水電站料場(chǎng)邊坡支護(hù)中預(yù)應(yīng)力錨桿的施工技術(shù)

黃 田

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

預(yù)應(yīng)力錨桿在邊坡加固、結(jié)構(gòu)物抗浮加固、深基坑圍護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不僅能達(dá)到加固效果，而且能顯著提高工程效益。但由于預(yù)應(yīng)力錨索的施工工藝涉及到許多細(xì)節(jié)問(wèn)題，因此，為了使其充分發(fā)揮作用，必須加強(qiáng)施工工藝質(zhì)量控制。

1 工程概況

楊房溝電站砂石項(xiàng)目水電站料場(chǎng)邊坡坡率為1∶0.75，高度71.6 m，防護(hù)裝置采用錨桿框架格構(gòu)。邊坡為九級(jí)邊坡，每級(jí)坡高8.0 m，兩級(jí)邊坡間設(shè)置2.0 m 的平臺(tái)，邊坡較陡。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，邊坡場(chǎng)區(qū)為一般第四系坡積層及燕山期基巖。為了確保在施工過(guò)程中邊坡的穩(wěn)定性，采用了混凝土護(hù)壁和預(yù)應(yīng)力錨桿兩種方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行加固，每一種方法都采用2 m×2 m 的排列來(lái)布置預(yù)應(yīng)力錨桿，工程共使用117 根錨桿。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝

2.1 施工方案

針對(duì)本項(xiàng)目提出的預(yù)應(yīng)力錨桿采用末端錨固形式，結(jié)合具體施工條件，提出錨固施工方案：錨固段，噴入水泥泥卷錨固劑，張拉段噴入緩凝砂漿液，確保了內(nèi)外段的無(wú)縫連接。預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 準(zhǔn)備工作

2.2.1 材料準(zhǔn)備

主要材料包括：根據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T 20065—2006）的相關(guān)要求，采用Φ32 mm的PSB830 精軋螺紋鋼筋；速凝錨固劑、緩凝錨固劑；強(qiáng)度等級(jí)為42.5 的普通硅酸鹽水泥，輔以外加劑，用于改善漿液的性能，外加劑的用量根據(jù)配合比試驗(yàn)結(jié)果而定。

錨固附件由鋼墊板、球形墊圈和螺絲組成，鋼墊板的加工過(guò)程中，根據(jù)所購(gòu)特殊螺絲的絲牙設(shè)計(jì)，車絲的長(zhǎng)度為30 cm。為了減少插桿的阻力，桿的一端需要削尖，為了保證桿的錯(cuò)位保護(hù)，在桿的另一端設(shè)置對(duì)中支撐，從桿體兩端開始，按2.5 m 的間距依次設(shè)置4 根Φ8 mm 的圓鋼，均點(diǎn)焊至桿體，形成一處對(duì)中支撐。孔口鋼墊板采用的是尺寸為25 cm×25 cm×2 cm 的普通銅板，梅花形布置，內(nèi)徑略大于錨桿的直徑[1]。

2.2.2 設(shè)備準(zhǔn)備

預(yù)應(yīng)力錨桿的施工設(shè)備：DQY-1 地質(zhì)指南針、徠卡TC1700 全站儀、IOOB 潛孔鉆、螺紋滾絲機(jī)、空氣壓縮機(jī)、注漿機(jī)各1 臺(tái)；MQ-30 錨固風(fēng)槍1 把；TG-2000 扭力扳手2 把。

3 預(yù)應(yīng)力錨桿施工

3.1 鉆孔與錨桿安裝

1）按設(shè)計(jì)圖紙要求，在指定位置鉆出預(yù)應(yīng)力錨桿孔，孔位偏差≤10 mm，孔斜偏差≤2°，錨桿孔深要比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度增加40 cm，這樣才能將不能被清理掉的巖屑和石渣保留下來(lái)。口徑偏差≤口徑的3%。在鉆探時(shí)，若發(fā)現(xiàn)錨固區(qū)段處于強(qiáng)烈風(fēng)化或斷裂破裂的地帶，及時(shí)與監(jiān)理工程師就實(shí)際情況進(jìn)行溝通，進(jìn)行深鉆，直至實(shí)際鉆孔效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

2）預(yù)應(yīng)力錨桿孔的直徑為110 mm，可使錨桿、注漿管及回漿管同步進(jìn)入。

3）在鉆進(jìn)的同時(shí)，要對(duì)鉆孔的斜度進(jìn)行分段測(cè)量，并對(duì)鉆孔后的斜度進(jìn)行校正。

4）打孔結(jié)束后，應(yīng)用高壓風(fēng)水設(shè)備交替沖洗打孔，使打孔的水變得清澈和干燥。當(dāng)?shù)貙又杏袔r溶、斷層、泥質(zhì)充填時(shí)，為了避免地層失水，應(yīng)使用高壓空氣對(duì)鉆孔中的塵埃進(jìn)行清除。

