不良地質(zhì)條件錨索支護(hù)與灌漿費(fèi)用控制研究

王祥春

（國家能源集團(tuán)西藏電力有限公司加查冷達(dá)分公司，西藏 山南 856000）

0 引言

近年來，我國水利水電工程設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，往往采用預(yù)應(yīng)力錨索作為邊坡的支護(hù)，雖然該支護(hù)方式為水利水電工程的建設(shè)帶來許多便利，但由于錨索灌漿量無法準(zhǔn)確控制，極易造成更大的成本損失[1]。在招標(biāo)過程中，雖然已經(jīng)將錨索灌漿及鉆孔作為一個項(xiàng)目進(jìn)行報(bào)價，但實(shí)際往往與預(yù)期報(bào)價不同[2]。投標(biāo)人由于無法根據(jù)招標(biāo)文件中的信息預(yù)測所需的錨索灌漿量，因此，為了招標(biāo)成功，投標(biāo)人只能以理論灌漿量進(jìn)行投標(biāo)報(bào)價[3]。在施工過程中時常出現(xiàn)錨索灌漿量大于理論錨索灌漿量，這必然會大幅度增加施工的成本，而承包商無法承擔(dān)實(shí)際的建設(shè)成本，必然造成索賠[4]。此外，實(shí)際灌漿量與投標(biāo)水平的差異越大，索賠的金額也越大，由于投標(biāo)人無法根據(jù)地質(zhì)信息確定實(shí)際的灌漿量，無法判定超出的灌漿量，也就無法較好地處理后期索賠問題[5]。如果承包商索賠成功后，由于工程的建設(shè)資金增多，一般都會有意加大灌漿量，使其超出錨索所需的灌漿量，不僅使整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加大，同時也浪費(fèi)建設(shè)資源。因此，需要控制水利水電工程的邊坡錨索支護(hù)過程中的灌漿量，提出相應(yīng)的成本控制方案，降低錨索支護(hù)的建設(shè)成本。

1 預(yù)應(yīng)力錨索的施工方法

1.1 工藝流程

在常規(guī)操作中，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)施工環(huán)節(jié)稍微復(fù)雜，需要將各環(huán)節(jié)進(jìn)行銜接，才能保證下一步驟施工的質(zhì)量，因此，施工環(huán)節(jié)的先后也會影響錨索支護(hù)的加固效果。由于錨索的類型較為復(fù)雜，且每個種類的外形相似，在選用過程中容易出錯。在實(shí)際施工過程中，必須先繪制出錨索支護(hù)的設(shè)計(jì)圖，為后續(xù)的施工提供樣式圖及其他施工信息。預(yù)應(yīng)力錨索施工工序：施工準(zhǔn)備→造孔→錨索制作→摸索安裝→鎖定與封頭→張拉→錨頭設(shè)置→注漿。

1.2 鉆孔施工作業(yè)

設(shè)計(jì)錨索設(shè)計(jì)圖時，應(yīng)根據(jù)施工場地的地質(zhì)情況科學(xué)合理地設(shè)置錨索孔位。在確定場地的錨索孔位時，需利用紅漆準(zhǔn)確表示孔位區(qū)域，在鉆孔前必須反復(fù)核對錨索的俯角、方位角及位置，確保其誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，并經(jīng)相關(guān)人員檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)后才可進(jìn)行開孔施工。

孔位的坐標(biāo)誤差范圍必須在10 cm 內(nèi)，在鉆孔過程中需要不斷地校正孔斜，確?？纵S的偏差、孔深、方位角在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。由于施工場地的地質(zhì)情況復(fù)雜，在鉆孔過程中會產(chǎn)生卡鉆或者掉塊的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔存在一定的困難。由于擾動應(yīng)力導(dǎo)致巖體破碎，必須要選擇合適的灌漿和套管方案進(jìn)行后續(xù)的鉆孔工作。為了增強(qiáng)鉆孔施工效果，應(yīng)選用鋼套管進(jìn)行施工，并根據(jù)管徑選擇合適的錨索設(shè)計(jì)孔徑。此外，在鉆孔過程中需時刻記錄地質(zhì)情況，以便后期制定合理的灌漿方案。

1.3 錨索張拉環(huán)節(jié)

在錨索張拉環(huán)節(jié)中，必須根據(jù)施工規(guī)劃控制拉力，測量錨索的實(shí)際伸長值，并與理論的數(shù)值進(jìn)行對比，分析兩者出現(xiàn)差異的原因，重點(diǎn)關(guān)注張拉過程中夾片錯牙誤差范圍，須控制在2 mm 內(nèi)。錨索安全后，需核驗(yàn)錨索的應(yīng)力是否出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，并適時采取補(bǔ)償張拉措施，但其次數(shù)須小于2 次。

