金橋水電站工程裂隙發育高大巖質邊坡預應力錨索的施工要點分析

趙海峰

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 預應力錨索加固原理

預應力錨索加固技術是一種把破碎松散巖體錨固在地層深部穩固巖體上的技術。通過施加預應力，使得錨固范圍內軟弱的巖體擠密、壓緊，提高巖層間的正壓力和摩阻力，阻止開裂松散巖體發生相對位移，從而達到加固邊坡的目的。通過錨索孔的高壓注漿，漿液能較好地對坡體內的裂隙和空隙進行充填、黏結，提高破碎巖體的整體性和強度，同時增強坡體的穩定性。預應力錨索施工流程，見圖1。

圖1 預應力錨索施工流程

2 施工背景

金橋水電工程右岸壩肩自然邊坡高陡，山頂與河床相對高差在500m左右，坡度50°～70°，壩肩部位前緣坡度接近90°。除局部緩坡部位有較薄的崩坡積覆蓋層外，大多數地段基巖裸露在外，巖性為白堊系花崗巖，呈巖株產出，夾雜輝綠玢巖巖脈。壩肩附近斷層構造較為發育，巖體內部裂隙也較發育。由于邊坡高大，整個巖體開挖方量大，因此采用“強支護代替大開挖的方式”對該邊坡進行加固。依據設計圖紙，除采用主、被動防護網，隨機錨桿和鋼筋樁支護之外，該工程還采用了1000kN全黏結式單束預應力錨索。每根錨索由7束φ15.2、抗拉強度為1860MPa的鋼絞線制成；錨索長度為35m、30m兩種，按照間排距4m布設。整體形成深淺、強弱搭配，特殊位置重點加強的加固方式，對該裂隙發育巖質邊坡進行加固。

3 施工難點及應對措施

3.1 鉆孔

巖石條件不同時，鉆進手段也有所不同；具體的鉆進方式依據實際情況確定。根據本工程的地質條件，鉆孔方式采用以下兩種：

a.堆積(坡積)體及全風化地層,優先采用“偏心鉆+根管”工藝。該工藝采用與錨索孔徑配套的專用地質無縫鋼管，在索體入孔后及時拔管，因此鋼管可循環利用。但有兩點需要注意：?根管長度不宜大于錨索張拉段長度的1/3；?為防止拔管失敗影響后期回填注漿效果，鋼管預先按一定要求加工成有利于漿液擴散的花管。

b.強風化、強卸荷地層原則上采用套管跟進法鉆孔。由于巖石條件差，在鉆進過程中要注意對照復勘地質資料，鉆到明顯判斷為斷層、空腔、密集節理帶、擠壓破碎帶等缺陷地層時，應采用全景攝像設備進行孔內攝錄，見圖2。確認存在較大孔隙空間(空腔)或張開度較大的裂隙時，暫停鉆進；對孔隙空間或張開度較大的裂隙進行處理之后再繼續鉆進，具體的處理方法見3.2.1。

圖2 鉆孔攝像全景

3.2 鉆進過程中地質缺陷處理

除了上述較大孔隙和較大裂隙的情況外，鉆進過程中還會遇到局部強風化地層卡鉆、漏風、不返渣、孔口返渣較粗等問題。在對這些地質缺陷進行處理時遵循以下三個原則：首先，采用固壁成孔灌漿的基本技術，即無壓(低壓)、濃漿、限流、間歇、待強灌漿的工藝流程；其次，遵照“質量第一、兼顧功效”的管理原則；第三，預判張拉段成孔固壁灌漿量消耗較大時，采用價格較低的P·C325水泥。根據以上原則，本工程主要采用以下兩種地質缺陷處理方法。

3.2.1 裂隙封堵法

在鉆孔施工過程中發現鉆進部位處于裂隙發育區域，如8號孔。根據現場記錄，鉆進到13m時發現了長度達10cm左右的裂隙。根據實際地質條件和加固要求，現場采取填砂、灌漿封堵方法對該裂隙進行加固處理。此外，對于裂隙較大或者大孔隙的情況，常常采用大量推入水泥球或者灌注高流態細石混凝土的方法對裂隙和孔隙進行封堵和填充。