為防止井眼坍塌，應(yīng)加大井眼檢查力度，在井眼檢查合格后，及時(shí)組織井眼的插眼和注水工作。

3.2 裝水泥藥卷

在給錨孔裝藥之前，施工人員應(yīng)用一根長(zhǎng)桿探知井深，并在其上作記號(hào)。以設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)度（2.6 m）和鉆孔孔徑（58 mm）為基礎(chǔ)，通過(guò)體積法計(jì)算并與試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，得到了速凝水泥藥卷的用量為55 支。速凝混凝土藥片的浸漬時(shí)間以60 s～70 s 為宜，緩凝混凝土藥片的浸漬時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)10 s～15 s[2]。

速凝混凝土在達(dá)到使用要求后，首先用清水浸漬。在對(duì)藥卷進(jìn)行浸泡的過(guò)程中，可以使用送藥卷的風(fēng)槍，用高壓風(fēng)對(duì)錨孔進(jìn)行清理，將孔洞中的灰塵和積水排出，確保孔洞的清潔。當(dāng)藥卷被浸泡好之后，馬上用專用水泥藥卷風(fēng)槍將其送入到孔洞中的指定位置。在輸送速凝混凝土?xí)r，輸送管不能直接插入孔底，需選擇在距離孔底50 cm 處（避免輸送后撞到孔底反彈），輸送到所需1/3 時(shí)，將輸送管拔出1 m，然后再輸送1/3；物料管道向外延伸約1 m 至錨定區(qū)的外側(cè)，在此期間，完成剩余1/3 的速凝藥卷筒。在輸送速凝水泥藥卷后，將輸送管拔出1 m后馬上輸送緩凝劑（由于緩凝劑的初凝時(shí)間是45 min，為了確保錨桿的質(zhì)量，需要在一定時(shí)間內(nèi)完成）。在輸送緩凝混凝土藥卷時(shí)，同樣采取在輸送過(guò)程中邊輸送邊退管的方法，直到輸送完畢。在輸送水泥藥卷過(guò)程中，風(fēng)槍風(fēng)壓對(duì)其性能有很大的影響。當(dāng)風(fēng)壓太高時(shí)，進(jìn)給的藥卷將因壓力太大而從孔道中吹出；如果風(fēng)壓太低，會(huì)導(dǎo)致管道堵塞。因此，在一定的風(fēng)壓下，只有保持一定的穩(wěn)定性，才能確保錨桿的施工質(zhì)量。通過(guò)多次的測(cè)試和比較，空氣壓力宜控制在0.35 MPa～0.4 MPa（輸料管道的長(zhǎng)度約為20 m）。

3.3 錨桿及其附件安裝

緩凝水泥藥卷輸送完畢后，必須馬上進(jìn)行錨桿的安裝（如果延遲時(shí)間太長(zhǎng)，將增加安裝的難度）。桿體的安裝由手動(dòng)完成，首先將桿體內(nèi)的一端放入孔中，找到合適的夾角，手動(dòng)緩慢將桿體推進(jìn)到預(yù)定的位置。在推動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)緩慢地旋轉(zhuǎn)木棒，以保證木棒和膠粘劑的接觸均勻。因水泥藥卷為風(fēng)送型，所以孔隙中氣體較少，為了避免因氣體排出而造成膠凝材料損失，必須在插入時(shí)對(duì)孔隙進(jìn)行防護(hù)。當(dāng)球桿被推進(jìn)到指定的位置時(shí)，球桿就會(huì)停止推進(jìn)。但在實(shí)際施工過(guò)程中，膠凝材料會(huì)有小部分溢出，且洞口部分的充填也有一定缺陷，因此，在洞口部分的緩凝水泥藥卷充填和錨桿臨時(shí)錨固都需要人工完成。在安裝時(shí)，要注意防護(hù)好線頭，以免弄臟或損壞[3]。