1.4 定額消耗指標(biāo)分析

單位注漿量和透水率q之間的關(guān)系曲線如圖1所示。根據(jù)錨索灌漿量指標(biāo)中的規(guī)定，在一般地層中，透水率q<10 Lu，單位注漿量隨q的增大，為加速增長趨勢；當(dāng)透水率q=10 Lu，則單位注漿量為100 kg/m；當(dāng)透水率q>10 Lu 時，單位灌漿量與q之間先緩慢增長，達(dá)到75 Lu 時，開始加速增大。所以，巖體具有弱透水率時，即q<10 Lu，選取錨索注漿量指標(biāo)為67 kg/m。

圖1 透水率與注入量關(guān)系曲線

2 錨索灌漿的計(jì)量與支付

在實(shí)際錨索灌漿過程前，需準(zhǔn)確計(jì)算錨索灌漿量。一般情況下，以干水泥的損耗量作為錨索灌漿量，因此，可以利用相關(guān)儀器記錄水泥的使用量，再轉(zhuǎn)變?yōu)楦伤嗪牧?。在記錄水泥漿耗量前，首先檢查記錄儀是否能夠使用，判斷其準(zhǔn)確性。通常情況下，錨索灌漿項(xiàng)目已包含了錨索灌漿過程中的各種施工和材料的費(fèi)用，無需再計(jì)算與施工相關(guān)的其他費(fèi)用。

3 各階段費(fèi)用的控制與確定

3.1 設(shè)計(jì)階段

為了提高地質(zhì)勘探獲取信息的質(zhì)量，需針對不同地質(zhì)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的灌漿方案，并進(jìn)行試驗(yàn)以驗(yàn)證方案的質(zhì)量。設(shè)計(jì)錨索施工設(shè)計(jì)圖需全面掌握水利水電工程區(qū)域涵蓋的巖體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)自然環(huán)境條件推斷巖石的滲透性。試驗(yàn)驗(yàn)證灌漿方案需記錄試驗(yàn)中的各種耗漿數(shù)據(jù)，通過實(shí)際施工和理論設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，不斷優(yōu)化灌漿方案，最終得到最佳的灌漿量，使工程成本最大化降低。

3.2 招投標(biāo)階段

在招標(biāo)文件中明確指出通過控制錨索灌漿量可控制整個工程的成本。但招標(biāo)文件中并未標(biāo)明工程錨索的灌漿量，也并未說明錨索灌漿量超標(biāo)原因，導(dǎo)致投標(biāo)人虛假報(bào)價，破壞了投標(biāo)公平公正的環(huán)境，有的投標(biāo)人甚至提高某些施工環(huán)節(jié)的灌漿量，導(dǎo)致灌漿費(fèi)用增加，大幅度增加工程的建設(shè)成本。因此，在投招標(biāo)前必須詳細(xì)勘察工程的設(shè)計(jì)，同時對錨索灌漿量超標(biāo)現(xiàn)象明確標(biāo)明并提供相應(yīng)的處理方案，通過相應(yīng)的文件約束承包商合理控制錨索的灌漿量，從而達(dá)到節(jié)約資源與資金的目的，將工程建設(shè)利益最大化。

3.3 施工階段

施工階段需從多個方面有效控制錨索的灌漿量，如選用高效控制灌漿的注漿設(shè)備、采用高效的注漿工藝，從而達(dá)到控制灌漿量的目的，確保工程的成本在規(guī)劃范圍內(nèi)。

3.4 壓力注漿參數(shù)的確定

1）漿液擴(kuò)散半徑r可估算實(shí)際的灌漿量，對灌漿量的控制具有一定的影響。應(yīng)根據(jù)注漿孔的位置不斷校正r值，然后通過施工場地的地質(zhì)情況對r值進(jìn)行再次修正。由于場地的地下水和巖溶地區(qū)的溶液擴(kuò)散具有無規(guī)則性，可通過r值進(jìn)行計(jì)算和模擬試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)際注漿量。

2）注漿壓力在錨索灌漿中發(fā)揮重要的作用，對漿液的擴(kuò)充程度和密實(shí)程度起決定性作用。注漿壓力越大，漿液擴(kuò)散半徑越大，因此，在密實(shí)度達(dá)標(biāo)的情況下適當(dāng)調(diào)節(jié)注漿壓力，從而減少錨索注漿量。在注漿過程中，采取逐級提高壓力的方式進(jìn)行注漿，如果注漿壓力突然增大，必然會打破原有的圍巖結(jié)構(gòu)，造成更大的注漿問題，影響錨索的加固效果。此外，場地地質(zhì)的復(fù)雜程度及其構(gòu)造都會影響注漿壓力，必須綜合考慮多種因素最終決定注漿壓力。

3）通過相關(guān)試驗(yàn)確定漿液擴(kuò)散半徑與注漿壓力后，根據(jù)注漿孔距L設(shè)置注漿孔的布置方式，其范圍為r≤L≤2r，一般采用梅花形或矩形的布置方式。

