某水电站堤岸高陡边坡锚索施工技术应用

刘士明

（开原市水利事务服务中心，辽宁 开原 112300）

0 引言

岩土锚固技术广泛应用于水电大坝之中，其优点为：全面体现不同材料的特有能力；充分挖掘材料强度和潜能；具有较高的稳定性和承载力，锁定不利形变。因此，岩土锚固在复杂地质和恶劣环境中有良好的应用效果，可以将项目施工中的岩土问题最大程度地解决。研究的水电大坝项目，左岸边坡较陡，充分认识到岩土锚固优势后，通过大规模应用该技术，实现良好的治理效果。

1 某水电站左岸高边坡工程地质特点

项目所在地环境恶劣、地质复杂，地应力水平较高，岩体自身具有较高的卸荷能力，岩土层存在裂缝、断层情况，左岸堤坝端部显著存在变形现象；左岸边坡高，挖方深度为550 m。

边坡浅表存在卸荷拉裂情况，构成反向坡结构，岩体破碎且风化严重，存在发育期的节理裂隙，出现回弹错动及卸荷拉裂情况。通过钻孔了解地质情况，采取风动回旋方式钻孔，钻孔时出现塌孔、漏风、埋钻等情况，因此需经常性清理才能有效成孔。

2 水电站大坝高边坡锚索结构设计

2.1 锚索设计结构及参数

锚索采用全防腐压力分散结构，相关设计情况见表1。锚索使用Φ15*24号钢筋加工而成，其钢绞线强度达1 860 MPa；施工前做好准备工作，对钢绞线的性能、质量全面检测，了解到其破坏应力为271.80 kN。

表1 锚索设计参数表

2.2 压力分散型锚索设置分布情况

研究对象堤坝高达550 m，使用4 769根锚索锚固边坡；选择的锚索类型为单孔多锚头，压力分散型无黏结预应力锚索；按照开挖面，各锚索排布顺序为4 m×4 m，5 m×5 m，6 m×6 m，使用最多的为4 m×4 m排布式；支护重量主要有三类，即1 000 kN、2 000 kN、3 000 kN。

3 高边坡复杂地质状况下锚索技术

3.1 锚索造孔工艺

该大坝施工建设时，超长锚索施工最为关键，其中钻孔为重要环节，直接决定着项目锚固处理的质量。根据多年实践及锚索造孔试验，笔者归纳出在特殊地质环境下实施锚索造孔的方式，主要操作流程如图1、2所示。

图1 全液压钻机紧跟开挖面锚索造孔工艺流程图

图2 轻型锚固钻机排架上锚索造孔工艺流程图

3.2 造孔要求

与设计相比，孔位偏差控制在10 cm 之内；终孔孔轴偏差小于孔深2%，方位角小于3°。如设计有特殊要求，则按照设计要求纠偏。与设计孔径相比，终孔孔径不得低于10 mm。与设计孔深相比，终孔孔径宜大于40 cm。应选择在满足设计要求的岩体中设定预应力锚索的锚固段，如锚固段处于软弱岩层时，应加大孔深5～8 m，如仍无稳定岩层，要灌浆加固锚固段。

3.3 锚索造孔纠偏工艺要点

开展锚索孔施工前，使用诸如全站仪、罗盘等相关设备对各个角度科学调整。以便科学确定造孔位置，提高选址的精确度，施工时需进行一定的纠偏工作，措施为：钻孔施工应适当调整钻具的方位角和倾斜角，钻头入地0.20～0.30 m后，要对其角度及时校核，了解角度情况。进行纠偏时，要与施工现场实际情况相结合，明确造孔情况，通过科学措施有效降低和规避造孔偏移的情况，确保按照既定的设计方案开展钻孔工作，尽可能保证钻头沿轴线下钻。根据项目施工情况、现场勘探地质情况、岩层情况等设定钻进参数。项目由于左岸较高，因此要秉承“中钻压、稳风压、缓转速”的原则实施钻孔作业，钻孔速度不宜过快也不宜过慢，控制在3～5 m/h，风压介于1～1.20 MPa，冲击频率为18次/s。

3.4 锚索造孔质量控制措施

开孔前通过全站仪测量放孔，以红色油漆标记，依次排序孔号。造孔前编制脚手架专项施工方案，依托方案搭设脚手架，造孔设备进场后，通过罗盘对钻机轴线予以校正，后完成钻机固定措施。造孔过程中，钎头紧抵岩层表面，暂不旋转钎头，经低压形成冲击槽后开始正常钻击。造孔0.20～0.30 m 后，对钻孔角度再次校正。为确保在特殊岩层处有较好的造孔效果，可以借助防斜钻具，诸如螺旋钻、扶正器等组合对孔斜予以控制，借此取得良好的钻孔精度。造孔过程中经常性借助测斜仪对孔道角度进行测量，如出现偏差要及时纠偏。

