淺析特殊地質條件下跟管固壁法錨索施工工藝

邵 芳, 田 曉 敏, 孟 懷 秀

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 工程概況

引漢濟渭黃金峽水利樞紐前期工程左壩肩高邊坡為強風化閃長巖，巖石破碎。設計開挖坡比為1∶0.7和1∶0.4，局部為1∶0.3，支護方式主要為錨噴+錨索。錨索最初設計為1 000 kN，長度為25 m、30 m兩種。施工過程中發現邊坡圍巖破碎嚴重，地質情況復雜且存在f3、f4和f8斷層，設計加密了錨索，增大了錨墩板并增加了錨索間格構梁，所增加的錨索長度有25 m、30 m、35 m和40 m四種規格。

2 施工工藝比較

施工過程中，針對左壩肩錨索鉆孔塌孔嚴重、成孔困難等技術難題，監理、業主提出了灌漿固壁和跟管固壁兩種工藝方法并進行了試驗對比。

2.1 固壁灌漿

試驗錨索鉆孔時遇到塌孔、多次掃孔仍不能成孔時，采用1∶1的水泥漿灌漿固壁，待凝2 d后沿原有通道再次循環鉆進，直到孔深滿足設計要求。錨固段入弱風化巖石8 m時停止。完成一個孔需固壁灌漿5次左右，一個孔成孔時間需要1周時間以上，所占用的工期較長、進度緩慢，總進度將無法滿足合同要求。

2.2 跟管固壁法施工

試驗錨索鉆孔時遇到塌孔、多次掃孔仍不能成孔時，采用φ146、壁厚5.5 mm、R780型鋼管跟進做為錨索孔道，經過試驗，待錨索下索后再用拔管機拔出跟管，然后按設計要求灌漿，經試驗得知一個孔的造孔時間為24 h左右，大大縮短了施工工期，同時其質量也滿足設計要求。

2.3 試驗結果

按照監理、業主要求，分別選擇三束試驗索進行固壁灌漿和跟管跟進法鉆孔施工，經過綜合對比分析得知，采用跟管固壁跟進施工工期短、質量能得到保證、經濟合理，試驗結果出來后，設計院下發了《邊坡預應力錨索及錨桿補充施工技術要求》，對于巖石破碎，成孔困難、多次掃孔仍不能成孔的鉆孔，采用跟管固壁施工工藝，錨索下索后采用液壓拔管機拔出跟管(鋼套管)。

3 施工難點

由于圍巖為強風化、破碎程度嚴重，造孔時容易塌孔，顆粒塊容易卡鉆且孔內石渣不易清理干凈(強風化巖石不宜用水洗孔，采用高壓風吹孔)，影響施工質量和進度。跟管跟進深度大部分在20 m以上，拔管時巖壁塌孔容易卡住跟管而造成跟管拔出困難且容易拔斷損壞，進而降低其重復使用次數。鑒于邊坡高、邊坡坡比陡、強風化閃長巖風化程度嚴重，故保證施工質量安全尤為重要。

4 錨索施工程序

錨索主要施工工藝流程為：

施工平臺搭設→測量點位放樣→錨索鉆孔、下索→錨索灌漿→錨索張拉。

5 跟管固壁法錨索鉆孔施工

5.1 主要施工機具設備

用于錨索施工的機具設備主要包括：錨索鉆機、拔管機具、灌漿設備、張拉機具等。

造孔鉆機：選取功率大、設備性能及利用率高的YG-50錨索專用鉆機和100B型潛孔鉆機兩種。

灌漿設備：錨索固壁及孔道灌漿采取雙層高速攪拌桶制漿，出泵管及孔口進漿管安裝壓力表，采用自動記錄儀進行灌漿記錄，采用ZJ400型高速攪拌機、2SNS型注漿機、西易自動記錄儀施工。

張拉機具：錨索張拉機具選取與錨具類型、設計錨索張拉力相匹配的機具，用于錨索張拉的千斤頂、油泵、壓力表等設備應配套并進行聯合率定。與張拉機具配套的壓力表精度需滿足設計要求。采用ZB4/500S型電動油泵，150 t整體張拉千斤頂、OVM15系列錨具及限位板。千斤頂、電動油泵及油壓表在使用前應進行配套標定，以標定的力值曲線作為張拉時的控制依據。單根預緊采用25 t千斤頂。

5.2 錨索鉆孔的施工

錨索孔位根據設計圖紙進行測放，局部位置結合現場地形進行調整，現場測放出錨索孔位置并用紅油漆標示，錨索孔開孔前測放出方位角。開孔前確保錨索孔位、方位角、俯角等角度正確并經質檢人員檢驗后方可開鉆。

孔位坐標允許偏差不大于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，超深不得大于20 cm，端頭錨固孔的孔斜誤差不得大于孔深的2%，鉆孔孔徑為150 mm。

錨索鉆孔過程中詳細記錄鉆孔的地質情況，確保錨固段在弱風化巖體以上等級的、較完整巖石上，若鉆孔至設計終孔深度后巖石仍比較破碎，應立即上報監理工程師并根據監理工程師的指示繼續鉆孔加深至較完整的巖體內、保證內錨段長度要求。孔道經檢查合格后，對孔口進行臨時封堵保護。

