預應力錨索在大崗山水電工程邊坡治理中的應用

陳寶勝

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510610）

水利邊坡工程施工，需要保障結構穩固性，同時要與周圍環境相協調，特別是在邊坡施工作業過程中，更要關注預應力錨索的實際應用。重視對預應力錨索在水利工程邊坡治理中的應用的研究，是保障邊坡工程穩固的重要舉措[1]。

1 工程概況

大崗山水電站在建設完成后，能夠進行防洪、發電和供水。本工程所呈現出的主要問題是在工程大壩山體邊坡處，存在嚴重的山體滑坡這一安全隱患。對本工程的地質條件進行勘察和分析可知，該工程左岸邊坡的巖石構成為泥盆系中厚層-厚層砂巖，分布時更傾向于下游分布，且有向左岸偏移的趨勢。對邊坡進行進一步開挖與研究可知，其邊坡的荷載裂縫的發育已經較為成熟，且具有較大的張開度和大規模的洞隙，當遭遇降雨天氣或邊坡底部施工時，邊坡的穩定性會受到很大影響，并出現裂縫或滑塌等問題[2]。積極采取措施對上述病害加以控制，其中主要采取的是對邊坡進行錨索施工加固的方式，具體采取的加固形式為預應力錨索板墻，具體見圖1。

圖1 某邊坡處理工程截面圖

2 預應力錨索設計

在采取預應力錨索技術進行施工時，需要做好施工設計，在大崗山水電站中，需要對預應力錨索板墻的加固作用進行具體的計算。計算之前，充分了解工程地質條件，對板墻進行截面尺寸、錨固段長度、錨索位置和初始預應力的初步擬定。采取科學的計算模式計算出滑動面彎矩、剪力、轉角和撓度，并對錨索拉力值進行計算，主要應用的原理是位移變形協調原理。同時，計算樁頂位移，以保障能夠對樁頂位移進行嚴格的控制。典型的預應力錨索結構在水利工程邊坡中應用的計算要點包括兩方面[3]。

2.1 物理力學參數

了解工程的勘察結果，并選取合理的土層厚度和產狀，對這兩個物理參數進行室內試驗和進一步的分析。

2.2 土壓力結構計算

土壓力計算要依托于庫倫土壓力進行計算，而同時也要采用傳遞系數法對滑坡推力進行分析，根據計算結果調整預應力錨索結構的變形協調度，具體見圖2。

圖2 預應力錨索變形協調示意圖

在計算內力和配筋時，按照預應力錨索變形協調示意圖可知，需要采用分項系數法，計算出承載力的極限值。在進行計算時，要將混凝土結構當做標準，確保其他結構的計算也符合工程設計規范要求。

2.3 錨桿計算

主要應計算的參數包括錨桿的鋼絞線的截面面積、錨桿強度、砂漿與鋼絞線之間的粘聚力。在得出各項數值后，選取最小值進行深入的分析，考慮到鋼絞線一般較大，因此在確定其余錨桿設計軸向拉力的比值時，將其設定為抗拔安全系數即可。

3 預應力錨索施工

3.1 施工準備

施工前必須做好數據的測量放樣，通過使用標準的測量儀器對錨孔孔位施行定位，并準確標記。由于施工環境較為復雜，如需孔位調整，必須得到設計方許可方能實行調整。鉆孔前，須提前搭建施工作業的排架，經相關部門安全檢查合格，且符合安全承重標準后再進行施工作業。

3.2 鉆孔施工

錨索孔位必須結合設計的圖紙的數據進行測放，并根據實際的施工現場地形對于局部設計進行調整。必須重視把現場所測放的錨索位置使用紅油漆進行標記，并在錨索孔開孔之前把方位角測放出來，且需要保證錨索的俯角、方位角以及孔位等數據的精準，在質檢人員檢驗符合標準以后，才可以實施開鉆工作。孔位的坐標誤差不可以超過10 cm，鉆進過程中，必須不斷對孔斜進行調整、測量，確保終孔的孔軸誤差不大于孔深度的3%，方位角不大于2°。由于邊坡地質條件相對復雜，在成孔過程中，容易發生卡鉆或者掉塊等狀況，在一定程度上提高了成孔的難度。因此，鉆孔時應該使用鋼套管實施鉆進工作，套管護壁方式則選擇單偏心擴孔和管護壁的方式。需要注意的是，鋼管的直徑必須根據錨索的設計孔徑來選擇。在鉆進的過程中必須對該工程的地質狀況進行詳細記錄，以便后期對錨固灌漿進行科學把控。

