng)48h，然后進(jìn)行掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)；若灌漿期間出現(xiàn)孔口返漿，可在灌注成功4h后利用高壓風(fēng)將孔內(nèi)多余漿液吹出孔外，以減少后期掃孔工程量，提高施工效率。按該原則10號(hào)孔口已經(jīng)返漿，但13號(hào)孔口仍然不見漿液返出。為此，灌注13號(hào)孔時(shí)，水泥漿的流量、濃度不變,但灌注量增加到500kg/m。同時(shí)，按漿液重量的10%～30%向孔內(nèi)摻砂，但注意不堵塞孔道。按此灌注量反復(fù)灌注3次，灌注成功48h后掃孔鉆進(jìn)。

c.灌注過程中，及時(shí)觀察施工區(qū)表面裂隙和周邊鉆孔是否出現(xiàn)漏漿、串漿，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)封閉(采用干塑性砂漿)或者串聯(lián)灌注；遇到地勘平洞時(shí)應(yīng)注意避免造成大量漏漿，產(chǎn)生巨大浪費(fèi)。此外，灌漿記錄儀應(yīng)定期檢查率定情況，各傳感器安裝部位采用封條封閉，管路不留支線路接口；信號(hào)傳輸線纜穿PVC套管，防止其他設(shè)備的干擾。

3.3 內(nèi)錨段的地質(zhì)缺陷處理

內(nèi)錨段的施工對(duì)保證預(yù)應(yīng)力尤其重要，應(yīng)注意內(nèi)錨段必須深入到基巖，且該部位巖體應(yīng)較為完整，巖體的聲波波速不小于3500m/s(設(shè)計(jì)要求)。若內(nèi)錨段出現(xiàn)地質(zhì)缺陷處理時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固處理，具體步驟如下：

a.當(dāng)鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆，巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，不滿足內(nèi)錨段地質(zhì)條件要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)和勘察單位進(jìn)行交流，以加深或者內(nèi)錨段原位補(bǔ)強(qiáng)的方式對(duì)內(nèi)錨段進(jìn)行加固。

b.當(dāng)采用加深鉆孔時(shí)，則繼續(xù)加深鉆進(jìn)一個(gè)內(nèi)錨段(一般6～8m)。若該加深段的巖體完整性較好，滿足設(shè)計(jì)要求，則成孔完成。否則，按設(shè)計(jì)要求繼續(xù)鉆進(jìn)，直至地質(zhì)條件滿足設(shè)計(jì)要求；如延長(zhǎng)孔深發(fā)現(xiàn)錨固段仍舊處于破碎帶上，則不適宜再繼續(xù)延長(zhǎng)孔深，必須對(duì)錨固段進(jìn)行加固處理，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

c.當(dāng)采用固結(jié)灌漿時(shí)，則應(yīng)按固結(jié)灌漿規(guī)范(水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范SL 62—2014)的要求進(jìn)行施工作業(yè)。本工程中，內(nèi)錨段固結(jié)灌漿采用PO425普通硅酸鹽水泥，通過灌漿改善內(nèi)錨段的地質(zhì)條件。灌漿加固后，對(duì)錨索孔進(jìn)行檢測(cè)。采用聲波速檢測(cè)時(shí)，單孔測(cè)波速應(yīng)大于3000m/s且加固后波速提升大于10%以上。兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)方可認(rèn)為內(nèi)錨段成孔完成。聲波探測(cè)儀成孔驗(yàn)收合格后，進(jìn)入下一道工序。

3.4 錨索安裝與灌漿

3.4.1 錨索安裝

錨索安裝前重新對(duì)鉆孔進(jìn)行通孔檢查，對(duì)塌孔、掉塊進(jìn)行清理或處理，不得欠深，對(duì)孔內(nèi)集水采用高壓風(fēng)吹干凈。錨索安裝前對(duì)錨索體進(jìn)行詳細(xì)檢查，檢查止?jié){袋位置，排氣管位置及暢通情況，并核對(duì)錨索編號(hào)與鉆孔孔號(hào)，對(duì)損壞的配件進(jìn)行修復(fù)和更換。

錨索宜采用人工為主、機(jī)械為輔的方法進(jìn)行安裝。推送時(shí)用力要均勻一致，不得使錨索扭轉(zhuǎn)且入孔時(shí)索體的彎曲半徑必須大于5m，防止在推送過程中損壞錨索配件。在將錨索體推送至預(yù)定深度后，檢查排氣管和注漿管是否暢通，否則應(yīng)拔出錨索體，排除故障后重新安放。

3.4.2 灌漿

依據(jù)錨索設(shè)計(jì)，錨索灌漿段分為內(nèi)錨段和張拉段，見圖3。錨固段采用純水泥漿進(jìn)行灌注，水泥漿的28d抗壓強(qiáng)度等級(jí)不得低于C40(或M40)，與圍巖的黏結(jié)強(qiáng)度不應(yīng)低于1 MPa。張拉段灌漿與張拉及驗(yàn)收的時(shí)間間隔宜為3～5d。一般在張拉鎖定并檢驗(yàn)合格后，即可進(jìn)行張拉段注漿，7d后做補(bǔ)封注漿。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖(單位均以mm計(jì)，特殊說明除外)

