預應力錨索在公路工程高邊坡施工中的應用

曾濤，何永明 （武警警種學院，北京 102202）

1 工程概況

溪洛渡水電站是國家“西電東送”骨干工程，位于四川和云南交界的金沙江上。工程以發電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等綜合效益，并可為下游電站進行梯級補償。電站主要供電華東、華中地區，兼顧川、滇兩省用電需要，是金沙江“西電東送”距離最近的骨干電源之一，也是金沙江上最大的一座水電站。

溪洛渡對外交通專通公路位于山區，如圖1所示。20m以上的高邊坡有120多處，最大邊坡高度超過100m。在設計和施工這類高邊坡時，應遵循“錨固到位、不留后患”的原則，以穩定為本、加固為主，排水、防護并重的綜合處理，確保施工中的臨時穩定和通車后的長期穩定。

圖1 溪洛渡對外交通專通公路

本工程的邊坡防護多采用700/1000kN，L=20m～30m的預應力錨索支護措施，預應力錨索為壓力分散型錨索，錨索材料采用無粘結高強度低松弛鋼絞線(直徑為15.24 mm，強度為1860MPa)。壓力分散型錨索由3個單元錨索組成，每個單元錨索分別由2根無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成(鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質承載體上，要求其單根的連接強度大于200kN)。各單元錨固段長度分別為L1、L2、L3，共同組成復合型錨索的錨固段。設計錨孔直徑為150mm。預應力錨索結構見圖2所示。在邊坡開挖出露后，按位置和規格及要求安設預應力錨索。

圖2 預應力錨索結構

2 施工方法

2.1 施工工藝

預應力錨索的施工工藝如圖3所示。

圖3 預應力錨索的施工工藝

2.2 施工平臺搭設及孔位放樣

①施工平臺搭設：施工平臺搭設使用砂漿錨桿施工時搭設的鋼管腳手架，腳手架上設置帶有防護欄桿的爬梯、馬道、安全防護網。安全防護網、馬道板要牢靠固定在腳手架上，足以起到安全作用。平臺面鋪設5cm厚木板，用10#鐵絲固定，端部錨索孔位兩側的平臺長度不小于5m，平臺寬度4m，以利各孔錨索下錨，保證索體轉彎半徑和施工安全，平臺外側搭設欄桿。

②孔位放樣：孔位放樣根據設計圖用全站儀進行孔位樁號方位角放樣，并用油漆孔位、孔號、孔向等進行標識。

2.3 鉆孔

①鉆孔技術要求：預應力錨索鉆孔的位置、方向、孔徑及孔深按設計圖紙的要求施工。鉆孔的開孔偏差不大于10cm，孔深不允許欠深，超深也不得大于20cm，端頭錨固孔孔斜誤差不大于孔深的2%，錨索鉆孔孔徑不小于施工圖和廠家產品說明書規定的要求。

②鉆機選型：錨索鉆孔機采用MGJ－50D型鉆機。該型鉆機是重慶探礦廠產MGJ－50型鉆機的改進型產品，適合于在高邊坡普通排架上施工。該鉆機身長2.5m、重760kg、11.5kW電動液壓鏈條推進提升，壓力14.6kN～22kN，可施工口徑φ65mm～φ180mm、轉速32r/m～183r/m。

③鉆孔工藝：鉆孔前，為保證鉆機在鉆孔時的穩定，應嚴格校驗開孔時鉆桿的傾角和方位，并經質檢人員復驗合格后方可固定鉆機。開孔進尺5m后，應重新對孔斜進行校核，根據鉆進情況必要時采取糾偏措施（導直器、扶正器等），調整鉆進參數，終孔后起鉆桿檢測孔斜。

鉆孔過程中，預應力錨索的內錨固段基巖必須完整，并經確認后方可終孔。鉆孔完畢時，用水和風輪換沖洗鉆孔，直至回水澄清，將鉆孔用風吹干并堵塞孔口進行保護。

2.4 驗孔

鉆孔結束以后，對鉆孔進行驗收。采用經緯儀測斜法分段測斜。測點距3m～5m，其方法是：在要測設的錨索孔內放置一可見光源（一般采用手電筒），可見光源由直徑為φ15的鋼管構成的長桿送到指定的位置，然后將經緯儀架設于離孔口1m左右之處，測出該指定位置的方位角、傾角，按前述的程序逐次測出孔內的各位置的要素。將終孔的各項指標與經緯儀所測得的數值一起作為單個錨索孔的最終驗收成果。鉆孔完畢驗收合格以后，妥善保護孔口。