3.5 高陡边坡锚索束体制作及安装要点

为做好PE 套保护工作，运输钢绞线时应使用聚乙烯管包裹，聚乙烯管管径为5 cm，科学布置支架及束线环，尽可能减少其数量。减小束线卡、架空装置之间的距离，由2 m 变为1.50 m，有效减少孔道与锚索的摩擦。优化隔离架的形状，用腰鼓形代替常用的方形，便于开展锚索施工。安装锚索过程中，要使用专用设备清理钻头。锚索入孔后，施工人员操作要保持平衡，以免对PE套及其组件造成破坏。

通过上述5步操作，可以全面保护PE套，促进锚索自身耐久性的有效提升。

3.6 锚索孔注浆施工技术要点

3.6.1 制浆

制浆时使用高速搅拌机，按照既定的配合比称重相关材料，称重要注意误差，误差范围控制低于5%。称量水泥使用袋装标准法（P.O42.5R普通硅酸盐水泥），称量水则使用体积法，外加剂使用现场配置的台秤称量。完成物质称量后，先在搅拌机中放入水，后将定量的减水剂加入其中，然后向搅拌机中添加袋装水泥，接着均匀搅拌，搅拌机工作时间应超30 s。浆液均匀搅拌后，使用专业设备对浆液密度进行测量，后使用40目筛网过滤制备好的浆液，完成上述操作后，于储浆桶暂储浆液，且要低速搅拌。

3.6.2 注浆

①使用水泥材料进行锚索灌浆；②如锚索破裂，需在破裂处进行灌浆固结，依托项目所在地的地址情况，选择混合比为1∶1～0.45∶1浆体水泥进行施工，如部位裂缝较大、吸浆较多，还需进行砂浆回填操作；③完成锚索束线卡施工后，使用水灰比0.38∶1的浆液灌浆，适量添加减水剂，剂量为1%。④钻孔时如果出现漏风、埋钻等问题，需要进行灌浆处理；⑤灌浆锚索孔的过程中，要想持续灌浆需进行增压处理，可以采取封闭孔口、插入灌浆管的方式增压。

3.7 锚索张拉施工要点

3.7.1 锚索张拉工艺要求

当锚墩、注浆体达到设定承载力后，可以张拉锚索。实施过程中使用的器械要做好维护保养工作，确保工况良好，由于该施工过程需要使用多种器械，因此要做好器械间的协调工作；项目所在地环境、地质较为复杂，因此推荐使用间歇张拉的方式张拉锚索，刚开始按照90%的设计标准值进行张拉，14 d后进行二次补拉，力度为设计标准的110%，完成补拉后对封锚实施保护措施。

3.7.2 锚索张拉成果分析

由于项目左岸锚索较长、钻孔倾斜度较大且孔道相对粗糙，导致钢绞线理论延伸值与实际值存在偏差，需通过相应措施予以干预，具体措施如下：①实施多种方式，对钻孔倾斜度进行控制；②地质方面存在的缺陷，使用灌浆措施进行处理，提升孔道面光滑度；③适当保护PE套，以免其被损坏；④施工过程中全面统计钢绞线伸长度，采集相应数据，如表2所示。

表2 部分锚索钢绞线伸长值偏差率抽样数据分析表

通过分析上表采集的数据，可知采取单根分组张拉钢绞线措施，其伸长量多数处于+10%～-5%，也有部分超出标准值的情况。表明在复杂地质环境下进行钢绞线拉长可以使用该措施。

3.7.3 锚索测力计监测成果分析

项目左岸边坡较高，依托设计锚索量的5%设定测力计。设置测力计的量及测试情况见表3。

表3 大坝左岸高边坡锚索测力计监测数据分析表

分析上表数据得知，所检测的吨位均介于0.85 σcon ～0.97 σcon。

4 高边坡治理后变形稳定监测情况

超出1 855 m的边坡采取多点位移计监测方式，采集到的数据表明岩体出现整体性移动，但移动量处于可控范围内，大坝整体状态稳定。

超出1 855 m的边坡采取锚杆应力监测形式，采集数据后进行分析，显示其总体呈现受拉趋势，拉力一般低于50 MPa，试验所检测的锚杆应力呈现增大趋势，递增速度较小，日均递增量低于0.58 MPa，综合分析锚杆受力情况，可知锚固点岩体总体较为稳定。

5 结论

某水电站项目左岸为高边坡岩体结构，其地质状况极为复杂，锚固作业量较大，施工难度大。在建设过程中针对锚索作业实施了专业实践，并结合现场实际地质状况采取了相应的施工方式，探索出符合实际的锚索施工方式。施工过程中，系统全面采集相关数据并进行分析，对复杂地质、环境下的高陡边坡锚索施工方法、技术进行创新。目前研究的大坝工程已全面完成550 m 级高边坡防护施工，根据近3 a 所监测采集的数据可知，锚索锚固效果非常出色，满足大坝建设的各项要求，项目所采取的施工技术、措施，可以在同类型项目施工中推广实施。