峽江水利樞紐工程廠房邊坡預應力錨索快速施工

摘 要：峽江水利樞紐工程泄水閘基礎巖體為弱風化巖，陡傾角裂隙發育。廠房邊坡支護采用有粘結預應力錨索，止漿裝置為布袋式充漿止漿環。文章結合工程實際，總結了預應力錨索快速施工工藝，并就施工中發現的有關問題作了分析。

關鍵詞：邊坡；支護；有粘結預應力錨索

1 工程概況

江西省峽江水利樞紐工程位于江西省吉安市峽江縣境內，壩址地處贛江中游，是一座以防洪、發電、航運為主，兼顧灌溉、供水等綜合效益的水利樞紐工程。樞紐主要建筑物有砼泄水閘、砼擋水壩、河床式發電廠房、船閘、左右岸灌溉進水口魚道等，屬Ⅰ等工程。泄水閘位于右岸廠房與門庫壩段之間，由18孔（單孔凈寬16.0m）開敞式泄水閘組成，泄流前沿總寬度354.5m，堰頂高程為30.00m。

泄水閘地基巖性主要為C1z3石英砂巖和C1z4-1炭質絹云千枚巖，該范圍內發育有F5、F6及F2斷層，陡傾角裂隙發育。閘基下游部分巖體極破碎，巖體風化較深，微風化帶頂板埋深大。淺表弱上風化帶厚度0.4～6.5m，分布多F2斷層上盤，弱下風化帶頂板高程一般26～28m，F5、F6等斷層部位巖體擠壓破碎，弱上風化帶較深，一般深5.2～6.5m，弱下風化帶頂板22m左右。

與廠房相接的18號泄水閘建基巖體開挖后，巖體陡傾角裂隙因傾倒變形逐漸張開，張開度1～13cm，且變形范圍逐漸擴寬，圖1為建基面巖體裂縫示意圖。

設計對18號泄水閘臨廠房側邊坡采用預應力錨索進行加固。沿廠壩分界線（壩縱0+533.5）共布置有粘結預應力錨索61束，錨索分布圖見圖2。預應力錨索設計張拉力1100KN，鎖定張拉力1000KN，張拉方式為后張拉。

2 有粘結預應力錨索

2.1 結構組成如圖3

2.2 工作原理

本工程所使用的預應力錨索根據其結構、構造為有粘結預應力錨索，張拉方式為后張拉。錨索內錨固段長8m（后經設計同意改為12m），內錨固段灌漿結束，水泥結石體達到設計強度后，對錨索進行張拉、錨固，從而給邊坡混凝土結構施加預壓應力。當錨索張拉完成后對張拉段進行二次灌漿，使鋼絞線與混凝土實現全段粘結，形成有粘結預應力混凝土，通過鋼絞線和混凝土之間產生的摩擦阻力，給邊坡混凝土施加正壓力，從而提高18#泄水閘建基面巖體的抗滑穩定性，防止裂隙的進一步發展。

3 預應力錨索施工工藝

為了保證18號泄水閘閘室、閘墩的穩定，18號泄水閘段邊坡范圍內30束錨索必須全部張拉結束后，方可進行泄水閘閘墩的澆筑。由于面臨2011年2月28日防洪度汛節點目標，該段錨索施工自2010年1月10日起，要求一月底張拉完畢，工期十分緊張。

3.1 造孔

錨索孔設計方位角為0°，傾角12°（俯角）。錨索孔設計孔徑為Ф130mm。造孔設備初期選用錨索鉆，成孔直徑Ф130mm，進行高處作業時，需搭設腳手架平臺，移動不便，造孔效率低下。后選用高風壓鉆機作業，成孔直徑Ф140mm。高風壓鉆機可自行行走，進行高處作業時，使用高架門機將鉆機吊置于運輸車上，以運輸車作為鉆孔平臺，方便施工作業。高風壓鉆機的成孔速度：每孔/2小時，每天可成孔6個，成孔效率較錨索鉆大為提高。

3.2 錨索制作安裝

3.2.1 錨束制作

錨束的制作安裝在一塊尺寸為40×1.5m的水泥地坪上進行，以保護鋼絞線不受損壞。按照設計要求的下料長度，鋼尺丈量，砂輪切割，以間距1m的距離使用架線環進行固定，內錨段在兩個架線環之間扎鉛絲一道，組裝成的錨索，其錨固段呈棗核狀。

本工程錨固段設計長度為8m，為了使張拉力符合設計要求，同時又能將工期提前，經設計同意將錨固段長度更改為12m，錨固段灌漿結束7天后進行張拉，錨固段結石體可以承受1100KN的張拉設計值。錨索錨固段和張拉段的交界處設置止漿環。

止漿裝置是有粘結預應力錨索的關鍵組成部分，目前有工程采用氣囊式橡膠止漿環。為了加快施工進度，本工程采用自制布袋式充漿止漿環，該止漿環成本低廉，制作工藝簡單，可以在現場加工，大大加快了制索進度。

3.2.2 布袋式充漿止漿環制作

（1）制作工藝。本工程中，單束錨索由8根低松弛鋼絞線（公稱直徑Ф15.2mm）、導向帽、隔離架、一次注漿管、二次注漿管、回漿管組成。止漿部分長度70cm，錨固段長度12m。錨索孔孔徑140mm，止漿環直徑應大于140mm，可保證充漿后膨脹密實。在錨索上量出12m的位置，向自由段量出70cm，為止漿環的起止點。所有鋼絞線、一次注漿管、回漿管在止漿環起止點分別包裹10cm寬土工布，纏繞厚度為2-3層，細鉛絲扎緊。止漿環所用土工布寬度為120cm，兩端各折回10cm，剩余中間長度為100cm，于止漿環起止點對齊將錨索整體纏繞4-5層形成圓筒狀結構，兩端用鉛絲各扎兩道，綁扎牢固，形成直徑為170mm左右的蓬松囊狀空腔，有足夠的膨脹空間。止漿環結構如圖4。

