浅谈高边坡无粘结预应力锚索施工技术

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

1.1 施工条件

白鹤滩水电站泄洪洞出口边坡位于金沙江峡谷左岸，边坡上下游侧各有一条天然冲沟。出口边坡开挖范围顺水流方向长320m，高程867.00m～645.00m，开挖高差达222m，开挖坡比为1∶0.25～1∶1.0，每20m布置1级马道共布置10级马道，马道宽度2m～9m。

1.2 地质条件

泄洪洞出口边坡岩体主要为Ⅲ2、Ⅳ类，岩石属于二叠系峨眉山组P2β1～P2β2层玄武岩，其中P2β1为玄武质碎屑砂岩、含灰岩角砾玄武岩、斜斑玄武岩、灰岩透镜体、隐晶质玄武岩及含灰岩集块玄武岩；P2β2为隐晶质玄武岩、柱状节理玄武岩、斜斑玄武岩、角砾熔岩等。边坡弱风化上段下限水平埋深8m～38m；弱风化下段下限水平埋深54m～110m。强卸荷水平埋深4m～54m，弱卸荷水平埋深51m～107m。断层较发育，以陡倾角为主，平均发育密度0.5条/10m。断层以角砾化构造岩为主，局部夹断层泥及方解石细脉，少量节理化构造岩，局部发育方解石细脉。

1.3 锚索参数

泄洪洞出口边坡支护采取“预应力锚索+系统锚杆+马道锁口锚筋桩+挂网喷混凝土+坡面系统排水”的组合措施。其中预应力锚索共布置1312束，每20m台阶布置3～4排，矩形布置，间排距4m×4m，俯角10°，长度为30m/40m。设计型式为无粘结预应力锚索，根据不同地质状况设计吨位1000kN～2000kN，张拉锁定荷载为950kN～2100kN。

2 预应力锚索施工

2.1 施工准备

(1)根据不同施工工序选择不同工种，有针对性地开展专项质量培训，其中对钻工、制浆人员、编索人员固定。

(2)根据设计孔径、围岩类型、锚索长度选择相适应的锚索钻机，出口边坡使用哈迈90型锚索钻机。

(3)按照规范要求搭设水泥堆放平台，建立集中制浆站，便于浆液质量的控制和水泥等材料核验，同时在集中制浆站安装灌浆记录仪，对灌浆的压力、密度、流量均能够记录和有效地控制管理。

2.2 造孔

2.2.1 测量放样

根据设计图纸布置锚索布置图，对不同型号的锚索采用不同符号的标识。测量人员根据布置图进行锚索的测量放样，并采用不同的符号进行标识，保证锚索位置、类型的准确。

2.2.2 造孔

出口边坡每级马道为一爆破梯段，开挖完成后迅速运输渣料，利用马道宽度形成支护作业平台。支护作业采用脚手架搭设钻孔平台，钻机架设固定后采用坡度尺对钻杆角度进行校核，开孔钻进要采用低转速、低压推进，确保开孔偏差不大于10cm，当造孔孔深分别达到0.5m、1m、2m处时，及时对钻孔角度进行校核，后续钻孔每钻进5m对孔斜复核一次，终孔深度需大于设计孔深0.4m，终孔孔斜应控制在孔深的2%以内。造孔过程中采用高压水雾化除尘，减少粉尘污染。

造孔过程中，钻工要严格控制钻进速度，做到均匀冲击、旋转，每次换接钻杆前均需缓慢倒杆，往返吹洗孔道，以便充分吹排粉渣，避免卡钻，同时根据返渣、返风及卡钻的情况仔细做好造孔记录，判断孔道周边岩层地质情况，做好不良地质的预判和处理。

正常终孔后，采用高压风、水对孔道进行吹洗，孔内残留物不超过10cm，并使用探孔器进行终孔验收，验收合格后，采用编织袋对孔口进行保护。

2.2.3 特殊情况处理

钻孔过程中若遇到卡钻、造孔困难的情况时，可根据孔口返渣、返风的情况做出判断。如果返出的钻渣颗粒较大，则可以判断卡钻位置为夹层、断层、破碎带，如果孔口返风量无返渣，则说明卡钻位置岩层存在较大裂隙。针对出现的上述情况，采用全孔灌注水泥砂浆固壁、水泥球固壁等措施。上述处理无法满足要求时，采用跟管法造孔。

锚索锚固段须位于稳定的基岩中，若孔深达到设计施工图纸深度但仍处于破碎带或断层等软弱岩层时，应采取延长孔深，继续钻进的措施。

2.3 锚索编制

2.3.1 编索平台

利用每级马道采用φ48的架管及木板搭设编索平台，编索平台的宽度不小于1.5m，离地高度60cm以便于操作。编索平台应做好不同长度锚索的标识，应做好防雨防积水措施，未施工作业时，采用彩条布对编索平台进行覆盖，防止索体污染。

2.3.2 编索

根据锚索的设计孔深计算下料长度，实际下料长度=设计孔深+锚墩厚度+1.5m为宜。钢绞线采用手持式切割机切割，严禁使用电弧焊或乙炔切割。出口边坡大多为无粘结锚索，编索的关键工序为锚固段的除油，首先按照设计图要求的锚固段长度采用皮尺测量并标识，然后将钢绞线外表PE套剥离，将单股钢绞线拆散后采用锯末揉搓，待油脂基本除去后再用棉纱反复擦拭不少于5遍，直至每根钢丝表面洁净光亮无油污，然后合编成股。除油完成后安装隔离支架，锚固段隔离架间距为1.0m，张拉段间距为2.0m，安装隔离支架时孔位对正可集中安放，然后再调整间距，最后安装进、回浆管，并进行区分标识。构配件安装完成后采用黑铁丝捆绑牢固形成枣核状。