3.3 錨索安裝

在完成清孔工作后，安裝錨索前必須二次檢查鉆孔質量，清除塌孔以及掉塊的風險。此外，對于錨索的結構也必須進行認真的檢查，及時的修復損壞的防護層。如需使用預先設制的錨固段，需要減少錨索安裝過程中自由端和錨固端產生彎曲的可能性，避免注漿液體的斷裂與分離。在進行錨索推送過程中，必須保證錨索不發生轉動，使推送受力達到一致，以免傷害錨索的防護層。若遇到推送困難的情況，可以拔出錨索并進行檢驗。經檢驗符合標準后再進行錨索安裝，安裝之前必須仔細檢驗注漿管，以保障穿索和注漿工作的順利開展。

3.4 錨索張拉

在進行錨索分級張拉時，必須認真測量實際的伸長值，再與預計伸長數值進行對比分析。重點關注張拉鎖定以后的夾片，其錯牙的范圍不可以超過2 mm。在實際張拉時，需要全程按照預先設計的張拉力標準施行控制，真實的伸長值只需要進行記錄，不需要放入到控制性的工程項目中。在錨索安裝完畢之后，如果發生應力降低的狀況則需要補償張拉，但是重復張拉的次數不可以超過兩次。

3.5 封錨

在完成預應力束張拉后，必須及時進行封錨處理，封錨時外露的部分不得小于20 cm，且混凝土的強度要高于錨墩混凝土的強度。為降低由于預應力的損耗影響加固的效果，該工程使用了可調式錨索，也就是使用黃油代替混凝土進行封錨工作，再外加鐵皮進行進一步的防護工作。

4 預應力損失質量檢驗

就預應力材料本身特性而言，難免導致預應力損失，再加上工程邊坡會出現病害，也會影響預應力的存留，因此在預應力錨索施工完成之后，需要對其進行預應力損失質量檢驗。在進行預應力損失質量檢驗時，選擇的預應力錨索要多于5%，并按照設計荷載的1.5 倍確定荷載值，并按照設計要求進行張拉過程控制和參數取值控制。在檢驗過程中要借助預應力錨索索力監測傳感器，對監測數據進行搜集和分析可得出錨索應力損失和時間之間的關系，具體見圖3。

圖3 錨索預應力損失時間變化曲線

參照圖3 中的參數變化，可以對預應力的損失階段進行分析，主要分為兩個階段。

4.1 張拉鎖定階段

在該階段，錨索預應力的損失呈現出短時間和損失量大的特征，以總預應力為基數，該階段損失的百分比為15%～20%。

4.2 錨索服役階段

在該階段，錨索預應力的損失呈現出和時間增長之間的正相關性，且損失量相對較小，占比為3%～5%。且對圖3 進行深入分析可知，錨索預應力的變化具有較大的波動性，波動較大的時間段為每年10 月份至次年6 月份，分析原因可知，是氣候、環境和溫度的共同作用導致的。而再進一步分析可知，預應力雖然一直處于損失的狀態之中，但是其相對增長量是呈現下降趨勢的，因而可以證明將預應力錨索應用在水利工程邊坡施工中，能夠起到相對較好的加固作用。

5 結語

預應力錨索施工技術在邊坡治理過程中的應用較為廣泛，在使用預應力錨索施工技術時，必須在做好充分的施工準備的前提下開展后續作業，包括鉆孔、錨索安裝、錨索張拉和封錨等，確保通過預應力錨索施工來加強邊坡結構的穩定性。