深厚覆蓋層預應力錨索施工技術初探

丁海龍

(中國水電基礎局有限公司，四川成都 610213)

1 工程概況

向家壩水電站右岸重件運輸路毗鄰金沙江，起點為右岸進廠交通洞洞口，終點位于重件碼頭附近。鑒于地質條件原因，對重件路護坡錨索樁及鋼筋混凝土承臺設置了預應力錨索對邊坡進行加固(圖1)。設計錨索類型為無粘結端頭錨，設計張拉噸位為1000 kN·m，鎖定噸位為800 kN·m，單根錨索長度為35～62 m。

圖1 錨索孔布置形式示意圖

2 工程地質條件

錨索施工位于右岸護坡，坡頂為一級階地，階面高程290 m 左右，枯水期河水位在高程266.5～268 m 左右。護坡體基礎部位基巖面高程在260 m 左右，巖性以侏羅系自流井組J1-2Z 的紫紅色泥巖、粉砂質泥巖為主，巖層傾向下游，傾角10°～15°，強風化層厚度約2 m。臨江岸坡僅局部有基巖出露，坡面廣泛分布松散堆積物，厚8～30 m，組成物質主要為河流沖積的卵礫石層，含有大量粒徑在1 m 以上的漂石或崩塊石。設計要求錨索孔穿過坡面堆積物，將內錨段置于基巖內，錨索孔與水平面夾角為15°～32°。

3 工程施工

3.1 工藝性試驗

工藝性試驗歷時4個月，分兩個階段分別進行了錨索工藝性試驗及灌漿漿材、灌漿工藝等試驗，選擇出了適合本工程的施工設備，確定了在江水位以下的深厚覆蓋層中實施預應力錨索的造孔、護壁、灌漿和張拉的工藝參數。

3.2 施工工藝流程

經試驗確定的單束預應力錨索施工的工藝流程如圖2所示。

3.3 施工機具及材料

根據試驗成果，鉆孔選用YG-70型錨固工程鉆機，拔管設備采用BG-100型拔管機，注漿采用3SNS 灌漿泵并配備自動記錄儀記錄，錨夾具采用QMV15-7型錨具，張拉設備選用YCW150型千斤頂。

鋼絞線采用高強低松弛鋼絞線，7根集束，極限抗拉強度為1860 MPa，公稱直徑為15.24 mm。水泥采用強度42.5 MPa 的高抗硫酸鹽水泥，摻用巴斯夫公司生產的Rheoplus26R 型減水劑。

3.4 鉆孔施工

根據地層條件，采用跟管鉆進與普通鉆進相結合的方法進行施工，先用風動潛孔錘跟管鉆進鉆φ146孔至入巖0.5～1 m后換用φ130潛孔錘繼續鉆進至終孔。

圖2 預應力錨索施工工藝程序圖

因覆蓋層深厚，存在超過15 m 厚的孤石堆積層，給鉆孔造成了很大困難，施工前期頻繁出現套管脫落、斷裂、跟管鉆具起拔不出等孔內事故，致使鉆孔報廢，不得不重新開孔。針對此種情況，采用了慢速鉆進、重復掃孔、選用優質管靴等措施進行處理。

待錨索孔達到設計深度后進行清孔工作，使用壓縮空氣將鉆孔及孔壁上附著的粉塵、巖屑沖洗干凈，直至返水澄清為止，之后進行孔徑、孔深、孔斜等的檢查驗收。

3.5 錨索制作與安裝

3.5.1 索體制作

制作前，對鉆孔實際深度進行測量，并按孔號和設計要求截取錨索體材料。加工時先將錨固段范圍的PE 套管剝去，用鋸末、棉紗擦掉表層油脂，然后用干凈的棉紗擦拭干凈。

將鋼絞線和灌漿管平攤于工作平臺上，把灌漿管、內圈鋼絞線、外圈鋼絞線捆扎成一束。各根鋼絞線間和灌漿管之間用隔離支架分離，經過隔離架的每根鋼絞線均用無鋅鉛絲與隔離架綁扎在一起。最后，對張拉段兩端鋼絞線開口處用環氧樹脂進行封閉。

3.5.2 止漿包及灌漿管路加工

為保證內錨段灌漿的質量，在錨固段上端設置止漿包，止漿包長80 cm 左右，采用1層土工布和2層細帆布包裹、線口縫紉4道的方式進行加工。

經反復試驗，對灌漿管路采用三進三出的方案，即止漿包、內錨段和張拉段分別設置進、回漿管路(圖3)。尤其是在止漿包增加了專用的進漿回漿管路后，形成了獨立的漿液循環系統，使布袋注漿后能夠充分膨脹，達到了較好的止漿效果。

圖3 布袋式止漿包結構形式示意圖

在張拉段進漿和回漿管路上每間隔5 m 設一個φ10的進、回漿孔，其上下位置錯開2 m。

對不同的進漿管及回漿管進行編號，并在出口段用不同顏色進行標識;灌漿前，還需通風檢查其是否暢通，將不暢通的及時更換掉。管道安裝檢查完畢，管口臨時封閉，導向帽與鋼絞線之間用環氧砂漿填實。

3.5.3 錨索運輸與下設

在錨索孔及錨索檢驗合格后，按孔號、索號，采用人工運輸抬至孔口，下索安裝。在錨索運輸過程中，保持索體形態及附件狀態，不拖土、扭絞、松絲散絲。孔內錨索的推送采用人工進行，下索前先檢查鉆孔的穩定情況，核對孔號對應的錨索編號，經確認無誤后一次下索。

