金桥水电站工程裂隙发育高大岩质边坡预应力锚索的施工要点分析

赵海峰

(中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007)

1 预应力锚索加固原理

预应力锚索加固技术是一种把破碎松散岩体锚固在地层深部稳固岩体上的技术。通过施加预应力，使得锚固范围内软弱的岩体挤密、压紧，提高岩层间的正压力和摩阻力，阻止开裂松散岩体发生相对位移，从而达到加固边坡的目的。通过锚索孔的高压注浆，浆液能较好地对坡体内的裂隙和空隙进行充填、黏结，提高破碎岩体的整体性和强度，同时增强坡体的稳定性。预应力锚索施工流程，见图1。

图1 预应力锚索施工流程

2 施工背景

金桥水电工程右岸坝肩自然边坡高陡，山顶与河床相对高差在500m左右，坡度50°～70°，坝肩部位前缘坡度接近90°。除局部缓坡部位有较薄的崩坡积覆盖层外，大多数地段基岩裸露在外，岩性为白垩系花岗岩，呈岩株产出，夹杂辉绿玢岩岩脉。坝肩附近断层构造较为发育，岩体内部裂隙也较发育。由于边坡高大，整个岩体开挖方量大，因此采用“强支护代替大开挖的方式”对该边坡进行加固。依据设计图纸，除采用主、被动防护网，随机锚杆和钢筋桩支护之外，该工程还采用了1000kN全黏结式单束预应力锚索。每根锚索由7束φ15.2、抗拉强度为1860MPa的钢绞线制成；锚索长度为35m、30m两种，按照间排距4m布设。整体形成深浅、强弱搭配，特殊位置重点加强的加固方式，对该裂隙发育岩质边坡进行加固。

3 施工难点及应对措施

3.1 钻孔

岩石条件不同时，钻进手段也有所不同；具体的钻进方式依据实际情况确定。根据本工程的地质条件，钻孔方式采用以下两种：

a.堆积(坡积)体及全风化地层,优先采用“偏心钻+根管”工艺。该工艺采用与锚索孔径配套的专用地质无缝钢管，在索体入孔后及时拔管，因此钢管可循环利用。但有两点需要注意：ⓐ根管长度不宜大于锚索张拉段长度的1/3；ⓑ为防止拔管失败影响后期回填注浆效果，钢管预先按一定要求加工成有利于浆液扩散的花管。

b.强风化、强卸荷地层原则上采用套管跟进法钻孔。由于岩石条件差，在钻进过程中要注意对照复勘地质资料，钻到明显判断为断层、空腔、密集节理带、挤压破碎带等缺陷地层时，应采用全景摄像设备进行孔内摄录，见图2。确认存在较大孔隙空间(空腔)或张开度较大的裂隙时，暂停钻进；对孔隙空间或张开度较大的裂隙进行处理之后再继续钻进，具体的处理方法见3.2.1。

图2 钻孔摄像全景

3.2 钻进过程中地质缺陷处理

除了上述较大孔隙和较大裂隙的情况外，钻进过程中还会遇到局部强风化地层卡钻、漏风、不返渣、孔口返渣较粗等问题。在对这些地质缺陷进行处理时遵循以下三个原则：首先，采用固壁成孔灌浆的基本技术，即无压(低压)、浓浆、限流、间歇、待强灌浆的工艺流程；其次，遵照“质量第一、兼顾功效”的管理原则；第三，预判张拉段成孔固壁灌浆量消耗较大时，采用价格较低的P·C325水泥。根据以上原则，本工程主要采用以下两种地质缺陷处理方法。

3.2.1 裂隙封堵法

在钻孔施工过程中发现钻进部位处于裂隙发育区域，如8号孔。根据现场记录，钻进到13m时发现了长度达10cm左右的裂隙。根据实际地质条件和加固要求，现场采取填砂、灌浆封堵方法对该裂隙进行加固处理。此外，对于裂隙较大或者大孔隙的情况，常常采用大量推入水泥球或者灌注高流态细石混凝土的方法对裂隙和孔隙进行封堵和填充。

