鋼錨墩在古瓦水電站高邊坡錨索施工中的應用

何 國 勤， 王 志 鵬， 鄭 印

(1.大唐鄉城水電開發有限公司，四川 甘孜 627850；2.中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

在巖體高邊坡支護施工過程中，廣泛采用預應力錨索解決高邊坡開挖后地應力的釋放及重新分布后引起的高邊坡變形及坍塌等危害。高邊坡開挖后，為保證邊坡的安全及穩定，往往要求盡快完成邊坡錨索的安裝，盡早提供主動防護，尤其是應急搶險及高寒地區的邊坡支護。然而，由于高邊坡錨索施工具有施工組織難度大、安全風險高、工序多、工藝復雜、質量管控難度大等特點，錨索施工耗時較長，難以達到預期目標。錨墩作為錨索的重要組成部分之一，直接關系到錨索張拉及施工的用時。在保證錨索施工質量的前提下，加快錨墩施工速度是一個意義重大的研究課題。

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉城縣境內，是碩曲河干流鄉城、得榮段“一庫六級”梯級開發方案中的“龍頭水庫”電站，下游為娘擁水電站。大壩左右岸壩肩巖體以中厚～厚層狀變質砂巖夾板巖地層為主，設計的支護形式為預應力錨索，錨索規格及布置參數見表1。

筆者介紹了鋼錨墩在古瓦水電站高邊坡錨索施工中的應用情況。

表1 錨索規格型號及布置參數表

2 錨墩形式的設計與優化

2.1 優化原因

因地質原因，2017年10月15日電站進水口邊坡發生了大范圍垮塌。由于進水口邊坡巖層與左、右岸邊坡巖層相同，均為中厚～厚層狀變質砂巖夾板巖順層邊坡，在左、右岸邊坡開挖過程中出現了斜向裂縫。為避免左、右岸邊坡出現垮塌現象，急需盡快完成左、右岸邊坡的深層支護。“為縮短支護工期，經研究決定將混凝土錨墩改為鋼錨墩”[1]，以保證在雨季來臨前完成所有錨索的支護。

2.2 原設計方案中的混凝土錨墩

2.2.1 混凝土錨墩的設計參數

1 000 kN預應力錨索錨墩的設計參數：

長(800 mm)×寬(800 mm)×厚(400 mm)。

1 500 kN預應力錨索錨墩的設計參數：

長(1 000 mm)×寬(1 000 mm)×厚(500 mm)。

2.2.2 混凝土錨墩的施工工藝

(1)在孔口安裝錨墊板、鋼套管、結構鋼筋等預埋件，錨墩為梯形斷面，“錨墊板安裝時必須保證墊板平面與孔道軸線垂直，套管與孔道軸線對中”[2]，并將套管與孔道間的空隙密封，混凝土錨墩設計情況見圖1。

(2)錨墩鋼筋加工好后，按照設計尺寸綁扎成鋼筋架，將鋼墊板牢固焊接在鋼筋架上。

圖1 混凝土錨墩設計示意圖

(3)“安裝時調整鋼筋架，使鋼墊板預留孔的中心位置置于錨孔軸線上，平面與錨孔軸線正交，其誤差不得大于0.5°”[3，4],錨墩模板采用自制四片定型鋼模板并在現場組裝，鋼模和巖面之間的空隙用木條嵌補，上模板預留進料口和觀察排氣孔。

