黃金峽水利樞紐左岸高邊坡采用的預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

張 建 剛， 唐 小 保， 陳 貝

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

黃金峽水利樞紐位于陜西南部漢中盆地以東洋縣境內(nèi)的漢江干流上游峽谷段，為引漢濟(jì)渭工程的主要水源之一，也是漢江上游干流河段規(guī)劃中的第一個(gè)開發(fā)梯級(jí)，壩址下游55 km處為石泉水電站。該工程的建設(shè)任務(wù)以供水為主，兼顧發(fā)電，改善水運(yùn)條件。左岸邊坡高239 m，每隔15 m設(shè)置一級(jí)馬道，共16級(jí)馬道，馬道寬度為3 m，邊坡坡比為1∶1.2～1∶0.7。邊坡支護(hù)形式為系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴C20混凝土+預(yù)應(yīng)力錨索+鋼筋混凝土格構(gòu)梁及鋼筋混凝土面板等，在開挖范圍外5 m處設(shè)置RX-050型柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和混凝土截水溝。

左岸壩肩自然邊坡地形坡度為37°～39°，大部分基巖裸露，局部覆蓋少量殘坡積碎石土。邊坡基巖為閃長(zhǎng)巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚5～34 m，弱風(fēng)化上帶厚5～23 m；弱風(fēng)化下帶臨近坡腳部位厚5～22 m；弱風(fēng)化下帶以下為微新巖體；開挖揭示邊坡巖體破碎，基巖裂隙發(fā)育，斷層縱橫交錯(cuò)切割，規(guī)模較大且有不利結(jié)構(gòu)塊體存在。項(xiàng)目部經(jīng)研究后決定采用預(yù)應(yīng)力錨索予以加固。

高邊坡錨索設(shè)計(jì)為1 000 kN級(jí)和1 500 kN級(jí)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，其中1 000 kN級(jí)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索共655根，由7根無(wú)黏結(jié)鋼絞線組成，均勻分布在隔離架圓環(huán)上，隔離架中空，設(shè)直徑為25 mm的灌漿管，內(nèi)錨固段長(zhǎng)度為8 m，入弱風(fēng)化巖體，需將鋼絞線外側(cè)PE管剝掉洗干凈油脂。內(nèi)錨固段以外的鋼絞線帶PE管，規(guī)格為直徑18.2 mm，在鋼絞線外側(cè)設(shè)有HDPE單壁雙波紋管，最外側(cè)為對(duì)中支架。錨索下傾100布置，鉆孔孔徑為150 mm，錨墩混凝土為C35(7 d)，錨墩二期封錨混凝土為C25(28 d)，超載鎖定值為1 100 kN。1 500 kN級(jí)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索共22束，其與1 000 kN級(jí)的區(qū)別主要為鉆孔孔徑為165 mm，鋼絞線為11根(隔離支架內(nèi)側(cè)4根，外側(cè)7根)，超載鎖定值為1 650 kN。

2 主要工程材料

2.1 錨索體材料

預(yù)應(yīng)力錨索系從國(guó)內(nèi)品質(zhì)優(yōu)良、信譽(yù)好的大廠家購(gòu)買，鋼絞線出廠應(yīng)有出廠合格證，對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼絞線要進(jìn)行直徑檢查和外觀檢查。對(duì)于銹蝕、缺損及化學(xué)污染者不能使用。鋼絞線存放應(yīng)采取嚴(yán)格的防銹蝕及防化學(xué)污染措施。外錨頭的鋼墊板、錨板、夾片等材料的綜合性能應(yīng)符合國(guó)家關(guān)于鋼材質(zhì)量的有關(guān)規(guī)定，各種部件材質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到鋼材極限抗拉強(qiáng)度的95%以上，預(yù)應(yīng)力錨具的性能和質(zhì)量應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連機(jī)器》GB/T 14370-2007等標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定。

2.2 水泥及外加劑

灌漿用的水泥采用52.5級(jí)“堯柏”牌普通硅酸鹽水泥，外加劑采用HT-HPC聚羧酸高性能減水劑，進(jìn)場(chǎng)水泥和外加劑均應(yīng)有出廠產(chǎn)品合格證，進(jìn)場(chǎng)后按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，嚴(yán)禁將不合格的材料用于該工程。

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)的控制要點(diǎn)

3.1 工藝流程

錨索施工工藝流程見圖1。

圖1 錨索施工工藝流程圖

3.2 施工前的坡面清理

由于邊坡巖體破碎，開挖后坡面殘留松動(dòng)的塊體。因此，在錨索施工之前需進(jìn)行人工撬除，然后再進(jìn)行坡面聯(lián)合驗(yàn)收。對(duì)于開挖之后坡面為松散體的部位，除了清理松散體之外，應(yīng)先噴一層混凝土進(jìn)行封閉后再進(jìn)行錨索施工。