3.6 錨索的注漿

3.6.1 漿液的拌制

本工程注漿漿液采用水灰比0.32∶1，28 d 強度M50水泥凈漿的配比見表1。

表1 水泥凈漿配比表

按比例投料后采用高速攪拌機制漿，漿液隨拌隨用，拌和好的漿液擱置時間按不超過1 h 控制。

3.6.2 注漿施工

(1)止漿包注漿。

錨索下設完畢，檢查灌漿管路情況、壓力表及回漿裝置無異常后，先行灌注止漿包，止漿包灌注時，控制灌漿壓力，防止壓力過大將止漿包壓破。

(2)內錨段注漿。

止漿包漿液待凝8 h 后，再采用壓力水沖洗內錨段至回水清澈后，起拔覆蓋層內的套管后立即進行內錨段灌漿。

開始灌漿時，敞開回漿管以排出氣體、水和稀漿;當檢測回漿管回漿濃度與注入濃度一致時或壓力達到設計壓力且吸漿量小于0.4 L/min 時進行屏漿，屏漿30 min 結束注漿。

(3)張拉段注漿。

張拉段灌漿待錨索張拉完成后進行。自進漿管泵送進漿液，壓力0.1～0.2 MPa，待實際進漿量達到理論漿量的1.5倍停止注漿。

3.7 錨墩澆筑

錨墩墊座混凝土澆筑前將一期灌漿管、回漿管和止漿包充氣管在孔口處截斷，對混凝土進行鑿毛和沖洗。按設計圖紙進行錨墩鋼結構和模板的架立，施工中應保證孔口管軸線與鉆孔軸線重合，鋼墊板與孔口管軸線垂直。

3.8 錨索張拉

待內錨段漿體(待強時間不少于14 d)和承壓墊座混凝土承載強度(待強不少于7 d)達到設計要求的強度后進行索體張拉。

張拉作業前，先對張拉設備系統(包括千斤頂、油管、壓力表等)進行“油壓值——張拉力”率定，并依據率定曲線在張拉過程中控制張拉力。

張拉作業時，先對每股鋼絞線按30 kN 荷載進行預緊張拉并鎖定于錨板上，再將所有錨索一起按九級順次張拉至設計張拉荷載。在每級張拉力下穩定5 min 后(施工后期延長至20 min 左右)再進行下一級的張拉。張拉時升荷速率每分鐘不超過設計應力的1/10，卸荷速率每分鐘不超過設計應力的1/5。在張拉過程中，以壓力表讀數為準，伸長值測量為輔，當達到設計最大張拉荷載后穩壓30 min 后鎖定。錨索鎖定后，若預應力損失超過設計應力10%時需進行補償張拉。

4 幾個值得說明的問題

因本工程張拉段位于覆蓋層內，而內錨段基巖巖質較差、裂隙發育，較純巖石或混凝土錨索施工具有其特殊性和復雜性。施工中采取了相應的對策，說明如下:

(1)針對本工程覆蓋層深厚，漂、孤石含量多的特點，選用優質的護壁管材和適合本工程地質條件的鉆頭、鉆具施工，保證了工程的順利進行。

(2)因孔內巖屑沉淀較快，影響到內錨段的實際長度，導致注漿后錨固力下降，經設計修改后，在內錨段底部增加了長1 m 的沉渣段用于沉渣。

(3)經過反復試驗，將內錨段長度由原設計的6 m 延長至9 m。同時，在缺乏地質資料的部位，將內錨段以上5 m 左右的巖體作為強風化層考慮，適當加深孔深，以確保將內錨固段設在較新鮮完整的巖體中。這些措施有效地提高了錨固力，解決了前期施工中錨固力不足的問題。

(4)為更好地保護張拉段索體，本工程在無粘結錨索施工工藝的基礎上增加了張拉段灌漿工序，相應地增加了張拉段布套制安工序。

(5)因基巖裂隙發育且相互貫通，相鄰兩孔內錨段灌漿時存在串漿現象。施工中采取了分序跳打的方式予以解決，減小了串漿幾率。對已串漿的孔采取并灌措施進行了處理。

(6)錨固段在遇到地質缺陷或軟弱巖層時對部分孔進行了預固結灌漿處理，保證了內錨段所處巖體的完整性和膠結強度。

(7)為保證錨固力，在施工進度允許的前提下，張拉前適當延長了內錨段漿體的待強時間。

(8)因拔套管后孔壁垮塌擠壓索體，為保證張拉力有效傳遞，施工中減小了張拉荷載的分級間隔，按250 kN→400 kN→550 kN→650 kN→750 kN→850 kN→900 kN→950 kN→1000 kN 九級順次張拉，并適當延長了每級荷載的穩定時間。

(9)在缺少預應力孔道局部偏擺系數、鋼絞線與孔道壁的摩擦系數等基礎資料的情況下，本工程忽略了這些因素，采用直線型錨索伸長值計算公式簡化計算出理論伸長值，再以400 kN 時的實際伸長值減掉該級上述理論伸長值所得的絕對值，將其作為該錨索的初始伸長值用于計算錨索的伸長值偏差，借此輔助控制錨索的張拉施工。

5 施工成果評述

本次施工共完成錨索施工244束，下設索體總長11000余m。在對前期試驗施工時的部分不合格孔處理完成后，經統計，所有孔均能達到設計張拉力和設計鎖定噸位，鎖定損失率在設計要求范圍內，施工質量滿足設計要求。施工后的監測結果表明:錨索預應力損失在設計允許范圍內。

本工程是在復雜地質條件下的深厚覆蓋層內進行錨索施工，遇到了一些在常規的錨索工程中鮮見的施工技術問題。通過本工程的成功實踐和探索，拓展了預應力錨索的應用范圍，為類似工程積累了經驗。