(4)在孔位附近設插筋固定模板。

(5)C30混凝土采用強制拌和機拌制，根據實際地形坡度，現場采用溜管(槽)下料入倉。

(6)為保證錨墩混凝土的早期強度能滿足錨索張拉的需要，在混凝土配比中摻入了適量的早強減水劑。錨墩施工前應先清理巖面的浮渣，以保證混凝土與外露巖面的有效結合。

(7)混凝土澆筑完畢及時灑水加以養護。

2.3 優化后的鋼錨墩

2.3.1 鋼錨墩的設計參數

1 000 kN預應力錨索錨墩的設計參數：

長(300 mm)×寬(300 mm)×厚(40 mm)。

1 500 kN預應力錨索錨墩的設計參數：

長(400 mm)×寬(400 mm)×厚(40 mm)。

2.3.2 鋼錨墩的施工工藝

(1)在安裝鋼錨墩前，需要清理巖面與孔向呈交錯垂直狀態。

(2)為方便固定，在鋼錨墩周邊加工了4個凹槽，采用螺栓進行固定。

(3)孔口段必須加鋼套管并保證錨索不偏心。鋼錨墩設計情況見圖2。

2.4 混凝土錨墩與鋼錨墩的優缺點對比

該項目地處海拔3 350 m，每年10月至次年3月為冬季(氣溫為-20 ℃～10 ℃)，4～6月為雨季，有效施工期為7～9月。

該項目錨索工期于2018年1月份開始，若在錨索施工中采用混凝土錨墩存在氣溫低、混凝土澆筑后達到設計臨齡期緩慢，耗時耗工，高陡邊坡材料運輸困難等弊端；同時，在右岸邊坡高程3 330m處發現裂縫且裂縫有增寬的趨勢。根據實際情況并經現場建設四方研究討論后，決定將混凝土錨墩改為鋼錨墩。

圖2 鋼錨墩設計示意圖(單位：mm)

2.5 鋼錨墩預應力錨索的施工主材

鋼錨墩的尺寸見表2，其它噸位尺寸參數參照規范《水電水利工程預應力錨索施工規范》DL-T5083-2010。

表2 錨墩的尺寸及墊層砂漿參數表

2.6 鋼錨墩預應力錨索施工工藝流程

鋼錨墩預應力錨索施工工藝流程：造孔→鉆孔檢查→錨索制作及安裝→鋼墊板制作→內錨段灌漿(無粘結預應力錨索可全孔一次注漿)→鋼墊板安裝→千斤頂、油表率定→張拉、測試、錨固→張拉段灌漿→外錨頭保護。

2.6.1 鋼錨墩預應力錨索的施工方法

在鉆孔、下索、灌漿完成后，清理巖面，安裝鋼錨墩、采用M40砂漿找平，厚度為5～10 cm；待找平砂漿凝固后進行張拉。

2.6.2 鋼錨墩的制作

鋼錨墩在加工廠加工、根據設計尺寸“用粉筆將錨墩勾勒成型后用氧焊切割成型再用打磨機打磨圓滑。鋼錨墩的材質宜選用45號鋼，中心孔內壁光滑平整，無毛刺，外側孔口倒角”[5]。

2.6.3 鋼錨墩的安裝

錨索鉆孔結束后進行下索、灌漿；安裝鋼錨墩時采用手風鉆或電鉆鉆安裝鋼錨墩的連接螺栓，為保證螺栓孔位的精度，采用薄鐵皮板定位螺栓孔位。

在鋼錨墩安裝過程中，需要嚴格控制以下幾個工藝環節：

(1)鋼錨墩運輸至工作面后采用手動葫蘆吊裝，在檢查其滿足各項要求后扭緊連接螺栓予以固定、回填砂漿找平層。

(2)必須保證孔口段周圍的空間，在鋼板下加導向管(鋼套管)以保證錨索不偏心、與孔軸線一致，以保證張拉過程中鋼絞線不出現剪斷絲。

(3)鋼板宜采用螺桿配螺母固定或采用φ12～14插筋點焊固定。

(4)對于松動或破碎巖層必須清除干凈, 以免發生巖塊壓碎的情況而影響錨索的整體錨固效果。

(5)鋼錨墩的防護。錨索施工結束，采用環氧砂漿進行封錨防護；“封錨前，先用鋼刷對鋼錨墩進行除銹處理并涂刷一層環氧基液后再進行環氧砂漿的施工，以增強鋼錨墩與環氧砂漿的粘結力”[6]，環氧砂漿的封錨施工采用常規的立模澆筑方法進行。

3 鋼錨墩的應用情況

鋼錨墩在古瓦水電站大壩左、右岸邊坡深層支護中得到了廣泛應用，左、右岸邊坡共計布置錨索598束；如果按照正常的工期施工需要6個月時間。2018年1月在將混凝土錨墩改為鋼錨墩后，于2018年4月完成了所有錨索的施工，工期比原計劃提前60 d。

設計人員根據不同的巖層情況布置了25個錨索應力計，張拉過程中其數值可以達到設計張拉值。錨索工程至2018年4月完成。2019年1月，錨索應力計數據顯示，其滿足設計要求。

4 結論與建議

鋼錨墩主要適用于巖層較好的巖石預應力錨索，較好的巖面邊坡更有利于鋼錨墩的安裝、固定及張拉。在工期緊張、高海拔、冬季施工、材料運輸困難、應急搶險的項目，使用鋼錨墩優勢更加明顯。

在覆蓋層中使用鋼錨墩時，需經專業人員進行結構安全設計，以確定其是否可行。