預(yù)應(yīng)力錨桿在水電站邊坡巖石邊坡支護(hù)中的應(yīng)用

徐超

摘 要：文章以預(yù)應(yīng)力錨桿在河頭一級(jí)電站增效擴(kuò)容改造工程為例，提出加固防護(hù)方案設(shè)計(jì)，介紹了使用的材料，并重點(diǎn)分析了邊坡支護(hù)工程中預(yù)應(yīng)力錨桿的施工要求，可供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨桿 邊坡支護(hù) 增效擴(kuò)容

1.工程概況

河頭一級(jí)電站位于廣東省北部的連平縣中南部，新豐江支流大席水上。壩址以上集雨面積450km2，干流河長(zhǎng)52.14m，河流平均坡降4‰，總庫(kù)容612萬(wàn)m3，正常高水位231m。河頭一級(jí)電站現(xiàn)狀設(shè)計(jì)水頭27.5m，設(shè)計(jì)流量3×9=27m3/s，裝機(jī)容量3×2000kW=6000kW，多年平均發(fā)電量2393萬(wàn)kW.h，年利用小時(shí)3988h。工程建設(shè)任務(wù)是發(fā)電，規(guī)模為小（1）型電站，工程等別為Ⅳ。電站于1999年全面完工，主要建筑物由大壩、壓力鋼管以及發(fā)電廠房等組成。因發(fā)電車間升壓站及壓力管臨壩而建，每年汛期頻繁的開閘泄流以及大流量河水沖擊，造成升壓站至壩下壓力管側(cè)管墩近百米的山體出現(xiàn)淘空，嚴(yán)重危害了發(fā)電車間升壓站基礎(chǔ)設(shè)施及壓力管的安全，存在嚴(yán)重的安全隱患亟待解決。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的考察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀右岸第一孔溢流壩在挑流消能時(shí)，由于挑射的水流直接沖刷到右岸的巖石邊坡，日積月累會(huì)導(dǎo)致右岸的邊坡失穩(wěn)而脫落，局部地方會(huì)有崩塌的危險(xiǎn)，同時(shí)由于電站右岸壓力管道就位于右岸邊坡附近，一旦右岸邊坡失穩(wěn)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致壓力管道的破裂，從而給電站帶來巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。因此，需對(duì)右岸巖石邊坡進(jìn)行加固處理。

2.加固防護(hù)方案設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀溢洪道右岸邊坡為強(qiáng)風(fēng)化帶（Ⅳ）巖石邊坡，巖石呈灰黃色，分布在右岸壩外220m高程以上，由于右岸受構(gòu)造影響，強(qiáng)風(fēng)化帶下線埋藏較深，一般6～8m，巖石多呈松動(dòng)架空狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石表面有綠泥石、鐵質(zhì)薄膜渲染，巖石強(qiáng)度較低。根據(jù)對(duì)邊坡的地質(zhì)考察情況以及參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，采用預(yù)應(yīng)力錨桿的形式進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)，工期較短，能確保水電站邊坡修護(hù)工期進(jìn)度，并保障右岸邊坡的永久穩(wěn)定。

預(yù)應(yīng)力錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索采用同樣的加固原理，是將預(yù)應(yīng)力錨桿穿過滑動(dòng)面，外端固定在巖石面上，另一端固定在較為穩(wěn)定的巖體中，在外端施加預(yù)應(yīng)力，讓錨桿和巖體相互作用，以增加滑動(dòng)面摩擦力，從而改變巖體的穩(wěn)定度。通常情況下預(yù)應(yīng)力錨桿會(huì)采用端頭錨固式，錨固采用機(jī)械式或者黏結(jié)式。

河頭一級(jí)水電站的增效擴(kuò)容改造工程壓力管墩除險(xiǎn)加固項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容分為兩個(gè)部分。整體設(shè)計(jì)方案如下：