2.5 錨索制作

單根索體在鋼筋廠的編索車間生產，施工現場組裝完成，其制作程序為：下料→編索→組裝導向帽及波紋管→驗索→存放。

2.5.1 下料

使用鋼絞線之前，要檢驗鋼絞線的出廠證、質保書，并檢查其外觀和直徑，有銹蝕、缺損不得使用。灌漿管和排氣管均采用PE塑料管，其質量要滿足設計要求。在平坦開闊的工作平臺上下料，下料前將不同孔深的錨索材料編制成下料單，按下料單中各孔鋼絞線所需的長度，用鋼卷尺丈量，其誤差在5mm以內。

若采用無粘結型錨索，內錨段鋼絞線需剝離聚乙烯塑料套，并剝除鋼絞線表層保護油脂，之后應按順序分別使用柴油、高溫清洗液和熱水清洗干凈，直到手感無油膩且表面烏黑發亮為止。錨束內各鋼絞線內錨段長度應一致。單根鋼絞線根部采用擠壓器安裝擠壓套，錨固段頂部安裝導向帽，方便順利下錨。

2.5.2 編索

將各孔的鋼絞線、灌漿管等進行編號，平行排列，然后與隔離支架對號入座，排放時不得使鋼絞線及灌漿管發生錯位或交叉。安裝灌漿管和排氣管(需要時)，并檢查管道是否完好暢通。錨束的鋼絲或鋼絞線應按一定規律編排并綁扎成束，內隔離支架和外對中支架均采用PE塑料按設計尺寸加工，鋼絞線采用無鋅鉛絲綁扎。鋼絲或鋼絞線兩端與錨頭嵌固端應牢固聯結，兩嵌固端之間的每根鋼絲或鋼絞線長度應一致。

2.5.3 索體驗收

索體制作完畢后，與相關人員一起驗收。驗收合格的錨索平行擺放在平臺上，成品索體不得疊壓，并有防潮、防銹、防污染及防損壞等保護措施。驗收合格的錨索要登記掛牌編號。

2.5.4 錨索水平運輸

編制好的錨索用人工水平運輸到相應的部位，錨索水平運輸中，各支點間距約2m，轉彎半徑以不改變錨索結構為限；運輸過程中，細心操作，不得損傷錨索。

2.6 穿索

一般采用人工下束，錨索穿入錨孔時應保持平順，均勻推進；嚴禁旋轉錨索以防損壞索體結構，造成返工。下束須到位，錨束頭距孔底控制在30cm以內。檢驗束體入孔后外露尺寸，確認無誤后，方可進行下一步施工。

2.7 錨固段灌漿、下索及承壓墊座混凝土澆筑

采用“內錨段先灌漿，后下索”的施工方法，在下索前一切準備工作完成后進行。

若采用無粘結型錨索，則采用“先下索，后灌漿”的方法進行施工，孔內一次性灌漿（錨固段及自由段灌漿兩工序合二為一），直到回漿容重與進漿一致。

承壓墊座內設置的鋼套管、鋼墊板、鋼筋網及灌漿套管采取車間加工，現場調整安裝。安裝前將孔口周圍巖面清理干凈并處理松動塊體，對孔口在片光滑巖面必須用手風鎬處理成蜂窩狀的粗糙平面，確保混凝土與巖面的結合，安裝時保證鋼套管中心線和鉆孔軸線重合，鋼墊板與鉆孔軸線垂直。混凝土采用小型拌合機現場拌制，采用人工下料，管式振搗器分層振搗密實，特別注意邊角部位。

2.8 錨索張拉

2.8.1 準備

張拉的設備和儀器使用前要進行標定。千斤頂與壓力表等張拉設備配套檢驗和率定，不得混用，并將標定成果繪制“壓力表讀數～張拉力關系曲線”，以便張拉時校閱。選用的千斤頂、鋼絞線及各種錨具要配套和一致。錨夾具采用OVM15-7（1000kN）型，油泵采用ZB4-500型電動油泵（P＝50MPa），千斤頂擬采用柳州歐維姆公司生產的YCW-150（預緊）、YCW-250（1000kN）2種規格。