對(duì)于采取固壁灌漿工藝造孔的錨索應(yīng)在下索前進(jìn)行全孔一次性灌注，其目的主要是防止下索過程中孔壁水泥掉塊導(dǎo)致下索失敗或者發(fā)生孔道回填注漿時(shí)持續(xù)灌注不滿的情況，一次性全孔灌注采用的水泥漿參數(shù)與設(shè)計(jì)孔道回填注漿的漿液參數(shù)完全一致。

3.5 錨索張拉及錨具安裝

3.5.1 錨索張拉

錨索張拉必須在外錨墩頭澆筑完成、達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并檢測(cè)合格后才能開始施工。錨墩混凝土澆筑在條件允許時(shí)可以與錨固段灌漿同時(shí)進(jìn)行。澆筑前須對(duì)壁面進(jìn)行清理，然后安裝模板，分層澆筑錨墩混凝土；澆筑時(shí)保證預(yù)埋套管與鉆孔同軸對(duì)中、臺(tái)座墊板與鉆孔垂直。

按預(yù)張拉、預(yù)應(yīng)力張拉、補(bǔ)償張拉的程序進(jìn)行張拉。預(yù)張拉采用逐根張拉，且必須進(jìn)行2次以上預(yù)張拉，預(yù)張拉實(shí)際伸長(zhǎng)值應(yīng)大于預(yù)張拉理論值，且2次預(yù)張拉伸長(zhǎng)值之差應(yīng)在10%之間內(nèi)，以使錨索各股鋼絞線受力均勻，然后再進(jìn)行整體張拉。預(yù)張拉24h后，采用分級(jí)加荷的方式進(jìn)行整體張拉，張拉的基本程序?yàn)椋侯A(yù)緊→(穩(wěn)壓5min)500kN→(穩(wěn)壓5min)750kN→(穩(wěn)壓5min)1000kN→(穩(wěn)壓20min)1150kN(設(shè)計(jì)拉力為1000kN，超載系數(shù)為1.15)鎖定。分級(jí)張拉完成并鎖定48h后進(jìn)行補(bǔ)償張拉，張拉方法與預(yù)應(yīng)力張拉相同，張拉力為超張拉力。

此外，在上述地質(zhì)缺陷地層進(jìn)行錨索測(cè)力計(jì)安裝和錨索張拉時(shí)應(yīng)該注意，采用單束張拉的，應(yīng)結(jié)合測(cè)力計(jì)讀數(shù)并關(guān)注鋼絞線伸長(zhǎng)值，即采用“雙控法”控制。由于缺陷地層塑性較大，容易發(fā)生單根鋼絞線破斷的情況，此問題在安裝測(cè)力計(jì)過程多次發(fā)生，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

3.5.2 錨具安裝

在進(jìn)行錨具安裝時(shí)，有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：?錨板、夾片安裝時(shí)，必須徹底清掃鋼絞線、錨板錐孔和夾片，不得有油污、鐵屑、泥沙等雜物；?依次安裝好工作錨板、工作夾片和限位板，每個(gè)錨孔各裝入一套夾片，并輕輕打齊，夾片上不允許沾有灰塵，并使鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨板，工作錨板應(yīng)和錨墊板對(duì)中吻合；之后依次安裝液壓頂壓器、千斤頂，在千斤頂尾部安裝工具錨板；?工具錨夾片與工作錨夾片兩者不可混用，工具錨夾片使用次數(shù)一般 不宜超過生產(chǎn)廠家規(guī)定的使用次數(shù)；工作錨板、限位板和工具錨板之間的鋼絞線一定要保持順直，不能相互扭結(jié)，以保證張拉的順利進(jìn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固中的應(yīng)用十分廣泛。但是，預(yù)應(yīng)力巖土體錨固工程中被錨固巖土體通常存在各種缺陷且賦存條件復(fù)雜，使得前期地質(zhì)勘探難以全面地反映出實(shí)際地質(zhì)情況。本文以金橋水電站右壩肩邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固工程為例，介紹了不良地質(zhì)條件下錨桿的施工技術(shù)要點(diǎn)。包括：利用孔內(nèi)成像儀器、聲波探測(cè)儀器等設(shè)備對(duì)地質(zhì)缺陷進(jìn)行探測(cè)；因地制宜選擇成孔方法，并利用裂隙封堵法和灌漿固壁法對(duì)地質(zhì)缺陷進(jìn)行處理。實(shí)踐表明：按照這些要點(diǎn)，該工程順利完工并發(fā)揮出了預(yù)期的加固作用；這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供實(shí)踐類似工程參考借鑒。