3.3 腳手架

錨索施工腳手架按承重排架搭設(shè)，施工之前，需要編制腳手架專項(xiàng)安全施工方案，經(jīng)總監(jiān)理工程師審批后嚴(yán)格按照方案中計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行搭設(shè)，連墻件必須牢固可靠，剪刀撐、掃地桿、爬梯、安全網(wǎng)、走道板必須按要求設(shè)置，搭設(shè)完成后經(jīng)驗(yàn)收合格后方準(zhǔn)許上架作業(yè)。

3.4 錨孔的測(cè)量定位

在錨索造孔前，由專業(yè)測(cè)量人員按照設(shè)計(jì)要求的間排距在坡面放出錨索孔位置，孔位偏差不超過(guò)±50 mm。

3.5 鉆機(jī)的架設(shè)及造孔

錨索造孔采用YG-60型工程鉆機(jī)，鉆進(jìn)深度可達(dá)60～70 m，鉆孔直徑范圍為110～180 mm，鉆孔傾角為0°～90°。

造孔時(shí)嚴(yán)格按照測(cè)量放的錨索孔點(diǎn)位調(diào)整好傾角和方位角，準(zhǔn)確安裝并固定鉆機(jī)，經(jīng)技術(shù)人員檢查準(zhǔn)確無(wú)誤后方可開鉆。孔位允許偏差不大于10 cm，鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)糾偏并測(cè)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，超深不能大于20 cm，端頭錨固孔的孔斜誤差不能大于孔深的2%，鉆孔孔徑為150 mm和165 mm兩種。鉆孔過(guò)程中，每鉆進(jìn)2 m做好巖粉取樣和鉆孔記錄，以便較準(zhǔn)確地判斷內(nèi)錨固段巖石的情況，內(nèi)錨固段的質(zhì)量對(duì)錨索的成敗至關(guān)重要，鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，如內(nèi)錨固段符合設(shè)計(jì)要求的巖體長(zhǎng)度不滿足設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)度時(shí)需及時(shí)提出來(lái)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)后增加孔深，以保證有效的內(nèi)錨固段深度。

對(duì)于造孔過(guò)程中發(fā)生的塌孔、卡鉆、多次掃孔仍不能成孔的問題，采用跟管法跟進(jìn)造孔施工予以妥善解決；對(duì)于造孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的空腔情況，采用濃水泥砂漿灌漿后再次進(jìn)行造孔施工后達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.6 錨索制作

錨索制作設(shè)置專門的加工場(chǎng)地，布置在所施工邊坡馬道的上游端頭平臺(tái)，搭設(shè)彩鋼棚遮陽(yáng)和防雨。錨索制作有以下幾道工序：(1)鋼絞線下料：鋼絞線切割采用砂輪切割機(jī)，要求切口整齊、無(wú)散頭，鋼絞線在全長(zhǎng)范圍內(nèi)不允許有接頭或連接器。(2)內(nèi)錨固段去皮洗油：內(nèi)錨固段鋼絞線按設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)度8 m洗油，首先松開鋼絞線，用鋸末逐根裹掉油污，然后用棉紗反復(fù)擦干凈。(3)編制錨索體：將灌漿管、內(nèi)圈鋼絞線、外圈鋼絞線捆扎成一束。

3.7 錨索的運(yùn)輸及安裝

錨索從制作平臺(tái)由人工搬運(yùn)至安裝部位。錨索造孔完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行錨索的安裝，避免產(chǎn)生塌孔和孔內(nèi)污染。錨索安裝前，再次用高壓風(fēng)對(duì)孔進(jìn)行清理，避免留存巖體殘?jiān)绊懙秸Ｏ洛^和錨孔質(zhì)量。在安裝過(guò)程中，防止彎折、扭轉(zhuǎn)并不能損壞隔離架、波紋管、注漿管及其他附件。入孔時(shí)不能過(guò)多地來(lái)回抽動(dòng)錨索體，穿索時(shí)不能損壞錨索結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)予以更換，該錨索報(bào)廢。

3.8 錨索灌漿

錨索孔的灌漿水泥按照設(shè)計(jì)要求采用52.5級(jí)“堯柏”牌普通硅酸鹽水泥，水泥漿標(biāo)號(hào)為M35(7 d)，灌漿采用水泥濃漿灌注，水泥漿水灰比為0.35～0.4∶1，不含硫化物及氯化物等對(duì)鋼絞線有害的物質(zhì)，配合比及外加劑摻量通過(guò)試驗(yàn)確定。灌漿時(shí)由灌漿管進(jìn)漿，在排氣管上安裝壓力表，采用有壓循環(huán)灌漿法。開始灌漿時(shí)，敞開排氣管以排出氣體、水和稀漿，回濃漿時(shí)逐步關(guān)閉排氣閥，使回漿壓力達(dá)到0.2～0.3 MPa；吸漿率小于0.4 L/min時(shí)，屏漿30 min，即可結(jié)束灌漿。