錨固段的固結漿液、承壓混凝土墊墩達到設計強度，各部位尺寸檢驗合格，夾片、錨具再次進行清污、除銹。上述所有工作驗收合格后，方可進入張拉設備安裝及張拉階段工作。經配套率定的張拉機具，用油漆進行編號，防止張拉過程中，張拉機具混亂使用，而影響張拉的質量或造成事故。

張拉設備組裝時，各種張拉設備要與錨索體軸線同心，其誤差控制在1mm以內。鋼絞線不得交叉和錯位。

在進行錨索試驗時，認真記錄壓力傳感器的讀數、千斤頂的讀數以及試驗索在不同張拉噸位時的伸長值。

2.8.2 預緊

張拉時，錨固段水漿結石強度須達到設計強度。在正式分級張拉前，對每根鋼鉸線進行預緊，確保正式張拉前在錨孔內的鋼絞線順直，每根受力均勻，以提高錨固效果。

2.8.3 分級張拉鎖定

按錨索試驗所確定的錨索張拉工藝、設計圖紙、《水電水利工程預應力錨索施工規范》（DL/T5083-2004）進行張拉施工。錨索張拉力逐級增大，嚴格控制張拉升荷速度和每級穩壓時間。其最大值為錨索設計荷載的1.05倍～1.10倍。張拉時，升荷速度每分鐘不超過設計應力的1/10；每級穩壓2min～3min后，進行下一級的張拉，到達最后一級穩壓10min～20min后，進行鎖定。鎖定后的48h內，若錨束應力下降到設計值以下時應進行補償張拉。張拉過程中做好記錄，以壓力表讀數為準，同時采用伸長值校核張拉力，實測伸長值應不超過理論伸長值的-5%～10%。

2.9 封孔回填灌漿

封孔回填灌漿在補張拉工作結束后28d進行，封孔回填灌漿前的錨索應力已達到穩定的設計值。封孔回填灌漿材料與錨固段灌漿的材料相同。封孔回填灌漿采用錨索中的灌漿管從錨具系統中的灌漿孔施灌，灌漿管應伸至錨固端頂面，灌漿必須自下而上連續進行，壓力不小于0.8MPa。為保證所有空隙都被漿液回填密實，在漿液初凝前必須進行不少于2次補灌，當漿液凝固到不自孔中回流出來之前，應保持不小于0.4MPa的壓力進行并漿。

2.10 錨頭保護

張拉完成后，除用于安全監測的錨索外，錨具外的鋼絞束除保留15cm外，其余部分切除。錨索張拉、灌漿完畢后，錨頭作永久的防銹保護，將錨具、鋼絞索外露頭、鋼墊板表面水泥漿銹蝕等清洗干凈，并將二期混凝土結合面鑿毛，然后澆筑厚度不小于10cm二期混凝土的保護帽。

3 預應力錨索應力監測

根據坡體地質情況及穩定程度，由業主會同監理和設計代表根據具體情況制定相關錨固工程應力監測方案，并組織安排專業單位實施。對于重要、復雜、特殊且穩定性差的高邊坡，錨索采用液態防腐外錨頭，并進行預應力監測。根據預應力損失情況進行二次張拉。錨索應力監測在張拉鎖定后頭2個月內1次／周，其后2次或3次／月。監測內容及項目等詳見表1。

應力錨固工程原位監測內容和項目 表1

4 結 語

預應力錨索已經在水電工程中被廣泛應用，高邊坡錨索防護工程較為復雜，合理確定項目的施工順序顯得尤為重要，預應力錨索細致的施工工序也是無數實際工程的總結。為確保施工和運營過程中路塹邊坡的穩定，除應采取合理支擋加固措施外，還必須采用科學有效的施工方法、工藝及程序，避免施工過程中邊坡失穩破壞，造成重大損失，甚至于留下后患，影響邊坡的長期穩定和運營安全。

[1]GB50086—2001，錨桿噴射混凝土支護技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2001.

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[3]DL/T 5083-2004，水電水利工程預應力錨索施工規范[S].北京：中國電力出版社，2004.

[4]張志勇，陳小平.高速公路預應力錨索施工的幾種創新工藝[J].中外公路，2014(3).