在安裝完桿體之后，開始安裝錨桿配件（托板，螺絲帽等）。在工程實(shí)踐中，因受錨固段膠結(jié)物性質(zhì)的制約，張拉時(shí)段內(nèi)需要有足夠的強(qiáng)度，否則可能會(huì)在張拉時(shí)發(fā)生破壞，導(dǎo)致其失效，不能正常張拉。因此，在該工程中，采用與錨固段同一種速凝水泥藥卷（8604-K3），并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。為了防止樁基材料將樁基暴露段錨固得過(guò)緊，導(dǎo)致樁基張拉時(shí)不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在樁基暴露段上涂上鋰脂，套上橡皮管，將樁基暴露段與樁基材料隔絕開。在墊墩初凝之前，需及時(shí)對(duì)墊墩初凝過(guò)程中的托板進(jìn)行調(diào)整和安裝。支架需平放，并且要保證支架與支架的軸心相垂直，以保證支架在張拉時(shí)，支架應(yīng)力方向正確。在支架安裝完畢后，需安裝螺絲以固定支架。

3.4 錨固段注漿

使用MQ-30 特制的錨固風(fēng)槍，利用風(fēng)的力量，通過(guò)插在孔底的Φ40 mmPVC 注料管道，將錨固風(fēng)槍與主管道及注料管道相連，按照錨孔的深度和錨固段的長(zhǎng)度，在注料管道上貼一塊膠布以便控制其入孔的深度，采用風(fēng)水聯(lián)合法清洗鉆孔，待鉆孔清洗干凈后將注料管從孔底向外拔出35 cm，用風(fēng)槍將錨固劑注入孔內(nèi)。注漿采用的是水灰比為0.35∶1的水泥漿，水泥結(jié)石體7 d 強(qiáng)度為C35，配合比根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果而定，制定的配合比必須通過(guò)監(jiān)理工程師審批。外加劑可用于改善漿液的性能，但不可含有腐蝕錨桿的成分。錨固段注漿采用壓力注漿的方法，在進(jìn)漿管、回漿管上安裝壓力表，進(jìn)漿壓力設(shè)定為0.5 MPa，開始注漿前需要將回漿管中的水、稀漿和氣體清理干凈，連續(xù)注漿，回濃漿時(shí)根據(jù)實(shí)際注漿情況逐步關(guān)閉排氣閥，回漿壓力穩(wěn)定在0.2 MPa～0.4 MPa，吸漿率＜0.4 L/min，保持該狀態(tài)30 min，使?jié){液飽滿填充錨固段，即可結(jié)束注漿。

3.5 張拉段注漿

張拉段注漿在預(yù)應(yīng)力錨桿安裝就位后進(jìn)行，按比例配制緩凝砂漿，本工程采用的是粒度為2.5 mm以下的中細(xì)砂，攪拌時(shí)間至少需3 min，以保證砂漿稠度適中，使注漿管緩慢地向外擠壓，在距離孔口段1 m 左右時(shí)，需放慢速度，避免孔口段的注漿不充分，注漿結(jié)束后，及時(shí)用棉線封堵孔口。

3.6 墊板、墊圈和螺帽的安裝

張拉段注漿后，應(yīng)立即安裝孔內(nèi)鋼片、球形墊片及螺絲，并將墊片的位置調(diào)整至與錨桿軸心垂直，如果巖石表面平整，即便使用球形墊片也很難將螺絲調(diào)整至與墊片平行的狀態(tài)，可選擇用手錘錘擊將巖石部分鑿平，或者在巖石表面涂上適量的速凝錯(cuò)固劑，使其平整[4]。

外錨頭墊座可作為預(yù)應(yīng)力的承載結(jié)構(gòu)和傳遞結(jié)構(gòu)，屬于重要的預(yù)應(yīng)力錨桿施工輔助裝置，施工人員需規(guī)范制作外錨頭墊座。在注漿后、張拉前設(shè)置外錨頭墊座，采用混凝土澆筑成型或用鋼板制成，要求墊座表面與拉桿軸線垂直，墊座有足夠的強(qiáng)度。混凝土澆筑環(huán)節(jié)，需合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比，拌制后隨機(jī)抽樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；充分澆筑，有效振搗，以提高混凝土的密實(shí)度；澆筑后采取養(yǎng)護(hù)措施，避免開裂。若采用鋼板制作外錨頭墊座，應(yīng)在壓漿墊平后再設(shè)置墊座，防止墊座傾斜、失穩(wěn)。錨固張拉鎖定和封孔注漿均結(jié)束后，及時(shí)防護(hù)外錨頭。若錨桿在后續(xù)需補(bǔ)充張拉，暫時(shí)用帽蓋封閉錨頭，避免錨頭部位腐蝕。若錨桿無(wú)需補(bǔ)充張拉，將墊座周邊混凝土鑿毛，用細(xì)集料混凝土包封。