2.3.3 导向帽安装

编索后在锚固端端头安装导向帽，导向帽采用钢管直径大于编索直径即可，一端做成尖口状便于下索安装。导向帽内需填充预缩砂浆或锚固剂，将钢绞线与导向帽形成整体，进浆管要伸出导向帽15cm。

2.4 穿索安装

出口边坡高差大，作业面狭窄，下索前需合理地规划索体运输通道。边坡锚索只能人工运输，在运输过程中确保通道安全通畅，人员数量根据索体重量一般每2m安排1人。需要设置吊点的间距不宜大于2.0m，索体弯曲半径不宜小于3.0m，以防使锚索结构受到损伤。垂直运输时，其间距不宜大于3.0m，入孔前除主吊点外，其余吊点能快速、安全脱钩。下索过程中孔口采用土工布防护，防止与岩体摩擦，以免损伤PE套，穿入孔内的锚索不得扭曲。索体安装到位后，采用高压风吹进、回浆管路，确保通畅。

2.5 封孔

锚索安装到位后及时进行封孔封锚，封锚材料为锚固剂。孔口段需安设一根φ20PVC管入孔2m，作为孔道灌浆时的排气管。另外，为防止索体之间漏浆，需采用棉纱将每股钢绞线之间的空隙填塞紧密，然后再用锚固剂包裹封闭。最后孔口整体封堵防止漏浆。

2.6 锚索灌浆

无粘结预应力锚索采用M735水泥净浆全孔一次灌注，灌浆方式为纯压式。浆液采用高速搅拌机拌制，采用灌浆自动记录仪对灌浆量、浆液比重、流量、灌浆压力等数据记录，根据数据显示可以实现对灌浆过程的全控制。浆液水灰比宜为0.38～0.45，为保证加水量的准确，制做定量水箱加水。灌浆压力应符合设计要求，一般为0.3MPa～0.5MPa，注浆过程中应随时观察回浆管的排水、排浆情况，当排液比重与灌浆比重相同时，方可进行屏浆，屏浆压力0.5MPa，屏浆时间20min～30min。

2.7 锚墩施工

锚墩外形尺寸、混凝土强度等级、锚垫板、导向钢管、承压钢筋配置等均按设计图纸要求施工。锚垫板孔径应与工作板相匹配，锚垫板与导向钢管正交，孔口导向钢管、锚垫板和锚墩的承力面与锚孔轴线应保持垂直，其误差不超过0.5°。锚墩钢筋网、模板安装完成后在导向钢管表面钻孔，插入两根φ20PVC管(一根进浆，一根回浆)引出锚墩以外，作为后续锚墩段回填灌浆的预埋管。锚墩采用现浇C30钢筋混凝土，混凝土严格按照配合比现场拌制，采用手持式φ30振捣棒充分振捣密实。

2.8 锚索张拉

2.8.1 张拉前准备

(1)张拉设备的率定：锚杆张拉设备选择与设计吨位相匹配的设备，张拉设备和仪表均应进行率定，且率定间隔期不得超过6个月。

(2)锚索浆液达到7d龄期，浆液强度、锚墩混凝土的强度均达到张拉强度要求。

2.8.2 张拉

出口边坡锚索张拉分单股预紧和整束分级张拉两个阶段。预紧张拉力为0.2P(P为设计控制应力)，使每股预应力筋受力均匀后，再进行整束张拉。整束张拉共分五个量级进行，即张拉力为0.25P、0.5P、0.75P、0.95P、1.1P。分级张拉持荷时间前四级均为5min，第五级张拉完成后稳压时间为30min。张拉加载和卸载应缓慢平稳，加载速率每分钟不应超过0.1P，卸载速率每分钟不应超过0.2P。锚索张拉结束锁定后，夹片错牙不大于2mm，否则应退锚重新张拉。张拉施工采用以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法，当张拉实测伸长值与理论伸长值偏差超出(﹢10%，-5%)时，应停机检查，待查明原因并采取相应措施后，方可恢复张拉。另外张拉操作时应专人负责，千斤顶受力方向危险区不得有人穿行、停留。

2.8.3 补偿张拉

锚索张拉完毕后48h内，若锚索锁定力低于设计张拉力的10%或低于设计要求时，应进行补偿张拉，且补偿张拉不应超过2次。

2.9 回填灌浆及锚头保护

封孔回填灌浆在补偿张拉后3d内进行，封孔回填灌浆材料与锚固段灌浆材料相同，灌浆压力不小于0.8MPa，必须自下而上连续进行，进回浆管密度一致时进行屏浆。

灌浆完成后锚具外的钢绞线除留存15cm外，其余部分应切除。锚头采用填满黄油的钢护罩保护，将钢护罩与承载板接牢固。最后对外锚头采用不同颜色进行标识，达到醒目和良好区分的效果。

3 结语

目前白鹤滩水电站泄洪洞出口边坡已施工完成锚索1200多束。施工过程中，锚索开孔偏差，张拉合格率100%，48h锚索应力损失合格率100%，围岩变形满足要求。上述施工技术经验既有很强的可操作性，又可以在保障施工质量安全的情况下促进施工进度，节约工程成本。因此，可以在其它更多复杂地质条件高陡边坡支护工程中得以应用。