預應力錨桿在水電站邊坡巖石邊坡支護中的應用

徐超

摘 要：文章以預應力錨桿在河頭一級電站增效擴容改造工程為例，提出加固防護方案設計，介紹了使用的材料，并重點分析了邊坡支護工程中預應力錨桿的施工要求，可供參考。

關鍵詞：預應力錨桿 邊坡支護 增效擴容

1.工程概況

河頭一級電站位于廣東省北部的連平縣中南部，新豐江支流大席水上。壩址以上集雨面積450km2，干流河長52.14m，河流平均坡降4‰，總庫容612萬m3，正常高水位231m。河頭一級電站現狀設計水頭27.5m，設計流量3×9=27m3/s，裝機容量3×2000kW=6000kW，多年平均發電量2393萬kW.h，年利用小時3988h。工程建設任務是發電，規模為小（1）型電站，工程等別為Ⅳ。電站于1999年全面完工，主要建筑物由大壩、壓力鋼管以及發電廠房等組成。因發電車間升壓站及壓力管臨壩而建，每年汛期頻繁的開閘泄流以及大流量河水沖擊，造成升壓站至壩下壓力管側管墩近百米的山體出現淘空，嚴重危害了發電車間升壓站基礎設施及壓力管的安全，存在嚴重的安全隱患亟待解決。

通過對現場情況的考察發現，現狀右岸第一孔溢流壩在挑流消能時，由于挑射的水流直接沖刷到右岸的巖石邊坡，日積月累會導致右岸的邊坡失穩而脫落，局部地方會有崩塌的危險，同時由于電站右岸壓力管道就位于右岸邊坡附近，一旦右岸邊坡失穩勢必會導致壓力管道的破裂，從而給電站帶來巨大的安全隱患和經濟損失。因此，需對右岸巖石邊坡進行加固處理。

2.加固防護方案設計

現狀溢洪道右岸邊坡為強風化帶（Ⅳ）巖石邊坡，巖石呈灰黃色，分布在右岸壩外220m高程以上，由于右岸受構造影響，強風化帶下線埋藏較深，一般6～8m，巖石多呈松動架空狀態，節理裂隙發育，巖石表面有綠泥石、鐵質薄膜渲染，巖石強度較低。根據對邊坡的地質考察情況以及參照類似工程經驗，采用預應力錨桿的形式進行施工方案設計，工期較短，能確保水電站邊坡修護工期進度，并保障右岸邊坡的永久穩定。

預應力錨桿和預應力錨索采用同樣的加固原理，是將預應力錨桿穿過滑動面，外端固定在巖石面上，另一端固定在較為穩定的巖體中，在外端施加預應力，讓錨桿和巖體相互作用，以增加滑動面摩擦力，從而改變巖體的穩定度。通常情況下預應力錨桿會采用端頭錨固式，錨固采用機械式或者黏結式。

河頭一級水電站的增效擴容改造工程壓力管墩除險加固項目主要建設內容分為兩個部分。整體設計方案如下：

（1）右岸第一孔溢流壩的邊墩改造。鑿毛現狀右岸溢洪道邊墩50mm厚，露出原結構鋼筋面之后，用Φ22mm鋼筋與之焊接連接，保證Φ22mm鋼筋橫、縱向保持300mm的間距，通過水工模型試驗確定偏轉相應的挑射角度，然后澆筑該溢流壩邊墩。本次水工模型試驗需要研究右岸第一孔溢洪道挑流方案實施以后對溢流壩泄流能力、下泄水流流態和各段流態銜接情況，右岸邊坡附近的流速、流態等水流條件和邊坡自身穩定性情況，并提出優化改善措施或合理的布置方案。

（2）使用預應力錨桿對右岸巖石邊坡進行加固處理。在右岸邊坡坡腳處設置密排的豎向微型樁支護，內置14#工字鋼，樁間距1.0m，樁徑25cm，嵌入河道底高程以下4.5m，單樁全長為8.0m，樁頂設一道500×500mm的C25鋼筋砼冠梁，工字鋼伸入冠梁300mm，同時該邊坡采用C25鋼筋砼菱形框格梁錨桿支護，坡度1：1，菱形框格梁的截面尺寸350×300mm，嵌入坡面100mm，錨桿Φ32mm鋼筋，15～20m長的錨樁，與水平方向的傾角為30°，錨桿在坡面法向投影呈梅花型布置。

3.使用材料

（1）本次工程采用Φ32mm的預應力錨桿材料，級別為PSB830精軋螺紋鋼筋，其性能要符合《預應力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T 20065-2016）的標準。