5.3 跟管固壁法鉆孔

跟管固壁法鉆孔施工工藝流程為：

施工平臺搭設→測量點位放樣→鉆機定位→鉆孔同時跟管固壁→孔位驗收→下索→跟管拔出。

造孔時若遇到不易成孔、多次固結灌漿掃孔仍不能成孔的情況，根據設計文件《開挖邊坡預應力錨索施工技術要求》及《開挖邊坡預應力錨索及錨桿補充施工技術要求》，在監理工程師的見證下采用單偏心擴孔跟管護壁，跟管采用φ146、壁厚5.5 mm、R780型無縫鋼管，鉆進的同時記錄地質情況以便于后期控制錨索灌漿，跟管鉆進結束并下索完成后拔管恢復原設計終孔孔徑。鉆孔的錨索鉆機為YG-50和100型潛孔鉆機，拔管機為專用液壓拔管機。錨索孔位布置情況見圖1。

圖1 錨索孔位布置示意圖

6 錨索灌漿

錨墩澆筑完成并拆模后，立即進行錨索灌漿施工，錨索灌漿采取從孔底進漿、孔口回漿的孔內有壓循環一次性灌注的灌漿法進行施工。漿液按監理工程師批準的配比由NJ400攪拌機拌制后輸送至JJS-200攪拌桶由2SNS型灌漿機灌漿，采用水泥純漿灌注，漿液采用P.O52.5普通硅酸鹽水泥，先采用水灰比1∶1起灌，再采用水灰比0.5∶1續灌，最終穩定配比采用0.35～0.4∶1，具體配比及外加劑摻量通過配合比試驗確定。灌漿后錨固段的膠結體7 d強度應達到35 MPa，灌漿壓力控制在0.7 MPa內。灌漿過程中觀察回漿情況：當回漿比重與灌漿比重相當時進行灌漿屏蔽，當回漿壓力達0.2～0.3 MPa、吸漿率小于0.4 L/min時，繼續屏蔽30 min即可結束灌漿。

根據左岸邊坡地質情況，若部分錨索灌漿吸漿量偏大，應立即上報監理工程師組織參建各方確定處理方案，根據規范要求，可在征得監理工程師同意的情況下降低孔道灌漿結束標準，孔口返漿后，繼續灌注30 min即可結束，同時在灌漿過程中降低灌漿壓力。

7 錨索張拉

錨墩混凝土澆筑、達到齡期且灌漿漿材達到規定強度后進行錨索張拉施工。張拉前，計算每根錨索的理論伸長值。為保證張拉控制力的準確性，張拉設備(千斤頂、油管、壓力表等)必須進行率定。

7.1 張拉器具及安裝

張拉機具：ZB4/500S型電動油泵，YBC250型張拉千斤頂，OVM15系列錨具及限位板。

張拉器具按以下程序安裝：工作錨具安裝→限位板→千斤頂→自動工具錨安裝→張拉。

7.2 張拉條件準備

錨索張拉在錨墩混凝土澆筑7～10 d、經監理工程師同意后進行。

張拉前先對千斤頂、電動油泵、壓力表等進行率定。

7.3 張拉試驗

根據設計要求，錨索張拉按照以下方法進行張拉試驗：首先施加工作荷載值的125%。加載期間，位移計測量精度應不大于0.025 mm。荷載均勻施加，加載率約為40 kN/min。當施加的載荷達到工作荷載的125%時，穩定20 min，測量位移徐變，如果20 min之內徐變值小于2 mm，則該預應力錨索是合格的，否則穩定時間要延長至45 min再繼續觀察；當錨索的彈性變形在下述兩個極限值內，則可認為錨索是合格的：預應力錨束的伸長值的上限等于錨索張拉段長度加50%內錨固段長度的理論彈性伸長值；預應力錨束的伸長值的下限等于80%的張拉段長度的理論彈性伸長值；如果伸長值符合要求，則按照設計要求對錨索進行鎖定張拉。

7.4 單根張拉分級

監理為保證組成錨索的每一根鋼絞線受力均勻，在取得監理工程師同意的情況下，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。一般情況下采用以下分級：

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)。

7.5 張拉操作的注意事項

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象；張拉過程中，升荷速率每分鐘不超過設計應力的10%。當達到每一級控制力后穩壓5 min即可進行下一級張拉，達到最后一級張拉控制力后，穩壓10 min即可鎖定。錨索在鎖定后48 h內，若發現預應力損失大于設計張拉值的10%時，應進行補償張拉；張拉時，千斤頂后面不能站人或從后面穿過，以防萬一，保證施工安全。張拉時，如果錨頭處出現滑絲、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。當斷絲、滑絲數量超過允許值時(每束中鋼絲拉斷數量允許1根)，將更換鋼束，重新張拉。

在張拉結束7 d后，根據錨索張拉力監測結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。

理論伸長值計算公式：

△L=PL/EA

式中 △L為鋼絞線理論計算伸長值，mm；P為施加于鋼絞線的載荷，為錨索總荷載除以鋼絞線根數，N；E為鋼絞線彈性模量，(1.95±0.1)×105MPa；A為鋼絞線截面積，140 mm2；L為鋼絞線計算長度，mm。

8 結 語

該工程左壩肩高邊坡巖石強風化嚴重、極為破碎，錨索造孔時塌孔、多次掃孔無法成孔，嚴重影響施工進度，通過采用灌漿固壁再鉆進循環作業的造孔方法與跟管固壁方法試驗結果進行綜合比較后得知，對于本工程，在多級高邊坡強風化閃長巖特殊地質條件下，錨索造孔采用跟管固壁工藝在技術上解決了施工難題，質量能夠得到保證，極大地加快了施工進度，同時，跟管拔出后可重復利用，工程總成本大大降低。因此，錨索造孔采用跟管固壁法施工工藝在該工程特殊地質條件下的成功應用，可作為類似工程地質情況下錨索鉆孔施工的參考。