3.2.2 灌浆固壁法

除了裂隙封堵法外，该工程还采用了灌浆固壁法。在进行10号、13号孔的钻进时，遇到了局部强风化地层卡钻、漏风、不返渣等致使无法钻进的情况。施工人员经多次提钻、反冲、增加风压和扭矩后仍无法钻进。经现场查勘和讨论之后，现场采取了如下措施：

a.采用掺入速凝剂的P·C325水泥浆，浓度不小于1.85g/mL,流量不大于60L/min，并按300kg/m的灌注量控制。注浆管插入孔底并距孔底50cm开始注浆，以浆面盖过注浆管口一定距离并能均匀拔出为宜，拔管速度需经生产性试验后确定。每次加固段长不大于5.0m，相邻加固段之间应设置不小于4h的间歇。

b.若未出现孔口返浆，则灌注成功后待强48h，然后进行扫孔继续钻进；若灌浆期间出现孔口返浆，可在灌注成功4h后利用高压风将孔内多余浆液吹出孔外，以减少后期扫孔工程量，提高施工效率。按该原则10号孔口已经返浆，但13号孔口仍然不见浆液返出。为此，灌注13号孔时，水泥浆的流量、浓度不变,但灌注量增加到500kg/m。同时，按浆液重量的10%～30%向孔内掺砂，但注意不堵塞孔道。按此灌注量反复灌注3次，灌注成功48h后扫孔钻进。

c.灌注过程中，及时观察施工区表面裂隙和周边钻孔是否出现漏浆、串浆，及时发现及时封闭(采用干塑性砂浆)或者串联灌注；遇到地勘平洞时应注意避免造成大量漏浆，产生巨大浪费。此外，灌浆记录仪应定期检查率定情况，各传感器安装部位采用封条封闭，管路不留支线路接口；信号传输线缆穿PVC套管，防止其他设备的干扰。

3.3 内锚段的地质缺陷处理

内锚段的施工对保证预应力尤其重要，应注意内锚段必须深入到基岩，且该部位岩体应较为完整，岩体的声波波速不小于3500m/s(设计要求)。若内锚段出现地质缺陷处理时，应对其进行加固处理，具体步骤如下：

a.当钻进过程中出现严重卡钻，岩体风化破碎严重，不满足内锚段地质条件要求时，应及时与设计和勘察单位进行交流，以加深或者内锚段原位补强的方式对内锚段进行加固。

b.当采用加深钻孔时，则继续加深钻进一个内锚段(一般6～8m)。若该加深段的岩体完整性较好，满足设计要求，则成孔完成。否则，按设计要求继续钻进，直至地质条件满足设计要求；如延长孔深发现锚固段仍旧处于破碎带上，则不适宜再继续延长孔深，必须对锚固段进行加固处理，使其达到设计要求。

c.当采用固结灌浆时，则应按固结灌浆规范(水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL 62—2014)的要求进行施工作业。本工程中，内锚段固结灌浆采用PO425普通硅酸盐水泥，通过灌浆改善内锚段的地质条件。灌浆加固后，对锚索孔进行检测。采用声波速检测时，单孔测波速应大于3000m/s且加固后波速提升大于10%以上。两个条件同时满足时方可认为内锚段成孔完成。声波探测仪成孔验收合格后，进入下一道工序。

3.4 锚索安装与灌浆

3.4.1 锚索安装

锚索安装前重新对钻孔进行通孔检查，对塌孔、掉块进行清理或处理，不得欠深，对孔内集水采用高压风吹干净。锚索安装前对锚索体进行详细检查，检查止浆袋位置，排气管位置及畅通情况，并核对锚索编号与钻孔孔号，对损坏的配件进行修复和更换。

锚索宜采用人工为主、机械为辅的方法进行安装。推送时用力要均匀一致，不得使锚索扭转且入孔时索体的弯曲半径必须大于5m，防止在推送过程中损坏锚索配件。在将锚索体推送至预定深度后，检查排气管和注浆管是否畅通，否则应拔出锚索体，排除故障后重新安放。