（2）外加劑、摻合料以及水泥標準。水泥的強度等級為42.5的硅酸鹽或普通的硅酸鹽水泥，質量要符合《水工混凝土結構設計規范》（SL 191-2008）、《混凝土拌和用水標準》（JGJ 63-2006）等的規定，外加劑、摻合料的計量和質量要根據配合比實驗予以明確。

（3）骨料。本工程選用骨料原則堅持清潔、干燥、堅硬、無雜質等的標準砂料，細度≤2.8，粒徑≤2mm。

（4）其他的原料主要在河頭水電站所在縣城購買，要具有產品合格證書，尤其要對施工所需的主要材料如鋼筋、高強精軋螺紋鋼筋、骨料、摻合料等進行抽樣質量監測，由監理工程師予以確認批準后才投入使用。

4.預應力錨桿的施工要求

4.1施工工序

預應力錨桿的施工工序如下：鉆孔→插入帶灌漿管（錨桿）→灌漿封控→澆筑混凝土墩頭→安裝錨具、錨墊板等→測試、拉伸和錨固→封錨頭。每道工序在施工過程中都會有中期檢查，確保每道工序都在監理工程師的監督檢查后才能進行施工。

4.2組裝錨桿

預應力錨桿是由高強精軋螺紋鋼筋、隔離架、灌漿管、連接器和錨具等組成。組裝錨桿一般是在制作車間或有頂棚的地方完成，可以保護錨頭、錨桿組件和鋼筋等不受破壞或污染。

連接器主要是使鋼筋加長加固，因此其強度不能低于螺紋鋼筋，并且不能將之加固在內錨固段內。

無粘連處理錨桿的自由段，要在自由段的表面涂抹上防腐油脂，套上塑料套管，連接錨固段分別用膠帶和無鋅鉛絲封閉綁牢。

沿著桿體的縱向設置對中支架，標準是內錨固段每隔1.0m，張拉斷每隔2.0m設置一個，注意用無鋅鉛絲將對中支架、鋼筋、軟管、回漿管綁牢捆扎在一起，進漿管要用土工布單層包裹嚴實，防止孔端被異物堵塞。

4.3鉆孔

預應力錨桿的鉆孔，其傾斜度和孔位都要按照施工設計圖紙進行，孔位偏差要≤100mm，傾斜度偏差要≤2°，錨桿孔深應比設計長度大40cm，便于施工中容納無法清理的巖石碎屑，孔徑誤差應控制在3%以內。鉆孔孔徑為110mm，可同時插入灌漿管、錨桿以及回漿管，鉆孔時要注意進行分段測斜，及時糾正偏差。

鉆孔時如遇較多巖石碎屑、山體破裂或滲漏等現象，應當先進行灌漿封固，采用純壓式灌漿，壓力在0.1～0.3MPa之間，灌漿水泥為42.5硅酸鹽水泥，漿液為水泥砂漿、水泥漿。

4.4安裝

先對鉆孔進行檢查，確保一次能成功，如果有局部的坍塌現象，先進行灌漿封固和清掃處理。入孔時要注意不能多次抽動錨桿提，確保以均勻的速度和力度將錨桿插入鉆孔，現場加長錨桿時要注意先放進錨固段鋼筋，提前對張拉段進行無粘連處理，對連接器做無粘連處理和涂抹防腐油脂、捆扎，然后用連接器在孔口將做過處理的接長鋼筋進行對接，按照施工設計要求將對中支架和管路捆扎在接長的鋼筋上，將錨桿體安裝進鉆孔里。安裝后要立即檢查灌漿管和排氣管等。

4.5澆筑和灌漿

按照施工設計要求進行澆筑和灌漿，注意要清除現場松散的石塊、巖體等，確保巖面基礎穩定，所用材料，如硅酸鹽水泥、水泥砂漿等都要經監理工程師檢查批準后才能使用，灌漿時安裝壓力表，采用循環灌漿法，測試進漿、灌漿時的壓力。

4.6錨桿張拉測試

安裝、澆筑和灌裝后，在混凝土外錨墩達和內錨固段設計齡期3d后進行錨桿張拉測試，在正式張拉之前，抽取0.1～0.2設計軸向拉力進行1～2次預張拉，保證桿體平直，接觸緊密。本工程的預應力錨桿設計拉力為300kN，超張拉力≤330kN，根據表1，張拉力穩定在10min即符合設計要求。

5.結束語

綜上所述，河頭一級水電長右岸的邊坡支護施工采用預應力錨桿進行錨固，有效解決了該工程工期緊、難度大、邊坡支護排架跨度大的難題，不僅滿足了施工的質量要求，更為后續的邊坡支護整體工程贏得了時間。根據實驗室工藝實驗和現場施工檢查驗收，本工程中對預應力錨桿的施工是合理的，錨桿、鉆孔和注漿等都符合設計計劃的規范要求，取得了預期的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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