铜湾水电站边坡预应力锚索施工技术总结

摘 要：复杂的地质条件下，边坡开挖后有效的支护方式对边坡稳定、生产进度、施工安全相当的重要，文章主要通过对锚索施工的工艺流程及常规岩体和堆积体的成孔方式、机械设备选用、安全等方面因素分析铜湾水电站高边坡的施工特点。

关键词：铜湾水电站；高边坡；施工技术；工程施工特点

1 概述

铜湾水电站位于怀化市中方县境内，为湖南省境内沅水干流梯级开发的第五级。电站厂房位于河岸右岸。右岸自然边坡角38°～45°坡顶高度220m以上，岸坡大都基岩裸露。地表分布有第四纪松散堆积层，主要成分为碎块石夹粘土。该地层不具备任何稳定性，同时也是含水地层，当含水量达到一定程度后，极易产生液化现象。地层主要为震旦纪下统南砣冰啧岩组，岩性为含砾砂质板岩。

1.1 边坡开挖后的岩石特性

从现场出露地层分析。施工部位岩石节理十分发育。在边坡开挖后，由于岩层应力的重新分布，从而导致岩层卸荷裂隙的产生。由于节理、卸荷裂隙、层面的共同作用，导致整个边坡潜在的不稳定性。

1.2 锚索的分布

右岸边坡分4个区域进行开挖、支护，即1#，2#，3#，4#边坡。支护采用无粘结预应力锚索1000KN、2000KN两种，锚索长度为35m与40m交叉布置，孔径φ130mm，锚固段为8m；其中1#山头2000KN锚索长度为45m与50m交叉布置，孔径采用φ150mm，两束之间间距为6m。

从边坡开挖后的地质情况看1#边坡主要由砂土、碎石、块石堆积而成的堆积体边坡。2#边坡为岩石边坡，下游侧有一F2断层。3#边坡上游侧为碎石砂土，下游侧为岩石边坡。4#边坡为孤石堆积而成的堆积体与岩石体混合而成的边坡。

2 锚索施工工艺

2.1 施工准备及锚索孔定位

施工前采用φ40钢管搭设4.0m×3.0m脚手架及施工所需平台并予以加固。孔位测放由专业测量人员用全站仪对开孔孔位高程、角度等进行现场测放，进行简单标示。

2.2 锚索钻孔

边坡锚索钻孔主要采用YG-80型、100B型国产工程钻机，钻头采用直径150mm130mm，冲击器采用CIR-130或CIR-110，钻杆采用ф89mm或ф75mm。100T孔深35m和40m交叉布置，孔径为φ130mm，200T孔深45m和50m交叉布置，孔径为φ150mm，局部由于锚固段未达到完整基岩故加深至60m，孔径锚索孔角度α=30°，孔位偏差控制在10cm。

2.3 锚索制安

2.3.1 锚索制作：施工所用刚绞线为国产1860级7φ5钢绞线，长度100T为36.5m、和41.5m，200T为46.5m和51.5m（根据孔深确定）。内锚固段去皮去油用锯沫逐根清除后，再用棉纱檫干净，将灌浆管、排气管、内圈钢绞线、外圈钢绞线捆扎成一束，钢绞线与灌浆管、排气管之间用隔离支架分离，后用无锌铅丝绑扎，安装好灌浆管、排气管，后检查通畅情况，合格后架空存放。

2.3.2 锚索安装：锚索入孔安装以人工为主，入孔时保持平顺，均匀推进，无旋转锚索，以防止损坏索体结构。

2.4 锚墩施工

锚墩基础挖至基岩面，基础清洗干净后进行钢筋制作安装，安装钢套管及钢垫板，安装完成后立模浇筑，锚墩砼为C35（7d），Ⅰ级配。

2.5 锚索灌浆

在锚墩拆除模板后，进行锚索灌浆。灌浆设备采用ZJ-401型制浆机，灌浆泵采用SGB6-10型高压灌浆泵，灌浆采用有压循环灌浆法，所用水泥的强度等级为P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1，灌浆压力0.2～0.3Mpa，当排气管有浓浆连续排出时，停止灌浆。