4 質(zhì)量與安全控制

4.1 端部缺陷對灌漿套筒受力性能影響

含有端部缺陷的灌漿套筒連接鋼筋試件在單向拉伸荷載作用下，溢漿側(cè)鋼筋錨固長度分別為1d， 2d， 3d， 4d， 5d， 5.5d， 6d， 7 及全部灌滿時，其中d為鋼筋的直徑，數(shù)值模擬的荷載-位移曲線如圖2所示。

圖2 單向拉伸含有端部缺陷力-位移曲線

由圖2可知，鋼筋錨固長度為（1～3）d時，曲線由彈性段、下降段構(gòu)成。當(dāng)灌漿套筒連接鋼筋試件承受拉力時，位移隨著荷載不斷增大呈線性增長；當(dāng)荷載達(dá)到某一值時迅速下降，此時說明鋼筋與灌漿料之間粘結(jié)徹底失效，鋼筋并未達(dá)到屈服狀態(tài)；當(dāng)荷載迅速下降到一定階段后，有一段緩慢的水平段，隨位移增長力下降速度減小，表示鋼筋灌漿料之間已經(jīng)脫粘，鋼筋發(fā)生拔出破壞，荷載主要來自鋼筋與灌漿料之間的摩擦力。對于V-MT-1d試件，荷載最后為0，表明鋼筋已完全從灌漿料之中拔出。對于端部缺陷，當(dāng)錨固長度大于5.5d時，力-位移曲線與鋼筋拉伸曲線十分相似，鋼筋發(fā)生明顯的“頸縮”現(xiàn)象，說明此時灌漿套筒連接鋼筋發(fā)生鋼筋拉斷破壞，鋼筋與灌漿料之間粘結(jié)完好，鋼筋并未脫離灌漿料。從圖2曲線中可以看出，隨著鋼筋錨固長度的增長，峰值荷載一致，位移略微減小。

含有不同端部缺陷灌漿套筒峰值荷載的變化規(guī)律如圖3所示。由圖3可知，對于發(fā)生鋼筋屈服前拔出破壞的試件，峰值荷載隨鋼筋錨固長度呈線性增長；對于進(jìn)入屈服階段的灌漿套筒連接鋼筋試件，峰值荷載隨鋼筋錨固長度增長變緩；當(dāng)鋼筋錨固長度為5.5d以后，峰值荷載不再發(fā)生變化，此時灌漿套筒連接鋼筋試件由鋼筋拔出破壞轉(zhuǎn)為鋼筋拉斷破壞。

圖3 不同端部缺陷峰值荷載變化規(guī)律

4.2 質(zhì)量控制方法

分析錨索施工技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用情況，通過總結(jié)得到相關(guān)規(guī)律，從而制定有效的控制質(zhì)量的方案。質(zhì)量控制方法：孔徑方面，保證孔徑誤差處于規(guī)定的范圍之內(nèi)；孔位方面，在使用孔位之前與之后都必須進(jìn)行清洗處理；施工材料方面，對于不同類型的施工材料而言，要求其質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，堅(jiān)決不允許選用三無產(chǎn)品，并定期檢查張力機(jī)具。

4.3 安全控制方法

為確保水利水電工程運(yùn)行的安全性和可靠性，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)時需采取科學(xué)合理的安全控制方案。安全控制方法：思想方面，始終秉承安全第一與預(yù)防為主思想，盡可能減少安全隱患的數(shù)量；安全檢查方面，貫徹落實(shí)施工建設(shè)之前，要加大各項(xiàng)工作的安全檢查力度，且班組長應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，保證人員間的互相檢查，而在進(jìn)入施工現(xiàn)場之前，施工作業(yè)人員必須要佩戴安全帽，在施工中集中注意力，嚴(yán)格按照安全操作規(guī)定要求開展施工作業(yè)；施工作業(yè)方面，因預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)工序復(fù)雜，所以要求不同工種操作人員上崗之前，保證持證上崗，才能夠進(jìn)行實(shí)際操作。

5 結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)廣泛運(yùn)用于水利水電工程的邊坡加固項(xiàng)目中，且相比于其他的加固技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢。因此，在建設(shè)水利水電工程時，需盡可能地發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，以提高邊坡的穩(wěn)固性，保證工程的整體質(zhì)量。此外，應(yīng)用錨索邊坡支護(hù)技術(shù)在許多工程中，普遍存在的問題為錨索灌漿超量。施工場地地質(zhì)條件的復(fù)雜程度決定灌漿量，為了降低超灌漿量，有效控制工程的建設(shè)成本，在施工過程中首先必須采取灌漿預(yù)實(shí)驗(yàn)，執(zhí)行合同和施工管理；其次，根據(jù)場地分區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，得到準(zhǔn)確性高的灌漿量數(shù)據(jù)；最后在招標(biāo)過程中需明確標(biāo)明超灌漿現(xiàn)象的處理方案，使招標(biāo)環(huán)境更加公平公正。