3.7 錨桿張拉與封閉錨頭

1）內(nèi)、外錨墩達(dá)設(shè)計(jì)齡期3 d 后，錨桿宜張拉。

2）在正式張拉前，先用設(shè)計(jì)軸向張力值的10%～20%大小的張力對(duì)錨桿進(jìn)行1 次～2 次預(yù)拉，使桿體保持平直。

3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案，預(yù)應(yīng)力錨桿拉力設(shè)計(jì)值為300 kN，超張拉力為330 kN，張拉等級(jí)及位移觀察時(shí)間見(jiàn)表1，達(dá)到張拉力的末級(jí)，并在10 min 內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即可鎖緊。

表1 錨桿張拉分級(jí)和位移觀測(cè)時(shí)間

4）如果錨索的預(yù)緊力超過(guò)了設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的105%，但不超過(guò)97%，則應(yīng)在48 h 之內(nèi)完成補(bǔ)償性張拉。

張拉順利完成，達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力后，自工作錨外端處預(yù)留40 mm 鋼筋，將剩余的鋼筋切斷，并對(duì)錨頭進(jìn)行永久性的防銹。

4 施工質(zhì)量控制

1）鉆孔期間出現(xiàn)縮孔、塌孔等問(wèn)題時(shí)，暫停鉆進(jìn)，采取固壁注漿措施，保障孔壁的穩(wěn)定性。注漿采用的是水泥砂漿和水玻璃的混合液，注漿壓力為0.4 MPa，注漿完成24 h 后，重新掃孔鉆進(jìn)。

2）遇滲水問(wèn)題時(shí)，按如下方法進(jìn)行處理：鉆孔期間或鉆孔完成后吹孔時(shí)，若孔內(nèi)無(wú)粉塵但吹出小石粒或團(tuán)粒，表明巖粉由于孔內(nèi)滲水而粘附在孔壁上，存在滲水問(wèn)題，若此時(shí)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，向孔中注入清水并用高壓風(fēng)清理干凈；若實(shí)際鉆孔深度未滿足孔深設(shè)計(jì)要求，暫停鉆進(jìn)，取出鉆具，清理孔內(nèi)各類不利于鉆孔的雜物后，繼續(xù)鉆進(jìn)；遇孔內(nèi)嚴(yán)重滲水的情況時(shí)，由于水的流動(dòng)較強(qiáng)而吹出泥漿和碎石，此時(shí)巖粉不再粘附至孔壁上，具備鉆進(jìn)的條件，但過(guò)量滲水會(huì)導(dǎo)致淹沒(méi)鉆機(jī)，需要拔出鉆機(jī)進(jìn)行壓力注漿。

3）全面清理錨孔內(nèi)的巖粉和石屑后才可向孔中放入錨桿體，其插入孔內(nèi)的深度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的95%及以上。精準(zhǔn)安裝錨桿，布設(shè)到位后加強(qiáng)防護(hù)，禁止隨意敲擊。鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)均需達(dá)標(biāo)，鉆孔深度不宜比規(guī)定值大200 mm，鉆頭直徑不應(yīng)比鉆孔直徑小3.0 mm。

5 邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包含x，y，z三個(gè)坐標(biāo)方向位移，測(cè)點(diǎn)布置在坡頂，坡頂測(cè)點(diǎn)各方向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 坡頂位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖2 可知：x坐標(biāo)方向位移量普遍不超過(guò)2 mm，基本不存在影響，可忽略；y坐標(biāo)方向，雖然前期有1 mm～2mm 的位移增量，但隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移而逐步減小，趨于穩(wěn)定；z坐標(biāo)方向，沉降變形量約為5 mm，無(wú)明顯的波動(dòng)。總體上，坡頂各測(cè)點(diǎn)x，y，z三個(gè)坐標(biāo)方向位移變形量均較小，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示坡頂基本維持穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水電站料場(chǎng)邊坡區(qū)極易存在較差的施工地質(zhì)情況，很難保證其穩(wěn)定，易發(fā)生滑塌。因此，需要根據(jù)路基邊坡滑塌病害的特征制定科學(xué)可行的處治方案，妥善解決邊坡滑塌問(wèn)題，保障出行安全。本文以具體工程為實(shí)例，詳細(xì)探討了邊坡支護(hù)中預(yù)應(yīng)力錨桿的施工技術(shù)要點(diǎn)，施工人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化施工技術(shù)，依據(jù)規(guī)范做好裝藥、注漿、張拉等各項(xiàng)施工作業(yè)，以防止高邊坡出現(xiàn)滑坡的情況，進(jìn)而提高高邊坡使用的安全性和穩(wěn)定性，降低安全事故的出現(xiàn)概率。