Dr2危岩体预应力锚索栈桥设计与施工

袁宗洪，曾永军，徐 萍

（贵州省水利投资有限责任公司，贵州 贵阳550002）

1 工程概况

索风营水电站位于贵州省修文县与黔西县交界的乌江干流六广河段，是乌江干流上的第三个梯级电站。工程枢纽由辗压混凝土重力坝、右岸引水系统及地下厂房和左岸导流洞等组成，电站装机容量600 MW。最大坝高121.8 m，正常蓄水位837 m。

Dr2 危岩体位于右坝肩上方，主要地层岩性为T1m 灰岩。因受顺河向节理、裂隙切割（现场统计较为明显的有L1—L7 共7 组）形成临空高差大、壁陡的危岩体。其顶部高程1 085 m，底部高程870 m（出露部分高程930 m），体积约为78 万m3。底部为T1Y3泥岩，高程1 070 m 以上为T1m灰岩地层形成的缓坡平台，地形坡度10°～20°；下游侧高程960 m 以下为崩塌堆积体形成的斜坡，地形坡度24°～40°；下游侧高程900 m 以上崖面为柱状倒悬体。上游侧930～1 080 m 之间为T1m灰岩形成的陡壁，地形坡度大于70°，其中右上部呈楔形倒悬，其余崖面局部形成倒悬坡。计算分析认为该危岩体存在向外倾覆及向下座滑的可能性，崖面岩块也可能坠落，对大坝及电站进水口构成严重威胁，必须进行处理。

2 危岩体加固方案

为保证电站的安全运行，经多方案比选，最终确定对Dr2 危岩体进行整体加固处理。处理方案分为顶部、中部（崖面）、下部三部分。中部即崖面的处理方案主要为在崖面高程1 040～1 065 m 之间施工预应力锚索加固，共设计8 排176 索2 000 kN 锚索。

3 锚索栈桥设计方案

3.1 方案比选

由于锚索布置区域位于崖面中上部，其下方的910～940 m 高程布置有抗滑桩及锚固洞，为了保证抗滑桩及锚固洞的施工安全，必须先施工锚索，依靠锚索给危岩体施加一定锚固力量。要施工锚索必须分层修建施工平台，但现场的条件一是高程930～1 080 m 崖面为大于70°岩面，锚索施工段岩面近于垂直甚至倒悬；二是危岩下方最近的公路高程为840 m，高程930～840 m 之间为25°～40°的泥夹石陡坡，从840 m 高程只有一条小路至930 m 高程，因下方有电站取水口，要修建供机械设备通行的便道不太可能或工程量很大；三是高程1 080 m 上部仍然有30 m 高大于10°坡面。因此，要修建锚索施工平台难度极大。

为了能安全地实施锚索，施工前对平台修建方案进行了反复讨论，包括专家论证提出了2 种施工方案：

方案一。采用传统做法，搭设脚手架施工平台。大中型水库高危边坡通常采用预应力锚索加固，为了给造孔机械、编索、下设、注浆等提供施工条件，多采用脚手架管搭设平台。该方案存在以下问题：

1）材料垂直运输量大，不可能用塔吊（位于顶部）把众多小杆件从上部吊到整个面上，若从下部运输，则存在840 m 高程公路至930 m 高程平台间及930 m 高程平台到崖面的运输问题。因此要修建从840 m 高程公路至930 m 高程平台的便道供机械通行，因上述工程量大等原因，无法在短期内完成；另外，从930 m 高程平台至崖面的垂直运输无法解决。

2）需要采用人工在崖面搭建脚手架平台，崖面多危石，安全隐患大。

3）脚手架高100 多米，搭建的平台刚度低、承载力小，难以满足锚索钻孔、锚索安装需要。

方案二。从下部向上修建人行爬梯，然后在最低一层锚索栈桥下方先修建临时人行栈桥，再修建钢结构锚索栈桥。与方案一比较优点如下：

1）钢栈桥承载量大，宽度可满足锚索施工需要，能保证锚索施工的安全性。

2）修建爬梯及人行栈桥材料规格小，材料的人工运输量不大。

3）钢栈桥施工的关键是第一层，以上各层均可以下一层为支撑，而第一层又可以人行栈桥为支撑，施工组织循序渐进。第一层（每一层）钢栈桥施工的材料件数不多，可用塔从吊崖顶向下吊运，施工时间相对较短。

经过比选，最终选择了钢结构栈桥方案。

3.2 锚索栈桥设计方案

1）栈桥荷载设计荷载

栈桥所承受的荷载除自重外，还要考虑锚索造孔钻机的重量、操作人员的重量、锚索编索下索的荷载、造孔钻机的振动荷载及风荷载。考虑崖面岩体一般为强风化，安全系数取2.0。

2）锚索栈桥设计方案

锚索栈桥设计方案由施工方提出初步设计方案，委托专业设计单位验算，并经现场参建方反复论证并细化而成。

根据锚索布置及崖面状况，锚索施工栈桥设计为每层相对独立的单层受力钢体悬臂结构平台，共8 层，每层位于该排锚索下方1.0 m，桥面有效宽度为3.5 m，长度大于锚索布置范围。平台下部为间距1.2～1.6 m 人字形桁架梁，桁架梁上纵向安装［12 工字钢，工字钢顶部铺16 mm 钢板并相互连接。人字形桁架梁的水平梁及下文钢支撑均采用［字钢加工，用锚杆固定在岩壁上。

4 栈桥施工难点

根据有利于施工及材料再次利用的原则，施工顺序按自下而上进行，按设计方案，关键是修建人行栈桥。由于人行栈桥至顶部崖面的垂直高度为35 m，至底部缓坡面的高度超过100 m，栈桥所处崖面倾角大于70°，难度：