（1）右岸第一孔溢流壩的邊墩改造。鑿毛現(xiàn)狀右岸溢洪道邊墩50mm厚，露出原結(jié)構(gòu)鋼筋面之后，用Φ22mm鋼筋與之焊接連接，保證Φ22mm鋼筋橫、縱向保持300mm的間距，通過水工模型試驗(yàn)確定偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的挑射角度，然后澆筑該溢流壩邊墩。本次水工模型試驗(yàn)需要研究右岸第一孔溢洪道挑流方案實(shí)施以后對(duì)溢流壩泄流能力、下泄水流流態(tài)和各段流態(tài)銜接情況，右岸邊坡附近的流速、流態(tài)等水流條件和邊坡自身穩(wěn)定性情況，并提出優(yōu)化改善措施或合理的布置方案。

（2）使用預(yù)應(yīng)力錨桿對(duì)右岸巖石邊坡進(jìn)行加固處理。在右岸邊坡坡腳處設(shè)置密排的豎向微型樁支護(hù)，內(nèi)置14#工字鋼，樁間距1.0m，樁徑25cm，嵌入河道底高程以下4.5m，單樁全長(zhǎng)為8.0m，樁頂設(shè)一道500×500mm的C25鋼筋砼冠梁，工字鋼伸入冠梁300mm，同時(shí)該邊坡采用C25鋼筋砼菱形框格梁錨桿支護(hù)，坡度1：1，菱形框格梁的截面尺寸350×300mm，嵌入坡面100mm，錨桿Φ32mm鋼筋，15～20m長(zhǎng)的錨樁，與水平方向的傾角為30°，錨桿在坡面法向投影呈梅花型布置。

3.使用材料

（1）本次工程采用Φ32mm的預(yù)應(yīng)力錨桿材料，級(jí)別為PSB830精軋螺紋鋼筋，其性能要符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋》（GB/T 20065-2016）的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）外加劑、摻合料以及水泥標(biāo)準(zhǔn)。水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5的硅酸鹽或普通的硅酸鹽水泥，質(zhì)量要符合《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 191-2008）、《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63-2006）等的規(guī)定，外加劑、摻合料的計(jì)量和質(zhì)量要根據(jù)配合比實(shí)驗(yàn)予以明確。

（3）骨料。本工程選用骨料原則堅(jiān)持清潔、干燥、堅(jiān)硬、無(wú)雜質(zhì)等的標(biāo)準(zhǔn)砂料，細(xì)度≤2.8，粒徑≤2mm。

（4）其他的原料主要在河頭水電站所在縣城購(gòu)買，要具有產(chǎn)品合格證書，尤其要對(duì)施工所需的主要材料如鋼筋、高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋、骨料、摻合料等進(jìn)行抽樣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，由監(jiān)理工程師予以確認(rèn)批準(zhǔn)后才投入使用。

4.預(yù)應(yīng)力錨桿的施工要求

4.1施工工序

預(yù)應(yīng)力錨桿的施工工序如下：鉆孔→插入帶灌漿管（錨桿）→灌漿封控→澆筑混凝土墩頭→安裝錨具、錨墊板等→測(cè)試、拉伸和錨固→封錨頭。每道工序在施工過程中都會(huì)有中期檢查，確保每道工序都在監(jiān)理工程師的監(jiān)督檢查后才能進(jìn)行施工。

4.2組裝錨桿

預(yù)應(yīng)力錨桿是由高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋、隔離架、灌漿管、連接器和錨具等組成。組裝錨桿一般是在制作車間或有頂棚的地方完成，可以保護(hù)錨頭、錨桿組件和鋼筋等不受破壞或污染。

