錨索在邊坡加固處理中的應用

龍云寶，楊元紅，趙應武

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

1 概 述

某樞紐工程溢洪道位于大壩壩肩右岸，上游接溢洪洞。溢洪道最大下泄流量為1648 m3/s，溢洪道出口由泄槽段和挑流鼻坎段組成，為確保溢洪道整體結構，泄槽段(溢0+732.430～溢0+768.930)與挑流鼻坎段(溢0+768.930～溢0+805.149)不設結構縫，縱向鋼筋沿溢洪道軸線方向通長布置，僅于溢0+765.244～溢0+767.244設置2 m長后澆帶，后澆帶澆筑添加膨脹劑C45HF粉煤灰混凝土。基礎面設置縱橫向Φ200塑料排水盲管，將基礎裂隙水等滲水及時排走，以降低基礎揚壓力。基礎部位設置錨桿及固結灌漿措施，增加基礎整體性并提高結構整體抗滑穩定[1]。

挑流鼻坎段過流面逐漸變寬變高，過流面為矩形，起點斷面為10 m×11.268 m(寬×高)，出流末端寬度為12.475 m，右側高15 m，左側高7.41 m,由底板圓弧面和右側墻圓弧面共同將水流挑射至河谷。挑流段進出口基礎各設置齒槽，以增加結構整體抗滑穩定。過流面1.2 m采用C45HF粉煤灰混凝土(W8F100，二級配，齡期90 d)，以下部分采用C20混凝土(二級配，齡期28 d)，混凝土材料分界面設置反坡平臺，并于平臺上設置插筋，以增強混凝土施工縫面的接觸粘接強度和粘接質量。

2 開挖揭露地質情況

開敞式溢洪洞挑流鼻坎樁號溢0+790～溢0+800段基礎開挖清理后揭露：巖性為三疊系下統永寧鎮組第一段第二層(T1yn1-2)灰色中厚至厚層灰巖，下部T1yn1-1為薄層泥灰巖與薄層灰巖互層，中間夾中厚層灰巖，背斜軸從溢0+785附近大角度交于溢洪洞軸線，北翼巖層傾上游，傾角4°～25°，南翼傾下游偏河流側，傾角9°～17°。

基礎巖體卸荷裂隙發育，最發育的一組NW0°～10°/NE85°，密度1～2條/m，發育長度一般20～30 m，溶蝕嚴重，溶縫寬一般5～40 cm，深度較大，最深可達30 m，局部為黏土充填，溶蝕寬縫間局部有順層溶洞發育。

挑流鼻坎基礎巖體由3號公路開挖，形成人工斜向邊坡，坡高約45 m，開挖后，經過4個水文年的觀測，開挖邊坡未發生變形，處于穩定狀態。由于裂隙的存在，裂隙走向與挑流鼻坎泄流的方向近于垂直，對邊坡穩定性極為不利，在挑流鼻坎運行后，邊坡的后緣溶蝕裂縫可能充水，同時在水動力作用下，邊坡沿巖層面向下游偏河流方向滑動的可能性大。

3 現場施工情況

設計文件針對右岸開敞式溢洪道澆筑分縫有嚴格要求，設計文件明確要求“施工縫應相互錯臺，不應形成貫穿性施工縫”“施工單位應上報出口段(泄槽段和挑流鼻坎段)混凝土工程澆筑方案，經監理審批后方可實施，混凝土分層澆筑應處理好層間縫面”等要求，并在材料分縫面設置插筋和反臺階，以確保縫面質量。而施工單位于挑流鼻坎末端樁號溢0+800底板部位設置橫向施工縫，縫面未錯開，與設計文件要求嚴重不符。

4 結構穩定分析

(1)根據開挖揭露地質可知，挑流鼻坎段齒槽基礎發育有裂隙L1、L2，裂隙走向與挑流鼻坎泄流方向近似垂直，對邊坡穩定極為不利，在挑流鼻坎運行后，邊坡的后緣溶蝕裂縫可能充水，同時在水動力作用下，邊坡沿巖層面向下游偏河流方向滑動的可能性大。