3.2.2 灌漿固壁法

除了裂隙封堵法外，該工程還采用了灌漿固壁法。在進行10號、13號孔的鉆進時，遇到了局部強風化地層卡鉆、漏風、不返渣等致使無法鉆進的情況。施工人員經多次提鉆、反沖、增加風壓和扭矩后仍無法鉆進。經現場查勘和討論之后，現場采取了如下措施：

a.采用摻入速凝劑的P·C325水泥漿，濃度不小于1.85g/mL,流量不大于60L/min，并按300kg/m的灌注量控制。注漿管插入孔底并距孔底50cm開始注漿，以漿面蓋過注漿管口一定距離并能均勻拔出為宜，拔管速度需經生產性試驗后確定。每次加固段長不大于5.0m，相鄰加固段之間應設置不小于4h的間歇。

b.若未出現孔口返漿，則灌注成功后待強48h，然后進行掃孔繼續鉆進；若灌漿期間出現孔口返漿，可在灌注成功4h后利用高壓風將孔內多余漿液吹出孔外，以減少后期掃孔工程量，提高施工效率。按該原則10號孔口已經返漿，但13號孔口仍然不見漿液返出。為此，灌注13號孔時，水泥漿的流量、濃度不變,但灌注量增加到500kg/m。同時，按漿液重量的10%～30%向孔內摻砂，但注意不堵塞孔道。按此灌注量反復灌注3次，灌注成功48h后掃孔鉆進。

c.灌注過程中，及時觀察施工區表面裂隙和周邊鉆孔是否出現漏漿、串漿，及時發現及時封閉(采用干塑性砂漿)或者串聯灌注；遇到地勘平洞時應注意避免造成大量漏漿，產生巨大浪費。此外，灌漿記錄儀應定期檢查率定情況，各傳感器安裝部位采用封條封閉，管路不留支線路接口；信號傳輸線纜穿PVC套管，防止其他設備的干擾。

3.3 內錨段的地質缺陷處理

內錨段的施工對保證預應力尤其重要，應注意內錨段必須深入到基巖，且該部位巖體應較為完整，巖體的聲波波速不小于3500m/s(設計要求)。若內錨段出現地質缺陷處理時，應對其進行加固處理，具體步驟如下：

a.當鉆進過程中出現嚴重卡鉆，巖體風化破碎嚴重，不滿足內錨段地質條件要求時，應及時與設計和勘察單位進行交流，以加深或者內錨段原位補強的方式對內錨段進行加固。

b.當采用加深鉆孔時，則繼續加深鉆進一個內錨段(一般6～8m)。若該加深段的巖體完整性較好，滿足設計要求，則成孔完成。否則，按設計要求繼續鉆進，直至地質條件滿足設計要求；如延長孔深發現錨固段仍舊處于破碎帶上，則不適宜再繼續延長孔深，必須對錨固段進行加固處理，使其達到設計要求。

c.當采用固結灌漿時，則應按固結灌漿規范(水工建筑物水泥灌漿施工技術規范SL 62—2014)的要求進行施工作業。本工程中，內錨段固結灌漿采用PO425普通硅酸鹽水泥，通過灌漿改善內錨段的地質條件。灌漿加固后，對錨索孔進行檢測。采用聲波速檢測時，單孔測波速應大于3000m/s且加固后波速提升大于10%以上。兩個條件同時滿足時方可認為內錨段成孔完成。聲波探測儀成孔驗收合格后，進入下一道工序。

3.4 錨索安裝與灌漿

3.4.1 錨索安裝

錨索安裝前重新對鉆孔進行通孔檢查，對塌孔、掉塊進行清理或處理，不得欠深，對孔內集水采用高壓風吹干凈。錨索安裝前對錨索體進行詳細檢查，檢查止漿袋位置，排氣管位置及暢通情況，并核對錨索編號與鉆孔孔號，對損壞的配件進行修復和更換。

錨索宜采用人工為主、機械為輔的方法進行安裝。推送時用力要均勻一致，不得使錨索扭轉且入孔時索體的彎曲半徑必須大于5m，防止在推送過程中損壞錨索配件。在將錨索體推送至預定深度后，檢查排氣管和注漿管是否暢通，否則應拔出錨索體，排除故障后重新安放。

