全粘结预应力锚索在老挝南康3水电站厂房高边坡支护中的应用

肖 美，肖 玉 成

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南康3水电站位于老挝北部琅勃拉邦省境内的南康河干流上，是南康河规划三个梯级电站中的最下游一级，坝址距下游琅勃拉邦市公路里程31 km。电站总库容为2.24×106m3，属于二等大(2)型工程，坝顶高程353 m,正常蓄水位高程348 m，坝长153 m，装机容量为2×30 MW。枢纽建筑物主要由混凝土重力坝、右岸导流洞、引水系统，岸边式发电厂房等建筑物组成。厂房由主机间、安装间和副厂房组成。控制尺寸：长×宽×高为58 m×20.5 m×43.8 m，水轮机安装高程为302 m。发电机层高程为310 m,副厂房位于主厂房上游侧。

厂房处于坝轴线下游155 m南康河右岸坡脚处，厂房后边坡地形陡峭，坡度约为55°～60°。开挖坡高80～108 m，最大开挖坡高108 m，厂房边坡岩性主要为灰岩，夹少量泥质灰岩、角砾状灰岩。岩层陡倾上游坡内，岩层属逆向坡，边坡开挖后岩层易产生裂隙，特别是上坝公路高程350 m以下边坡岩层产生卸荷张裂隙比较明显，强卸荷水平深度为30 m左右，边坡岩体裂隙、节理发育。由于裂隙不利组合和拉裂影响，边坡岩体稳定性较差。

厂房后边坡浅层支护采用系统锚杆挂网喷护：右岸高程350 m上坝公路以上边坡使用6 m锚杆、梅花型布置，开口处布置了18根锁口锚筋桩，长10 m，入岩9.8 m。公路以下至高程320 m进厂公路之间边坡采用5 m长锚杆、梅花型布置，间排距为2 m×2 m。钢筋网片为φ6.5@20 cm×20 cm，喷护厚10 cm的C20混凝土。深层采用单孔无粘结预应力锚索进行支护处理。

根据厂房边坡支护设计，从上至下布置了5排锚索。在高程350 m公路以上355 m和360 m高程分别布置了2排锚索，公路下方在345 m、340 m、330 m高程以下布置了3排锚索，第4、5排间距为10 m，其他间排距均为5 m。18 00 kN锚索5排，共40根，根据高程及岩层情况进行了不均匀分配。

锚索孔布置排孔数见表1。

1.3 锚索设计参数表

锚索设计参数见表2。

表2 锚索设计参数表

2 主要施工方案

2.1 预应力锚索施工的基本流程

预应力锚索施工工艺流程如下：

2.2 锚索施工的关键技术

2.2.1 锚索孔造孔

锚索孔采用YG-80型地质钻机造孔，测量放样确定开孔位置，用地质罗盘确定方位角。现场采用两台2×20 m3/min移动式空压机供风，用内径75 mm风管接至工作面。

1 800 kN级锚索孔基本技术参数：

(1)锚索孔径为115 mm；锚孔倾角：与水平面呈10°俯角；锚固段长度为8 m；锚索孔深40 m。

(2)造孔方法：造孔采用YG-80型液压地质钻机，采用φ110冲击器配φ110纤头，使用风动潜孔锤冲动回转钻进方法(图1)。

(3)钻进施工参数：钻进压力开孔时，使钎头紧贴岩面低压冲击，平稳缓慢推进即可。正常钻进时pf=2～4 kN；风量Q=14～16 m3/min。

(4)钻孔过程中异常情况的处理：①在钻遇破碎地带时钻具会发生跳动、坍孔、卡钻、埋钻事故。为了保证成孔质量，需进行超前固结灌浆，待凝等强后继续钻进；②对于破碎带较大的围岩，在安装锚索前，对锚孔进行灌浆处理；③在钻进过程中，做好钻孔记录，为分析孔内地质情况提供依据。

2.2.2 锚索下料编索

单孔预应力锚索主要由导向帽、单锚头、锚板、注浆管、导向钢管、排气管、无粘结钢绞线等组成，单孔预应力锚索结构见图2。

图1 1 800 kN全长粘结式锚索结构图

图2 单孔预应力锚索结构图

2.2.3 锚索孔验孔

钻孔完毕，用风管吹洗钻孔直至孔口返出的风手感无尘屑，延续5～10 min，钻孔清孔完毕，采用自制探孔器进行钻孔深度及孔径检测，合格后进行下索施工。

2.2.4 下锚索

锚索运输过程中，采取有效措施防止其与防护涂层损伤。锚索入孔前，无明显弯曲、扭转现象；损伤的防护涂层已修复且合格；进出浆管位置及畅通性检查合格，锚索安装采用人工缓慢均匀推进。锚索宜一次放索到位，避免在安装过程中反复拖动索体，锚索安装完毕，对外露的钢绞线进行临时保护。