（2）止漿環止漿原理

灌漿時，漿液在壓力的作用下，首先從止漿環處流出且在止漿環兩端處受阻，無法流出布袋。水泥漿充滿布袋后，布袋密實度增大，袋內壓力增大，在止漿環處形成一個與孔壁緊密接觸的密實體，隔斷了內錨固段和張拉段，從而起到止漿的作用。其余水泥漿在壓力的作用下，注入錨固段，直至完成錨固段注漿。

3.2.3 錨索安裝

錨索安裝采用人工方法安裝。

3.3 注漿

錨固段注漿，漿液材料原設計為P.O.42.5水泥凈漿，后改為P.O.52.5水泥凈漿并摻加早強劑，7天便可達到設計強度的85%，具備張拉條件。注漿設備采用高速制漿機，漿液隨伴隨用，制漿速度可滿足注漿需要。使用土工布制作的止漿環，具有結構簡單、成本低廉、便于現場制作等優點。然而在初期使用過程中，一次灌漿成功率僅為50%左右，結合本工程實際，分析如下：

（1）本工程一次灌漿采用水泥凈漿注漿，水灰比為0.4：1，漿液濃度較大，注漿所需的壓力較大，對注漿設備、注漿管都有較高的要求。初期使用的普通注漿管常因壓力過大發生爆裂，在修復設備的過程中，一次注漿管、回漿管因水泥漿凝固而堵塞，致使一次注漿失敗，錨索需拉出重做。后選用高壓注漿管，管道接口搭接牢固，爆管現象基本消失，保證了注漿的連續性，發生堵管的現象大大減少。另外，一次注漿管管徑Ф20mm、回漿管管徑Ф16mm，管徑過小，也會導致管道經常堵塞。水泥在攪拌之前，通過雙層篩網進行篩選，剔除小顆粒，則會改善堵管的情況。

（2）在下錨索的過程中，土工布可能會因為孔壁的摩擦而發生損壞，造成止漿環破損，失去止漿作用。止漿環損壞時灌漿的表現為：孔口流水→孔口冒漿，整個過程注漿壓力維持在較低值（為0.5MPa左右）。

（3）在下錨索的過程中，土工布并未損壞。一次灌漿后期，錨固段壓力飆升（由正常的0.6MPa增加到1.5MPa），由于回漿管管徑過小，水泥漿液濃度過高，回漿困難。止漿環內持續的高壓會使土工布脹破，導致灌漿失敗。灌漿時的表現為：灌漿初期，孔口流清水→ 孔口流水迅速消失，止漿環充滿水泥漿→回漿管出水，進而出稀漿→灌漿壓力不斷增大，高于正常值，回漿管不出水、不出漿（回漿管堵塞）→灌漿后期，孔口再次流水，進而冒漿。

經過一段時間的實踐，發現止漿環的施工質量成為錨索一次灌漿成功與否的關鍵。

3.4 止漿環改進措施

為了增加止漿環的韌性，選用帆布作為止漿環的材料，經裁剪縫合后制成長度為100cm的褲筒狀結構，套在土工布止漿環上，兩端用鉛絲各扎兩道，綁扎牢固。

改進后的止漿環韌性大大提高，在后續錨索的施工過程中，未發生破損情況，止漿效果、耐壓性明顯提高，結合其他改進措施，錨索一次灌漿成功率接近100%，施工效率成倍提高。

3.5 張拉

張拉反力裝置為鋼結構錨墩，鋼結構錨墩提前制作備用。在錨固段注漿結束7天之后，便可進行張拉。設計張拉力1100KN，鎖定張拉力1000KN。鋼結構錨墩如圖5。

張拉前，安裝外錨頭、千斤頂及工具錨頭。組裝完畢后即可張拉。

3.6 封孔灌漿

封孔灌漿采用的是P.O.42.5水泥凈漿，水灰比為0.4：1。為了最大限度的保證自由段膠結體的密實度，同時兼顧經濟性考慮，我們采用了先注稀漿，置換孔內積水，再注濃漿，加大灌漿壓力的施工方法，保證了施工質量，又避免了不必要的浪費。

3.7 有關問題處理

3.7.1 個別錨索一次注漿返水情況異常，孔口冒漿時間早，冒漿持續時間長，且為稀漿。回漿管返漿比重長時間達不到設計要求。經過觀察發現，個別錨索一次注漿管開口過高，在孔內有水的情況下，一次注漿管底端阻力較大，漿液先從錨固段中部流出，與孔內水混合后從回漿管流出，造成錨固段水泥漿濃度長時間達不到設計要求，水泥漿浪費嚴重。后統一在錨索錨固段端頭往上3m范圍內（本工程錨固段長度為12m，即錨固段四分之一范圍內）開孔，水泥漿與孔內水混合過多的現象基本消失。

3.7.2 由于架線環內部空間有限，二次灌漿管布置在架線環外側 ，一次注漿管和回漿管布置在架線環內部。二次灌漿時，發生二次注漿管堵塞現象，經分析可能是張拉過程中鋼絞線、鉛絲擠壓二次灌漿管，導致二次灌漿管變形損壞。改進后，將二次注漿管置于架線環內部，一次注漿管置于外部，可保證二次注漿管不發生變形損壞。

4 結束語

以土工布和帆布為材料的止漿環，具有結構簡單、成本低廉、便于現場制作等優點，止漿效果顯著，在峽江水利樞紐廠房邊坡預應力錨索施工中得到較好的應用，結合其他施工措施，有效縮短了施工工期。