2.6 锚索张拉

内锚固段灌浆和张拉垫墩混凝土达到设计强度后，进行锚索张拉，张拉前对每根锚索进行了理论伸长值计算。千斤顶采用YCB250B型，电动油泵采用ZB4-5002型。

张拉工序为：张拉准备→工作锚具安装→预紧→整体张拉千斤顶安装→分级张拉→达到设计张拉力→稳定锁定。

2.7 封锚

从工作锚具外端量起，留100mm钢绞线，其余部分割除，锚头作永久防腐处理。将锚具、钢绞线外漏头、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清理干净，并将锚墩砼结合面凿毛用C25砼封闭。

3 施工特点及初期锚索施工中遇到的主要问题

3.1 岩石边坡锚索施工存在的问题

铜湾电站岩石边坡锚索施工多采用常规风动潜孔钻施工成孔的方法，由于地层岩体破碎，裂隙孔洞多，在钻进过程中频繁发生孔间大范围长距离跑风、漏气和塌孔现象。为了达到成孔的目的而采取反复固结护壁灌浆，多次扫孔成孔，对大裂隙、空洞采取堵、灌、填、结合的方法完成锚索孔的成孔施工。

3.2 堆积体边坡锚索施工存在的问题

由于堆积体地层为块石碎石砂土和孤石组成，地层结构松散。堆积体厚度平均37m，最大厚度50m。碎石、块石、孤石含量约占35%～50%，砂土约占50%～65%，块石间形成架空结构，孤石间为碎石`砂土结构软弱夹层，结构松散，常规的钻孔施工工艺方法和锚索孔护壁灌浆的工艺方法显然无法成孔，是1#边坡施工中面临的最突出的问题之一。

4 锚索施工成孔技术

4.1 岩石边坡锚索成孔技术

4.1.1 普通冲击钻成孔工艺

在施工右岸3#、4#岩石边坡时主要采用YG-80、100B型等型号的国产工程钻机，钻头采用直径150mm130mm，冲击器采用CIR-130或CIR-110，钻杆采用ф89mm或ф75mm。在比较小的裂隙破碎带，岩石情况比较好的微风化或弱风化岩石中一般每小时成孔4m～8m。

4.1.2 螺旋钻成孔工艺

组合螺旋钻是在常规冲击钻钻杆的基础上焊接厚6mm，旋距15mm高度20mm螺旋钢板制成的特殊钻杆，其工作原理是通过螺旋钻杆旋转掎推周围石渣，使其排除孔外，这种工艺对于钻进过程中出现的跑风漏气无法用高压风排出的石渣比较适用。

4.2 堆积体边坡锚索成孔工艺

在1#边坡堆积体进行锚索施工时，参照其它工程及左岸另一施工方的经验，成孔技术选用偏心跟管钻进的方法，其基本原理是钻进时偏心锤头在套管靴前偏出，通过与花键导向体内置嵌卡机构带动回转切削岩石，同时锤头体利用冲击器的冲击力，冲击破碎岩石，钻出比套管靴外径大的钻孔，使连接套管随钻孔加深同步跟进，达到保护已钻出的钻孔孔壁的目的，当跟管到所需深度后偏心钻具收缩从套管内孔中提出孔外，安装锚索后拔出套管。

5 结束语

铜湾水电站右岸边坡在开挖过程中，3#、4#山头出现了多次塌方，开挖开口线比原设计高出70m左右（边坡垂直高为160m），如此高的边坡在同类灌流式电站中很少见，3#、4#山头边坡支护方式进行了多次调整，后确定用无粘结锚索进行支护，砂浆锚杆，挂网喷砼作为辅助边坡稳定支护。无粘结锚索在施工中严格控制好每一道施工程序，每到工序均一次性验收合格，无返工。

作者简介：杨应（1981，2-），男，甘肃省定西人，四川水利职业技术学院工程勘察设计院助理工程师，主要研究方向为水利水电工程设计。