2.2.5 锚索灌浆

(1)锚固浆液为水泥纯浆。注浆水泥采用P0.42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比采用0.36∶1～0.4∶1，水泥结石体强度要求：R7d≮40 MPa，使用ZJ-400高速搅拌机，搅拌时间不少于30 s。

(2)锚索注浆采用孔底进浆、孔口出浆的孔内有压循环全孔一次性注浆法，注浆压力为0.5～0.7 MPa。将制备好的浆液直接送至工作面。锚索注浆前检查制浆设备、灌浆泵是否正常，检查送浆及注浆管路是否畅通无阻。在注浆过程中，应观察出浆管的排水、排浆情况。当排浆比重与灌浆比重相同时才能进行屏浆。当回浆压力达到0.2～0.3 MPa、屏浆30 min即可结束。

2.2.6 锚拉梁及锚墩的施工

(1)锚拉梁施工。在锚墩底部设计有纵横向的锚拉梁，尺寸(高×厚)为1 m×0.7 m，钢筋主筋φ25@200 mm，分布筋φ12@100 mm，钢筋焊接长度单面为10d，双面焊为5d(d为钢筋直径)，主筋与边坡锚杆按10d焊接。混凝土强度为C25。为确保混凝土质量，施工过程中按严格施工配合比配料，混凝土采用灌车运输到现场，使用吊车入仓，分层平仓，有序振捣，做到不欠振、不漏、不超。在边坡承重排架上进行模板的安装、钢筋施工和混凝土浇筑。

(2)锚墩施工。按照设计图纸要求安装墩导向钢管、钢垫板、钢筋制安并立模，锚墩设计尺寸为底宽110 cm，顶宽锚30 cm，厚40 cm。钢筋设计采用φ12@150 mm网片，模板使用木工胶合板，确保其表面光洁。混凝土浇筑为边浇筑边振捣，充填密实并进行现场取样，确保锚墩混凝土质量。

2.2.7 锚索张拉

(1)张拉机具采用YDC240Q型千斤顶，电动油泵采用ZB4-500S型，锚具选用ESM15-12型。锚索张拉分两期，张拉时按分级加载进行。分级荷载：初期为设计工作荷载的0.2、0.25、0.5、0.8倍设计工作荷载，初期由零逐级加载到0.8，锚索张拉施工滞后开挖支护一个梯段，待下一梯段开挖和浅层支护完成后，将上一梯段锚索由0.8倍张拉到1.05倍、经稳压后锁定；

(2)若锚索锁定的张拉力低于规定的设计值，对锚索进行补偿张拉至超张拉荷载。预紧作为分级张拉的第一级，采用多次循环预紧方式，预紧荷载为设计荷载的0.2倍。先张拉锚索中心部位的钢绞线，然后张拉锚索周边部位的钢绞线，按照间隔对称分序进行；

(3)一个张拉循环完毕，进行下一个张拉循环，直至达到设计荷载。锚索张拉过程中，加载及卸载缓慢平稳，加载速率每分钟不宜超过设计应力的10%，卸载速率每分钟不宜超过设计应力的20%。

(4)张拉过程中，采用应力控制为主、伸长值校核的双控操作方法，及时、准确记录油表压力读数、千斤顶伸长值、夹片外长度，当实际伸长值大于理论伸长值10%或小于5%时应停止张拉，及时查明原因，采取措施予以调整后方可继续张拉。

(5)锁定为张拉的最后一道工序，锁定方式直接影响到预应力的损失。施工初期，按设计要求采用缓慢锁定。无粘结锚索安装的测力计监测资料显示，该锁定方式预应力损失大，超过锁定吨位的5%，个别达到10%，后经设计、监理、施工等单位研究，决定改用快速锁定方式。监测结果表明：预应力损失控制在5%以内，符合设计要求，效果良好。

2.2.8 封 锚

锚具外的钢绞线除留存30 mm外，其余部分切除。外锚头初期采用可拆卸金属(塑料)保护罩加注防腐油脂进行封锚。防腐油脂不能含有对锚索有腐蚀性的物质。外锚头后期采用在防护罩内灌注环氧砂浆封锚保护。

3 结 语

老挝南康3水电站厂房高边坡岩层为逆向坡，未开挖时，山体稳定，岩层不会发生倾倒变形；开挖后岩体失去支撑，产生倾倒变形。设计采用浅层和深层支护相结合的方式予以控制。浅层采用传统的锚杆挂网喷护方式，并且坚持上层未支护结束、不得进行下层开挖。深层采用无粘结预应力锚索支护，并在锚墩底面设置了纵横向的锚拉梁，加强了锚索的整体受力。通过对监测锚索测得的数据进行分析得知其变化在设计要求之内，边坡处于稳定状态。实践证明：无粘结锚索对此类边坡支护是行之有效的，值得类似工程借鉴。