1）要修建人行栈桥，必须在崖面上打插锚杆，然后搭建平台，开始只有爬梯口范围一个小平台，钻孔机械难以固定，锚杆孔钻孔困难，锚杆安装也困难。

2）栈桥所处崖面多处出现反坡，还有转角，在这些位置栈桥管架与岩面距离加大，不但增加了钻孔难度，搭设栈桥的难度也大，搭好后其稳定性也差。

3）材料、机械设备从顶部向下运输路径最近，但上下运输工作量大，用塔吊吊运的话，操作人员与作业点之间因视线受阻，吊运十分困难。岩体表面凹凸不平，多风化松散岩块，锚杆钻孔难度较大；钢平台构件安装困难，平整度难保障。

4）栈桥距下方缓坡坡面有100 多米，崖面又比较破碎，对施工人员心里产生压力，构成极大安全隐患。

5 锚索栈桥施工技术

5.1 主要施工顺序

主要项目及顺序为：施工准备、修建人行栈桥、搭建栈桥工作桥（脚手架），修建第一层锚索栈桥（最低一层），搭设第二栈桥脚手架，修建第二锚索栈桥，以此类推。其中，最难也是最关键的是修建下部爬梯及人行栈桥。

5.2 施工准备

包括修建下部人行爬梯及在崖顶安装塔吊。修建930～1 037 m 人行爬梯前必须先选线再施工。首先根据测量图及结合现场情况选择路线，为了便于施工，尽量选择岩面相对完整、没有反坡的部位，而且要有几处缓坡段，以便修建转角平台；另外爬梯上口必须位于缓坡处，才能开始搭建起始段人行栈桥。爬梯用φ50 脚手管排架搭设，并用φ25 锚杆固定于岩面。

5.3 人行栈桥施工

人行栈桥位于高程1 037.2 m，设计宽度不小于1.5 m，采用φ50 脚手架管搭设，上铺竹跳板形成平台。脚手管架依靠2 排锚杆固定于岩面，下排锚杆与岩面交角为45°，上排与水平面夹角为5°。

人行桥栈采用悬挑法施工。首先在爬梯口搭设一个基础平台，然后向两端挑出一定长度的水平脚手管架，在挑出的管架上钻孔安插锚杆，再在锚杆上外露端套φ50 钢管，并将锚杆与架管焊接固定，最后将套上锚杆上的钢管与挑出的钢管连接并加密脚手架管即形成栈桥体，以此法向两端延伸直至完成。为便于锚杆与钢管连接，两排锚杆需外露1～1.5 m。

5.4 锚索栈桥工作桥施工

工作桥宽不小于1.5 m，采用双层脚手架结构，锚杆固定，顶面铺木板。第一层工作在人行栈桥上面搭设，支撑在人行栈桥上，第二层起支撑在下一层锚索栈桥上。

5.5 锚索栈桥施工

施工顺序：锚杆施工及型钢下料→钢构件拼装与焊接→座墩混凝土浇筑→桥面板铺设等。锚索栈桥施工的关键是安装人字形桁架梁。施工时先安装主梁（水平梁），再安装支撑梁（斜向），然后将两梁焊接连接。桁架梁（型钢）一端事先焊接连接钢板，再用φ36 砂浆锚杆固定在岩面。用锚杆将桁架梁初步固定后，再浇筑C30 混凝土座墩支承。

5.6 上下材料运输及交通

根据现场条件及运输量，人行爬梯及人行栈桥材料主要采用人工自下而上运输；锚索栈桥施工材料依靠塔吊自上而下吊运，另从上而下搭建爬梯供锚索栈桥施工人员通行。

5.7 施工安全措施

1）挑选年轻、机智且有经验施工作业及现场管理人员。

2）采用岩石电钻钻人行栈桥锚杆孔。岩石电钻采用清水冲走岩粉，转动平稳，有利于操控。若用风钻造孔开孔会出现跳动，且一旦风管漏风，修理较麻烦。

3）岩面破碎处、岩面转角处、反坡岩面，锚杆加密，必须保证锚杆下设深度。

4）为了保证栈桥制安质量，特别是人行栈桥钢管与锚杆间、钢管与钢管之间的连接可靠性，实行百分百检查制度。

6 锚索栈桥荷载试验

为了检证栈桥对于锚索对施工的安全可靠性，锚索施工前在第一层锚索栈桥上进行了荷载试验。

试验方案为：在第一层锚索栈桥上选取三段进行荷载试验，其中二段为地质条件较差的桥段、一段地质条件相对较好的桥段。每个试验段长5 m，在选段栈桥面上先施加静荷载及再在有安全保护措施的情况下施加动荷载。静荷载大小为施工最大荷载的1.5 倍，作用时间72 h；若没变形，再加上动何载，动何载作用时间24 h。每一试验阶段中，定期观测栈桥的横向变形量及栈桥桁架梁的焊缝开焊情况。

观测结果显示，静荷载作用下横向最大下沉量5 mm，动荷载作用下横向最大下沉量7 mm，小于设计要求的10 mm（不大于0.3%）；主梁与支撑梁、主梁与混凝土座墩的连接点均无裂缝。试验说明栈桥强度、刚度足够，施工质量可靠。

7 结 语

现锚索已施工完成，施工中也对锚索栈桥下沉量、横向桡度、焊缝连接进行了观测，观测结果与荷载试验一致，未发现锚索栈桥有明显变形，因此，栈桥设计方案经济合理，施工方案可行，施工质量可靠。