連接器主要是使鋼筋加長(zhǎng)加固，因此其強(qiáng)度不能低于螺紋鋼筋，并且不能將之加固在內(nèi)錨固段內(nèi)。

無(wú)粘連處理錨桿的自由段，要在自由段的表面涂抹上防腐油脂，套上塑料套管，連接錨固段分別用膠帶和無(wú)鋅鉛絲封閉綁牢。

沿著桿體的縱向設(shè)置對(duì)中支架，標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)錨固段每隔1.0m，張拉斷每隔2.0m設(shè)置一個(gè)，注意用無(wú)鋅鉛絲將對(duì)中支架、鋼筋、軟管、回漿管綁牢捆扎在一起，進(jìn)漿管要用土工布單層包裹嚴(yán)實(shí)，防止孔端被異物堵塞。

4.3鉆孔

預(yù)應(yīng)力錨桿的鉆孔，其傾斜度和孔位都要按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，孔位偏差要≤100mm，傾斜度偏差要≤2°，錨桿孔深應(yīng)比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度大40cm，便于施工中容納無(wú)法清理的巖石碎屑，孔徑誤差應(yīng)控制在3%以內(nèi)。鉆孔孔徑為110mm，可同時(shí)插入灌漿管、錨桿以及回漿管，鉆孔時(shí)要注意進(jìn)行分段測(cè)斜，及時(shí)糾正偏差。

鉆孔時(shí)如遇較多巖石碎屑、山體破裂或滲漏等現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行灌漿封固，采用純壓式灌漿，壓力在0.1～0.3MPa之間，灌漿水泥為42.5硅酸鹽水泥，漿液為水泥砂漿、水泥漿。

4.4安裝

先對(duì)鉆孔進(jìn)行檢查，確保一次能成功，如果有局部的坍塌現(xiàn)象，先進(jìn)行灌漿封固和清掃處理。入孔時(shí)要注意不能多次抽動(dòng)錨桿提，確保以均勻的速度和力度將錨桿插入鉆孔，現(xiàn)場(chǎng)加長(zhǎng)錨桿時(shí)要注意先放進(jìn)錨固段鋼筋，提前對(duì)張拉段進(jìn)行無(wú)粘連處理，對(duì)連接器做無(wú)粘連處理和涂抹防腐油脂、捆扎，然后用連接器在孔口將做過處理的接長(zhǎng)鋼筋進(jìn)行對(duì)接，按照施工設(shè)計(jì)要求將對(duì)中支架和管路捆扎在接長(zhǎng)的鋼筋上，將錨桿體安裝進(jìn)鉆孔里。安裝后要立即檢查灌漿管和排氣管等。

4.5澆筑和灌漿

按照施工設(shè)計(jì)要求進(jìn)行澆筑和灌漿，注意要清除現(xiàn)場(chǎng)松散的石塊、巖體等，確保巖面基礎(chǔ)穩(wěn)定，所用材料，如硅酸鹽水泥、水泥砂漿等都要經(jīng)監(jiān)理工程師檢查批準(zhǔn)后才能使用，灌漿時(shí)安裝壓力表，采用循環(huán)灌漿法，測(cè)試進(jìn)漿、灌漿時(shí)的壓力。

4.6錨桿張拉測(cè)試

安裝、澆筑和灌裝后，在混凝土外錨墩達(dá)和內(nèi)錨固段設(shè)計(jì)齡期3d后進(jìn)行錨桿張拉測(cè)試，在正式張拉之前，抽取0.1～0.2設(shè)計(jì)軸向拉力進(jìn)行1～2次預(yù)張拉，保證桿體平直，接觸緊密。本工程的預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)拉力為300kN，超張拉力≤330kN，根據(jù)表1，張拉力穩(wěn)定在10min即符合設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，河頭一級(jí)水電長(zhǎng)右岸的邊坡支護(hù)施工采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行錨固，有效解決了該工程工期緊、難度大、邊坡支護(hù)排架跨度大的難題，不僅滿足了施工的質(zhì)量要求，更為后續(xù)的邊坡支護(hù)整體工程贏得了時(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室工藝實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工檢查驗(yàn)收，本工程中對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的施工是合理的，錨桿、鉆孔和注漿等都符合設(shè)計(jì)計(jì)劃的規(guī)范要求，取得了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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