(2)因溢洪道下泄流量大，流速高，流態復雜，結構異性，受力極為復雜，為確保溢洪道運行安全，設計文件中明確要求反弧段嚴禁分縫。但施工現場在反弧段混凝土澆筑時，形成貫穿性施工縫，人為將結構分離，分離體(溢0+785～溢0+805.149)位于反弧段底板及右側墻反弧段水流離心力集中部位，極有可能發生整體性滑動失穩。

鑒于以上兩方面原因，為確保溢洪道后期運行安全，需結合開挖地質條件，并考慮現場施工分縫的實際情況，對設計結構進行穩定復核，根據復核結果確定加固措施。

采用剛體極限平衡法，按抗剪斷強度公式計算邊坡穩定[2]：

(1)

式中：K為按抗剪斷強度計算的抗滑穩定安全系數；f′為結構與基巖接觸面的抗剪斷摩擦系數；c′結構與基巖接觸面的抗剪斷黏聚力，kN/m2；P為作用于結構上的全部荷載對計算滑動面的切向分量，kN；W作用于結構上的全部荷載對計算滑動面的法向分量，kN；A為結構與基巖接觸面的截面積，m2。

主要計算荷載有：滑動面上部巖體自重、分離體自重；沿滑動面反方向的滑動摩擦力；滑動底面的黏聚力；水流離心力、脈動壓力、動水壓力；右側墻體與山體間的黏聚力等。

(3)分析及假定。①以裂隙L1為后緣拉脫面，巖層層面為底滑面，溢洪道軸線方向為滑動方向。②以裂隙L2為后緣拉脫面，巖層層面為底滑面，鼻坎出流方向為滑動方向。

(4)復核結果。①沿溢洪道軸線方向：基本組合(設計水位工況)，計算抗滑穩定安全系數K為2.871，不滿足規范不小于3.0的要求。特殊組合 (校核水位工況)，計算抗滑穩定安全系數K為2.613，滿足規范不小于2.5的要求。因此，沿溢洪道軸線方向在設計水位工況下，分離體抗滑穩定不滿足要求，需增加錨索。分別于出流方向增加35根錨索，軸線方向加23根錨索后，設計、校核水位工況抗滑穩定安全系數K分別為3.015、2.695，滿足規范和要求。②沿出流方向：基本組合(設計水位工況)，計算抗滑穩定安全系數K為2.442，不滿足規范不小于3.0的要求。特殊組合(校核水位工況)，計算抗滑穩定安全系數K為2.16，不滿足規范不小于2.5的要求。因此，沿出口出流方向在設計、校核水位工況下，分離體抗滑穩定均不滿足要求，需增加錨索。分別于出流方向增加35根錨索，溢洪道軸線方向加23根錨索，設計錨固力Nt=1000 kN，經復核增加錨索后，設計、校核水位工況抗滑穩定安全系數K分別為3.2、2.7，均滿足規范和《工程建設標準強制性條文》要求。

5 錨索設計及施工

本工程邊坡地質巖性主要為灰巖，以弱風化作為錨索錨固段，錨固段長度為10 m，考慮錨索需穿過卸荷裂隙一定長度后，錨索桿體長度25 ～30 m，孔徑150 mm，本工程錨索為有黏結預應力錨索，設計錨固力Nt=1000 kN，每根錨索10束鋼絞線，規格為10-1×7-15.2-1860。預應力鋼絞線采用無涂層高強低松弛標準型1860 MPa(270級)鋼絞線，每根鋼絲均為通長無接頭，錨索計算最優錨固角43.8°，結合現場情況，實際取40°。預應力錨具采用YJM15-8 OVM錨具[3]。

錨索施工過程主要有：鉆孔→預埋引出套管→分離體鋼筋和錨索制安→澆筑錨固段砂漿和分離體混凝土→待強→張拉鎖定→澆筑自由段砂漿[4]→封錨→驗收。引出套管是指埋設于分離體結構輪廓線以內的錨索套管，采用高密度聚乙烯(HDPE)波紋管，其預埋應平直順暢、牢固可靠，并確保孔軸線符合設計要求，采用軌道筋、井型架等進行有效固定和保護。結構混凝土澆筑過程中，應確保引出套管預埋的準確性和密封性，嚴防傾斜走位、破損、混凝土漿液滲入等。

