压力型锚索在深厚覆盖层边坡加固中的应用

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(中国水利水电第十工程局有限公司，成都，610072)

1　工程概述

天全锅浪跷水电站工程厂址区位于小仁烟村下游约2km的天全河左岸边，主要水工建筑物有调压井、压力管道、厂房等，为混合式开发。

本工程厂房一期开挖边坡位于主厂房后，开挖过程中地层为崩坡碎石堆积体，含大量孤块碎石及夹杂粉质粘土，结构松散，为了保证边坡稳定性，确保发电厂房安全，在一期边坡开挖完成后进行预应力锚索施工。

2　工程地质

一期开挖边坡表面为碎石堆积物，结构非常松散，以孤块碎石夹粉质粘土为主，孤块碎石含量多，直径一般5cm～40cm，最大达2m，覆盖层最深约为30m～40m。厂址区岩体强风化带厚度一般为3m～9m，岩体较破碎。弱风化带厚一般20m～30m，岩体较破碎、完整性差，基岩为二长花岗岩。

3　集中型预应力锚索施工设计

锚索设计支护范围及设计参数：在厂区边坡A区框格梁分缝线5与6之间，边坡马道分三层(高程为1006.65m、1021.65m、1036.65m)，采用预应力锚索支护，共布设36束锚索，锚索孔下倾角为15°；设计张拉力P=500kN、L≈51m的预应力锚索(具体孔深以实际施工时锚固段处于弱风化岩中的深度确定)，孔间距8m、排距8m；锚固段为8m，位于弱风化岩中；单束锚索由4股钢绞线组成，钢绞线为1860MPa高强度低松弛无粘结钢绞线，直径为15.24mm。

4　预应力锚索施工

4.1　钻孔平台搭设及临建布置

(1)施工前先使用钢架管搭设施工平台，采用满堂承重脚手架。脚手架层高、间排距及作业层施工平台宽度应满足施工技术要求。为确保脚手架在坡面上的稳定，脚手架立柱钢管插在锁脚锚筋上，以防止脚手架滑移。临空面挂白色安全网及绿色密目网封闭。沿坡面每隔一定距离设一道拦渣板，防止掉渣、掉物。施工作业平台上按技术要求及施工安全铺设木板，并绑扎牢固；平台下部设置水平兜网，以防止施工人员因意外坠落而造成伤害事故；

(2)施工作业区附近采用架管搭设一个简易加工棚，棚顶铺设石棉瓦(或彩钢瓦)；棚内用架管搭设一长8m、宽2m、高1.0m的锚索加工平台，用以加工制作及临时堆放已制作完成的锚索，防止锚固段钢绞线日晒雨淋后生锈。

4.2　钻孔施工

主要采用XY-2地质钻机钻进成孔，配合冲击器钻进。钻孔孔径为φ120mm，开孔偏差不得大于10cm，孔斜偏差小于孔深的2%，方位角偏差不得大于3°，终孔孔径为120mm，有效孔深不得大于设计孔深0.5m。

4.2.1钻孔孔位

施工时锚索孔孔位采用全站仪测量定位，钻机倾角采用水平尺或地质罗盘测控，钻孔方位角采用地质罗盘测控。

4.2.2钻孔方法

在钻孔过程中，用高压风排渣，并根据地层的变化，随时调整钻孔参数和钻孔工艺，以提高工效。钻孔过程中孔斜控制，采用粗径钻杆加设扶正器，并在施工过程中，用测斜仪每5.0m检测一次孔斜，保证孔斜偏差不大于孔深的2%。钻孔完毕，采用高压风清除孔内岩屑。终孔后下入通孔器(φ98mm)进行孔道探测并做好孔口保护。

4.2.3特殊地层造孔

在钻孔过程中，当遇到深厚覆盖层、断层破碎带出现塌孔、掉块及渗水量大等情况时，采取如下措施进行处理：

(1)深厚覆盖层(40m)：采用潜孔冲击器配合套管进行跟管钻进，钻进过程中注意钻进速度，加强对排渣情况的观察，若发现排渣很少，返出的渣呈团状，说明已进入渗水地层，此时应该减速钻进，必要时可以从孔口向套管内加入适量的水，同时增加提钻及吹孔次数，防止抱钻造成孔内事故。钻进至基岩层时停止钻进，换用钎头进行钻进。

(2)裂隙大及漏风地层：立即停止钻进，采取固壁灌浆等措施处理，以提高在破碎带内造孔孔壁的稳定性及钻孔工效。固壁灌浆中出现裂隙发育，固壁灌浆无法灌起来时，采用间隙灌浆和加砂、水玻璃等多种方式灌注，待固壁完成间隙6h～8h后进行扫孔钻进。