3.9 格構(gòu)梁及錨墩施工

灌漿完成后，先進(jìn)行鋼筋混凝土格構(gòu)梁施工，再進(jìn)行錨墩施工。混凝土采用10 m3混凝土攪拌罐車從布置在壩肩上游的柳樹溝拌和站接料后運(yùn)至施工部位的上一級(jí)馬道上游端，然后通過(guò)溜筒和人工推膠輪車并結(jié)合0.03 m3膠桶裝混凝土運(yùn)輸至倉(cāng)號(hào)澆筑。

3.10 錨索張拉

錨墩混凝土澆筑達(dá)到設(shè)計(jì)齡期且灌漿漿材達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行錨索張拉施工，張拉前要計(jì)算每根錨索的理論伸長(zhǎng)值。為保證張拉控制力的準(zhǔn)確性，張拉設(shè)備如千斤頂、油管、壓力表等要提前進(jìn)行率定，以確保張拉值的準(zhǔn)確性。

(1)張拉器具及安裝。張拉器具：ZB4/500S型電動(dòng)油泵，YCW200D-200型千斤頂，OVM15系列錨具及限位板。

(2)張拉條件的準(zhǔn)備。錨索張拉在錨墩混凝土澆筑達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后經(jīng)監(jiān)理工程師同意后進(jìn)行。

(3)單根張拉分級(jí)。為保證組成錨索的每一根鋼絞線受力均勻，張拉時(shí)先對(duì)單根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊張拉力為30 kN，再進(jìn)行整束張拉。張拉時(shí)按照以下拉力分級(jí)進(jìn)行并做好準(zhǔn)確記錄：

1 000 kN張拉力分級(jí)為：逐根預(yù)緊→500 kN→750 kN→1 000 kN→1 100 kN(超載鎖定)；

1 500 kN張拉力分級(jí)為：逐根預(yù)緊→750 kN→1 200 kN→1 500 kN→1 650 kN(超載鎖定)。

(4)張拉操作注意事項(xiàng)。

①在進(jìn)行初張拉時(shí)，在鋼絞線上劃線作為測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)量的標(biāo)志點(diǎn)，并檢查鋼絞線有無(wú)滑絲現(xiàn)象。

②張拉過(guò)程中，升荷速率每分鐘不超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的10%.當(dāng)達(dá)到每一級(jí)控制力后穩(wěn)壓5 min即可進(jìn)行下一級(jí)張拉，達(dá)到最后一級(jí)張拉控制力后，穩(wěn)壓10 min即可鎖定。錨索在鎖定后48 h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于設(shè)計(jì)張拉值的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

③張拉時(shí)，千斤頂后面不能站人或從后面穿過(guò)，以防萬(wàn)一。張拉時(shí)如果錨頭處出現(xiàn)滑絲、斷絲或錨具損壞，應(yīng)立即停止操作并進(jìn)行檢查，同時(shí)做好詳細(xì)記錄。

(5)在張拉結(jié)束7 d后，根據(jù)錨索張拉力監(jiān)測(cè)結(jié)果決定是否需要補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉過(guò)程同前述分級(jí)的最后一級(jí)荷載張拉。

3.11 封 錨

錨索張拉鎖定完畢，卸下工具錨及千斤頂后從工作錨具外端量起，封錨時(shí)錨板外鋼絞線的預(yù)留長(zhǎng)度為5～10 cm，其余部分用砂輪切割機(jī)截去，最后澆筑二期混凝土封錨保護(hù)。澆筑前將錨具、鋼絞線外露頭、鋼墊板表面進(jìn)行清理并涂刷一層環(huán)氧基液。

4 結(jié) 語(yǔ)

錨索在水利工程邊坡加固施工中得到了廣泛應(yīng)用，錨索作為深層加固技術(shù)措施，主要應(yīng)用于邊坡已經(jīng)出現(xiàn)變形或?qū)吰伦冃我髧?yán)格的部位。錨索的一端錨固在變形面、松散及破碎巖體以內(nèi)的穩(wěn)定巖體中，另一端通過(guò)錨墩固定于坡面上，筆者在文中提到的黃金峽水利樞紐左岸高邊坡由于為強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖且其覆蓋層較厚，表面松散、破碎且存在不穩(wěn)定塊體，遂采用了1 000 kN和1 500 kN級(jí)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索深層加固施工技術(shù)，并在錨索外側(cè)加設(shè)了混凝土格構(gòu)梁及面板，從根本上改善了巖體的力學(xué)性能，有效地控制了巖體的變形，提高了邊坡的整體性和穩(wěn)定性，達(dá)到了邊坡治理的目的。筆者對(duì)黃金峽水利樞紐左壩肩高邊坡強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖地質(zhì)條件下錨索施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。