预应力锚索在大岗山水电工程边坡治理中的应用

陈宝胜

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510610）

水利边坡工程施工，需要保障结构稳固性，同时要与周围环境相协调，特别是在边坡施工作业过程中，更要关注预应力锚索的实际应用。重视对预应力锚索在水利工程边坡治理中的应用的研究，是保障边坡工程稳固的重要举措[1]。

1 工程概况

大岗山水电站在建设完成后，能够进行防洪、发电和供水。本工程所呈现出的主要问题是在工程大坝山体边坡处，存在严重的山体滑坡这一安全隐患。对本工程的地质条件进行勘察和分析可知，该工程左岸边坡的岩石构成为泥盆系中厚层-厚层砂岩，分布时更倾向于下游分布，且有向左岸偏移的趋势。对边坡进行进一步开挖与研究可知，其边坡的荷载裂缝的发育已经较为成熟，且具有较大的张开度和大规模的洞隙，当遭遇降雨天气或边坡底部施工时，边坡的稳定性会受到很大影响，并出现裂缝或滑塌等问题[2]。积极采取措施对上述病害加以控制，其中主要采取的是对边坡进行锚索施工加固的方式，具体采取的加固形式为预应力锚索板墙，具体见图1。

图1 某边坡处理工程截面图

2 预应力锚索设计

在采取预应力锚索技术进行施工时，需要做好施工设计，在大岗山水电站中，需要对预应力锚索板墙的加固作用进行具体的计算。计算之前，充分了解工程地质条件，对板墙进行截面尺寸、锚固段长度、锚索位置和初始预应力的初步拟定。采取科学的计算模式计算出滑动面弯矩、剪力、转角和挠度，并对锚索拉力值进行计算，主要应用的原理是位移变形协调原理。同时，计算桩顶位移，以保障能够对桩顶位移进行严格的控制。典型的预应力锚索结构在水利工程边坡中应用的计算要点包括两方面[3]。

2.1 物理力学参数

了解工程的勘察结果，并选取合理的土层厚度和产状，对这两个物理参数进行室内试验和进一步的分析。

2.2 土压力结构计算

土压力计算要依托于库伦土压力进行计算，而同时也要采用传递系数法对滑坡推力进行分析，根据计算结果调整预应力锚索结构的变形协调度，具体见图2。

图2 预应力锚索变形协调示意图

在计算内力和配筋时，按照预应力锚索变形协调示意图可知，需要采用分项系数法，计算出承载力的极限值。在进行计算时，要将混凝土结构当做标准，确保其他结构的计算也符合工程设计规范要求。

2.3 锚杆计算

主要应计算的参数包括锚杆的钢绞线的截面面积、锚杆强度、砂浆与钢绞线之间的粘聚力。在得出各项数值后，选取最小值进行深入的分析，考虑到钢绞线一般较大，因此在确定其余锚杆设计轴向拉力的比值时，将其设定为抗拔安全系数即可。

3 预应力锚索施工

3.1 施工准备

施工前必须做好数据的测量放样，通过使用标准的测量仪器对锚孔孔位施行定位，并准确标记。由于施工环境较为复杂，如需孔位调整，必须得到设计方许可方能实行调整。钻孔前，须提前搭建施工作业的排架，经相关部门安全检查合格，且符合安全承重标准后再进行施工作业。

3.2 钻孔施工

锚索孔位必须结合设计的图纸的数据进行测放，并根据实际的施工现场地形对于局部设计进行调整。必须重视把现场所测放的锚索位置使用红油漆进行标记，并在锚索孔开孔之前把方位角测放出来，且需要保证锚索的俯角、方位角以及孔位等数据的精准，在质检人员检验符合标准以后，才可以实施开钻工作。孔位的坐标误差不可以超过10 cm，钻进过程中，必须不断对孔斜进行调整、测量，确保终孔的孔轴误差不大于孔深度的3%，方位角不大于2°。由于边坡地质条件相对复杂，在成孔过程中，容易发生卡钻或者掉块等状况，在一定程度上提高了成孔的难度。因此，钻孔时应该使用钢套管实施钻进工作，套管护壁方式则选择单偏心扩孔和管护壁的方式。需要注意的是，钢管的直径必须根据锚索的设计孔径来选择。在钻进的过程中必须对该工程的地质状况进行详细记录，以便后期对锚固灌浆进行科学把控。

3.3 锚索安装

在完成清孔工作后，安装锚索前必须二次检查钻孔质量，清除塌孔以及掉块的风险。此外，对于锚索的结构也必须进行认真的检查，及时的修复损坏的防护层。如需使用预先设制的锚固段，需要减少锚索安装过程中自由端和锚固端产生弯曲的可能性，避免注浆液体的断裂与分离。在进行锚索推送过程中，必须保证锚索不发生转动，使推送受力达到一致，以免伤害锚索的防护层。若遇到推送困难的情况，可以拔出锚索并进行检验。经检验符合标准后再进行锚索安装，安装之前必须仔细检验注浆管，以保障穿索和注浆工作的顺利开展。

3.4 锚索张拉

在进行锚索分级张拉时，必须认真测量实际的伸长值，再与预计伸长数值进行对比分析。重点关注张拉锁定以后的夹片，其错牙的范围不可以超过2 mm。在实际张拉时，需要全程按照预先设计的张拉力标准施行控制，真实的伸长值只需要进行记录，不需要放入到控制性的工程项目中。在锚索安装完毕之后，如果发生应力降低的状况则需要补偿张拉，但是重复张拉的次数不可以超过两次。

3.5 封锚

在完成预应力束张拉后，必须及时进行封锚处理，封锚时外露的部分不得小于20 cm，且混凝土的强度要高于锚墩混凝土的强度。为降低由于预应力的损耗影响加固的效果，该工程使用了可调式锚索，也就是使用黄油代替混凝土进行封锚工作，再外加铁皮进行进一步的防护工作。

4 预应力损失质量检验

就预应力材料本身特性而言，难免导致预应力损失，再加上工程边坡会出现病害，也会影响预应力的存留，因此在预应力锚索施工完成之后，需要对其进行预应力损失质量检验。在进行预应力损失质量检验时，选择的预应力锚索要多于5%，并按照设计荷载的1.5 倍确定荷载值，并按照设计要求进行张拉过程控制和参数取值控制。在检验过程中要借助预应力锚索索力监测传感器，对监测数据进行搜集和分析可得出锚索应力损失和时间之间的关系，具体见图3。

图3 锚索预应力损失时间变化曲线

参照图3 中的参数变化，可以对预应力的损失阶段进行分析，主要分为两个阶段。

4.1 张拉锁定阶段

在该阶段，锚索预应力的损失呈现出短时间和损失量大的特征，以总预应力为基数，该阶段损失的百分比为15%～20%。

4.2 锚索服役阶段

在该阶段，锚索预应力的损失呈现出和时间增长之间的正相关性，且损失量相对较小，占比为3%～5%。且对图3 进行深入分析可知，锚索预应力的变化具有较大的波动性，波动较大的时间段为每年10 月份至次年6 月份，分析原因可知，是气候、环境和温度的共同作用导致的。而再进一步分析可知，预应力虽然一直处于损失的状态之中，但是其相对增长量是呈现下降趋势的，因而可以证明将预应力锚索应用在水利工程边坡施工中，能够起到相对较好的加固作用。

5 结语

预应力锚索施工技术在边坡治理过程中的应用较为广泛，在使用预应力锚索施工技术时，必须在做好充分的施工准备的前提下开展后续作业，包括钻孔、锚索安装、锚索张拉和封锚等，确保通过预应力锚索施工来加强边坡结构的稳定性。