4.3　孔道清洗

钻孔过程中岩粉较多时应来回冲洗孔道，保证孔道岩粉排出量，钻孔完成后，从孔口倒入清水，然后使用高压空气(风压0.5MPa～0.8MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，保证孔壁干净，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下设锚索与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔进行处理。如锚孔内部积聚水体，采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

4.4　锚索孔终孔孔道验收

钻孔结束，检验合格后，方可进行下道工序。利用小于孔径95%的尖锥通孔器进行验收，同时复查锚索孔孔位、倾角和方位，全部锚索孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

4.5　锚束下料编制

4.5.1锚索下料

使用砂轮切割机下料。

L(长度)=锚固段长度+自由段长度+锚墩长度+张拉长度。

遇有混凝土及锚索应力计的孔，下料时还应加上混凝土及应力计厚度。

4.5.2锚固段钢绞线清洗

剥离钢绞线的聚乙烯塑料套，剔除钢绞线表层保护油脂。先用锯末清除保护油脂，然后用柴油或汽油反复清洗，清洗干净使用棉纱擦干，直至手感无油腻有涩感且表面乌黑发亮，用手捻有涩滞感为止。并对裸露钢绞线进行防护。

4.5.3编索组装

编制锚索前将按孔号下好料的钢绞线、进浆管、回浆管顺直排列在锚索加工平台上，保持锚索整体长度一致，进、回浆管分别作好标记；500kN锚索体由4根钢绞线组成，按照图纸进行锚头部分的制作；严格按照设计图纸安装对中支架、隔离支架、注浆管、布袋式止浆袋；沿锚索的轴线方向设置隔离架，保证锚索的平、直、顺。按照隔离架上对应位置安放并顺直注浆管，同时注意使注浆管在锚索体中的相对位置满足图纸要求；使用黑铁丝捆绑成束；在锚索体外侧安置塑料或钢制对中架，使预应力锚索体在钻孔内居中放置；锚固段顶部安装导向尖锥；锚束编制完成后妥善保护，防止生锈，并进行编号。

4.6　布袋式止浆环制作安装

由于覆盖层深厚，孔壁粗糙，充气式止浆环在锚索下设过程中气囊容易破坏，无法充气或充气效果不好，止浆效果差，造成后续张拉力小，影响质量。在保证质量的前提下使用布袋式止浆袋替代止浆环，由止浆袋和止浆环组成，止浆袋用透水不透浆的双层布制作而成，止浆环采用三根φ6mm光圆钢筋将2个长10cm、外径同隔离支架大小的钢管焊接而成，止浆环长度为45cm，止浆袋长度为止浆环1.5倍，缝制成两端开口直圆筒形，开口处缩小直径。为了保证止浆袋在膨胀止浆过程中能够起到良好的止浆作用，止浆袋的直径应大于孔径1.5倍。编制时将止浆袋放置在锚索锚固段与自由段处，止浆装置两端使用隔离支架作为固定物，防止在下索时滑动，止浆装置与锚固段灌浆共用一根进浆管路，在止浆袋中心范围处的进浆管路上开两个直径为20mm～30mm的小孔，其余的管路布置均不改变。安装时要使止浆环安装在灌浆管路与钢绞线外，使灌浆管路及钢绞线穿过止浆环，然后把止浆袋套在止浆环上，使用瓶装聚氨酯泡沫填充剂填筑止浆环两端与锚束之间的缝隙，在泡沫剂未完成固化前用铁丝绑扎固定止浆袋两端开口处，止浆袋应全部包裹止浆环两端，绑扎完成后出现的细小缝隙用泡沫剂再次填充，保证止浆效果。

4.7　锚索安装

经检验合格后的锚索方可下入孔内，边坡锚索运输在脚手架上采用人工抬运，转弯半径应大于3m，在运输过程中保护好PE塑料套，不能使锚索结构受到损伤。锚索下设前检查钢绞线的外保护PE套是否有破损(有破损的进行修复)。锚索体应一次安装到位，避免在安装过程中反复拖动索体。将注浆管一同与锚索绑扎在一起放入孔内，注浆管距孔底50cm，注浆管用黑胶布封闭，锚固段做成花管，孔眼用黑胶布封闭。对外露钢绞线进行临时防护。锚索安装后及时进行注浆施工。

锚索下设到位后，灌浆前在孔口用定位板将每根钢绞线固定，以保证孔口附近钢绞线定位，灌浆结束后去掉定位板。

4.8　锚索注浆

(1)注浆水泥采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥；

(2)锚固段水灰比采用0.4∶1纯水泥浆液灌注，自由段采用0.45～0.5的水泥砂浆灌注。锚固段水泥浆抗压强度等级为M35，自由段水泥砂浆抗压强度等级为M30；

(3)锚索下设安装完成后，通过与锚索捆绑在一起的φ20mmPVC灌浆管，用SGB6-10型高压灌浆泵进行内锚固段灌浆。灌浆过程中，当出浆管排浆比重与灌浆比重相同时进行屏浆，屏浆压力为0.3MPa～0.5MPa，屏浆时间为30min。灌浆结束后及时清理外露钢绞线上的水泥浆液，如发现孔道浆体不饱满，采取措施进行补充灌浆；