3.4.2 灌浆

依据锚索设计，锚索灌浆段分为内锚段和张拉段，见图3。锚固段采用纯水泥浆进行灌注，水泥浆的28d抗压强度等级不得低于C40(或M40)，与围岩的黏结强度不应低于1 MPa。张拉段灌浆与张拉及验收的时间间隔宜为3～5d。一般在张拉锁定并检验合格后，即可进行张拉段注浆，7d后做补封注浆。

图3 预应力锚索结构图(单位均以mm计，特殊说明除外)

对于采取固壁灌浆工艺造孔的锚索应在下索前进行全孔一次性灌注，其目的主要是防止下索过程中孔壁水泥掉块导致下索失败或者发生孔道回填注浆时持续灌注不满的情况，一次性全孔灌注采用的水泥浆参数与设计孔道回填注浆的浆液参数完全一致。

3.5 锚索张拉及锚具安装

3.5.1 锚索张拉

锚索张拉必须在外锚墩头浇筑完成、达到设计强度并检测合格后才能开始施工。锚墩混凝土浇筑在条件允许时可以与锚固段灌浆同时进行。浇筑前须对壁面进行清理，然后安装模板，分层浇筑锚墩混凝土；浇筑时保证预埋套管与钻孔同轴对中、台座垫板与钻孔垂直。

按预张拉、预应力张拉、补偿张拉的程序进行张拉。预张拉采用逐根张拉，且必须进行2次以上预张拉，预张拉实际伸长值应大于预张拉理论值，且2次预张拉伸长值之差应在10%之间内，以使锚索各股钢绞线受力均匀，然后再进行整体张拉。预张拉24h后，采用分级加荷的方式进行整体张拉，张拉的基本程序为：预紧→(稳压5min)500kN→(稳压5min)750kN→(稳压5min)1000kN→(稳压20min)1150kN(设计拉力为1000kN，超载系数为1.15)锁定。分级张拉完成并锁定48h后进行补偿张拉，张拉方法与预应力张拉相同，张拉力为超张拉力。

此外，在上述地质缺陷地层进行锚索测力计安装和锚索张拉时应该注意，采用单束张拉的，应结合测力计读数并关注钢绞线伸长值，即采用“双控法”控制。由于缺陷地层塑性较大，容易发生单根钢绞线破断的情况，此问题在安装测力计过程多次发生，应重点关注。

3.5.2 锚具安装

在进行锚具安装时，有以下几个关键点：ⓐ锚板、夹片安装时，必须彻底清扫钢绞线、锚板锥孔和夹片，不得有油污、铁屑、泥沙等杂物；ⓑ依次安装好工作锚板、工作夹片和限位板，每个锚孔各装入一套夹片，并轻轻打齐，夹片上不允许沾有灰尘，并使钢绞线按相应的编号和位置穿过工作锚板，工作锚板应和锚垫板对中吻合；之后依次安装液压顶压器、千斤顶，在千斤顶尾部安装工具锚板；ⓒ工具锚夹片与工作锚夹片两者不可混用，工具锚夹片使用次数一般 不宜超过生产厂家规定的使用次数；工作锚板、限位板和工具锚板之间的钢绞线一定要保持顺直，不能相互扭结，以保证张拉的顺利进行。

4 结 语

预应力锚索在边坡加固中的应用十分广泛。但是，预应力岩土体锚固工程中被锚固岩土体通常存在各种缺陷且赋存条件复杂，使得前期地质勘探难以全面地反映出实际地质情况。本文以金桥水电站右坝肩边坡预应力锚索加固工程为例，介绍了不良地质条件下锚杆的施工技术要点。包括：利用孔内成像仪器、声波探测仪器等设备对地质缺陷进行探测；因地制宜选择成孔方法，并利用裂隙封堵法和灌浆固壁法对地质缺陷进行处理。实践表明：按照这些要点，该工程顺利完工并发挥出了预期的加固作用；这些实践经验可供实践类似工程参考借鉴。