3.4.2 灌漿

依據錨索設計，錨索灌漿段分為內錨段和張拉段，見圖3。錨固段采用純水泥漿進行灌注，水泥漿的28d抗壓強度等級不得低于C40(或M40)，與圍巖的黏結強度不應低于1 MPa。張拉段灌漿與張拉及驗收的時間間隔宜為3～5d。一般在張拉鎖定并檢驗合格后，即可進行張拉段注漿，7d后做補封注漿。

圖3 預應力錨索結構圖(單位均以mm計，特殊說明除外)

對于采取固壁灌漿工藝造孔的錨索應在下索前進行全孔一次性灌注，其目的主要是防止下索過程中孔壁水泥掉塊導致下索失敗或者發生孔道回填注漿時持續灌注不滿的情況，一次性全孔灌注采用的水泥漿參數與設計孔道回填注漿的漿液參數完全一致。

3.5 錨索張拉及錨具安裝

3.5.1 錨索張拉

錨索張拉必須在外錨墩頭澆筑完成、達到設計強度并檢測合格后才能開始施工。錨墩混凝土澆筑在條件允許時可以與錨固段灌漿同時進行。澆筑前須對壁面進行清理，然后安裝模板，分層澆筑錨墩混凝土；澆筑時保證預埋套管與鉆孔同軸對中、臺座墊板與鉆孔垂直。

按預張拉、預應力張拉、補償張拉的程序進行張拉。預張拉采用逐根張拉，且必須進行2次以上預張拉，預張拉實際伸長值應大于預張拉理論值，且2次預張拉伸長值之差應在10%之間內，以使錨索各股鋼絞線受力均勻，然后再進行整體張拉。預張拉24h后，采用分級加荷的方式進行整體張拉，張拉的基本程序為：預緊→(穩壓5min)500kN→(穩壓5min)750kN→(穩壓5min)1000kN→(穩壓20min)1150kN(設計拉力為1000kN，超載系數為1.15)鎖定。分級張拉完成并鎖定48h后進行補償張拉，張拉方法與預應力張拉相同，張拉力為超張拉力。

此外，在上述地質缺陷地層進行錨索測力計安裝和錨索張拉時應該注意，采用單束張拉的，應結合測力計讀數并關注鋼絞線伸長值，即采用“雙控法”控制。由于缺陷地層塑性較大，容易發生單根鋼絞線破斷的情況，此問題在安裝測力計過程多次發生，應重點關注。

3.5.2 錨具安裝

在進行錨具安裝時，有以下幾個關鍵點：?錨板、夾片安裝時，必須徹底清掃鋼絞線、錨板錐孔和夾片，不得有油污、鐵屑、泥沙等雜物；?依次安裝好工作錨板、工作夾片和限位板，每個錨孔各裝入一套夾片，并輕輕打齊，夾片上不允許沾有灰塵，并使鋼絞線按相應的編號和位置穿過工作錨板，工作錨板應和錨墊板對中吻合；之后依次安裝液壓頂壓器、千斤頂，在千斤頂尾部安裝工具錨板；?工具錨夾片與工作錨夾片兩者不可混用，工具錨夾片使用次數一般 不宜超過生產廠家規定的使用次數；工作錨板、限位板和工具錨板之間的鋼絞線一定要保持順直，不能相互扭結，以保證張拉的順利進行。

4 結 語

預應力錨索在邊坡加固中的應用十分廣泛。但是，預應力巖土體錨固工程中被錨固巖土體通常存在各種缺陷且賦存條件復雜，使得前期地質勘探難以全面地反映出實際地質情況。本文以金橋水電站右壩肩邊坡預應力錨索加固工程為例，介紹了不良地質條件下錨桿的施工技術要點。包括：利用孔內成像儀器、聲波探測儀器等設備對地質缺陷進行探測；因地制宜選擇成孔方法，并利用裂隙封堵法和灌漿固壁法對地質缺陷進行處理。實踐表明：按照這些要點，該工程順利完工并發揮出了預期的加固作用；這些實踐經驗可供實踐類似工程參考借鑒。