(4)对于边坡锚固区地质条件较差的部位，锚索孔道灌浆极可能出现浆液漏失的情况，要采用间隙灌浆法或反复屏浆法严格检测锚孔灌浆状况，特别是锚固段的灌浆状况，确保锚孔灌浆饱满。

4.9　锚墩浇筑

锚墩浇筑与相邻框格梁的钢筋搭接浇筑在一起，以保证框格梁与锚墩的完整性，增加强度。锚墩尺寸满足设计要求。

施工顺序为框格梁混凝土施工(预留锚墩位置)→锚杆施工→在孔口安装导向钢管和锚垫板→制作绑扎结构钢筋→模板制作安装→锚墩混凝土浇筑→拆模→养护。

钢筋加工好后，结合锚杆绑扎成钢筋架，将钢垫板牢固焊接在钢筋架上。模板采用木模板现场组装。上模板预留进料口和观察排气孔。混凝土标号满足设计要求，浇筑过程中采用插入式振动棒进行振捣。

为保证锚墩混凝土的浇筑密实，混凝土采用二次振捣法施工。混凝土浇筑完毕后及时洒水养护。

4.10　锚索张拉及锁定

(1)张拉准备

张拉前必须把张拉机具、测力装置及所需附属机具准备齐全，张拉设备在张拉前必须配套标定，机具标定或校验证书必须经过验收合格后方可使用。

锚具必须有厂家产品合格证书，并经过规定的试验验收程序方可使用。

(2)张拉机具

锚索使用配套电动油泵、单根千斤顶及整束张拉千斤顶进行张拉。

(3)张拉

①锚固段浆体和锚墩混凝土均达到设计强度后，才能对锚索进行张拉和锁定，张拉程序如下：

机具率定→分级理论值计算→锚墩混凝土强度检查→张拉机具安装→单根预紧整束分级张拉→锁定→签证验收。

设计有应力计的锚索孔应最先张拉，全程监控张拉应力，张拉完成后根据检测频率检测张拉应力损失情况并记录，应力损失检测结果满足设计要求后进行其余孔张拉。

②单根钢绞线预紧应力为设计张拉力的20%，每根绞线至少进行两个循环预紧，要求两次预紧伸长值小于3mm，且每根钢绞线的伸长值不得小于理论值的10%。否则，进入下一循环继续预紧，直至满足要求才能进入整体张拉。

③张拉控制以拉力为主，辅以伸长值校核，张拉时按设计要求分五级加载，五个量级张拉需在同时段完成，达到设计要求后进行锁定，并进行及时记录。

④加荷、卸荷速率应平稳。张拉时，升荷、卸荷满足设计要求。

⑤特殊情况处理：张拉过程中，实际量测的钢铰线的伸长值须与理论计算的伸长值基本相符，当实际量测的伸长值大于理论计算值的10%或小于5%时，暂停张拉，待查明原因并采取相应措施，予以调整后方可恢复张拉，直至张拉正常为止。

⑥补偿张拉：张拉完毕锁定后，应注意检查应力损失，需进行补偿张拉，其间隔时间不得少于72h，松弛损失一般为锁定荷载的3%～4%。对于张拉力下降小于设计值时进行一次补偿张拉。如果锚索锁定后预应力低于设计张拉力的90%，必须补偿张拉。达到设计要求的锚固力后，方可封孔灌浆。

4.11　锚头保护

自由段灌浆结束后，预留50cm～70cm长钢绞线，多余部分使用砂轮切割机切除，为了保证后续应力损失后能够再次进行张拉，然后用φ110mm、φ150mm(应力计孔)的无缝钢管作长久防护套，钢管套内部及钢绞线上用黄油作防锈处理，钢管套与锚垫板焊接在一起，锚垫板与钢套管裸露部分用黑色防锈漆作保护。

5　结语

锅浪跷厂房一期开挖边坡结构松散，覆盖层深厚，表面为崩坡堆积物，失稳现象严重，加之地理位置雨水充足容易出现滑坡现象，采用压力集中型预应力锚索施工张拉加固后取得了较好的效果，锚固应力损失小，在设计张拉力范围内，边坡稳定。

止浆环安装时使用聚氨酯泡沫剂能够有效地填充缝隙，止浆效果好、经济实惠、操作简单、固化快、具有一定的收缩性、有毒有害小，适用于压力小于1.5MPa的工程中应用。

在覆盖层深厚的地层中使用钢管套作为外锚头保护，能够在多年后应力出现降低时可以再次进行张拉，使之保持稳固状态，减少地质蠕变造成质量缺陷。