結構混凝土部位采用埋管法成孔時，應注意以下事項：波紋管安裝應位正、順暢、牢固、可靠。波紋管應采用軌道筋、井型架等有效支撐固定措施，確保孔道安裝后孔軸線符合設計要求。混凝土澆筑前應對孔道管的密封性、暢通性及孔位進行全面檢查，并將兩端孔口臨時封堵。澆筑混凝土過程中應有專人看護，嚴禁沖擊、觸傷或移動孔道管。為確保孔道管暢通，混凝土澆筑過程中及時采用柔性球體進行通暢性檢查，混凝土澆筑結束后應采用梭形體進行全面檢查，如發現孔道有錯臺或阻塞，應采取疏通處理。

錨索張拉遵循分區逐級加密原則，針對單根錨索按照分級加載，嚴格控制加載速率的方法，并考慮5%的超張拉后鎖定。錨索張拉應按下列規定執行：待內錨固段漿體、錨墩混凝土的強度達到90%，且齡期≥7 d才允許進行預應力的張拉。張拉過程如遇異常情況，應立即停止張拉作業并報監理工程師。應以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。錨索正式張拉前，應取0.1～0.2 Nt對錨索體預張拉1～2次，使錨索各股預應力鋼絞線的應力均勻，索體平直后，再進行整索張拉。錨索張拉應分級加載，共分六級加載。錨索張拉及卸載應緩慢平穩，加載速率不宜超過設計規定，卸載速率每分鐘不宜超過0.2 Nt。錨索張拉至設計應力待壓力表穩定后鎖定，持荷穩壓時間不得小于10 min。錨索張拉每級加載后應同步測量其伸長值，鎖定后應量測預應力鋼絞線的內縮量。錨索張拉完畢后48 h內，如發現錨索鎖定力低于設計張拉力的10%時，應補償張拉力。錨索張拉鎖定后，夾片錯牙不應大于2 mm，否則應退索重新張拉。張拉過程如遇鋼絞線斷絲、夾片出現可視裂紋、千斤頂嚴重銹蝕、油泵壓力表反映異常等情況之一時，應停機檢查處理。錨索張拉過程應按照《水利水電工程預應力錨索施工規范》(DL/T5083—2010)[5]中附錄F中表F5做好施工記錄。另外根據規范要求，在錨索錨墊板底部設置3套應變計，以便運行期監測錨索工作狀況及邊坡變化。

6 其他處理措施

(1)于左右側邊墻中部、反弧段底板各增設一層鋼筋網，鋼筋網橫向鋼筋為φ28@150，縱向鋼筋為φ25@150，同時左右側墻內外層每2根縱向鋼筋之間增設1根φ25鋼筋。對于增設的縱向鋼筋在已澆筑混凝土部位采取植筋方式處理，植筋深度為1.0 m,膠凝材料采用與混凝土同標號的水泥砂漿灌注，以增加因施工貫穿縫間的結合強度[6]。

(2)開挖建基礎面鑿成平面或反坡粗糙面。

(3)在鼻坎末端下游面增加底板、擋墻，擋墻、底板均設置雙層φ20@200×200鋼筋網片，將邊坡矛頭封閉，避免運行期挑流鼻坎出口高速水流霧化對矛頭及鋼絞線造成不利影響。

(4)針對齒槽基礎目前開挖已揭露的卸荷溶，澆筑前應對充填物進行人工清理，并用高壓水槍沖洗基礎，在溶隙內預埋注漿管，采用自流式注漿，分多次間隔灌注水泥砂漿，于溶隙鋪設25@200×200鋼筋網片，兩端搭接長度不小于1 m。

7 結 論

工程建設中遇到的地質條件是非常復雜的，加之施工等原因，對原設計建設條件形成不利影響，因此需從本工程實際情況出發，結合結構的特性，綜合分析后采取多種處理方案，進行加固加強處理，確保后期結構的運行安全。經過連續幾年的邊坡觀測和監測數據及實際的運行情況，邊坡錨索應力趨于穩定，與設計計算是相符合的。