某水電站堤岸高陡邊坡錨索施工技術應用

劉士明

（開原市水利事務服務中心，遼寧 開原 112300）

0 引言

巖土錨固技術廣泛應用于水電大壩之中，其優點為：全面體現不同材料的特有能力；充分挖掘材料強度和潛能；具有較高的穩定性和承載力，鎖定不利形變。因此，巖土錨固在復雜地質和惡劣環境中有良好的應用效果，可以將項目施工中的巖土問題最大程度地解決。研究的水電大壩項目，左岸邊坡較陡，充分認識到巖土錨固優勢后，通過大規模應用該技術，實現良好的治理效果。

1 某水電站左岸高邊坡工程地質特點

項目所在地環境惡劣、地質復雜，地應力水平較高，巖體自身具有較高的卸荷能力，巖土層存在裂縫、斷層情況，左岸堤壩端部顯著存在變形現象；左岸邊坡高，挖方深度為550 m。

邊坡淺表存在卸荷拉裂情況，構成反向坡結構，巖體破碎且風化嚴重，存在發育期的節理裂隙，出現回彈錯動及卸荷拉裂情況。通過鉆孔了解地質情況，采取風動回旋方式鉆孔，鉆孔時出現塌孔、漏風、埋鉆等情況，因此需經常性清理才能有效成孔。

2 水電站大壩高邊坡錨索結構設計

2.1 錨索設計結構及參數

錨索采用全防腐壓力分散結構，相關設計情況見表1。錨索使用Φ15*24號鋼筋加工而成，其鋼絞線強度達1 860 MPa；施工前做好準備工作，對鋼絞線的性能、質量全面檢測，了解到其破壞應力為271.80 kN。

表1 錨索設計參數表

2.2 壓力分散型錨索設置分布情況

研究對象堤壩高達550 m，使用4 769根錨索錨固邊坡；選擇的錨索類型為單孔多錨頭，壓力分散型無黏結預應力錨索；按照開挖面，各錨索排布順序為4 m×4 m，5 m×5 m，6 m×6 m，使用最多的為4 m×4 m排布式；支護重量主要有三類，即1 000 kN、2 000 kN、3 000 kN。

3 高邊坡復雜地質狀況下錨索技術

3.1 錨索造孔工藝

該大壩施工建設時，超長錨索施工最為關鍵，其中鉆孔為重要環節，直接決定著項目錨固處理的質量。根據多年實踐及錨索造孔試驗，筆者歸納出在特殊地質環境下實施錨索造孔的方式，主要操作流程如圖1、2所示。

圖1 全液壓鉆機緊跟開挖面錨索造孔工藝流程圖

圖2 輕型錨固鉆機排架上錨索造孔工藝流程圖

3.2 造孔要求

與設計相比，孔位偏差控制在10 cm 之內；終孔孔軸偏差小于孔深2%，方位角小于3°。如設計有特殊要求，則按照設計要求糾偏。與設計孔徑相比，終孔孔徑不得低于10 mm。與設計孔深相比，終孔孔徑宜大于40 cm。應選擇在滿足設計要求的巖體中設定預應力錨索的錨固段，如錨固段處于軟弱巖層時，應加大孔深5～8 m，如仍無穩定巖層，要灌漿加固錨固段。

3.3 錨索造孔糾偏工藝要點

開展錨索孔施工前，使用諸如全站儀、羅盤等相關設備對各個角度科學調整。以便科學確定造孔位置，提高選址的精確度，施工時需進行一定的糾偏工作，措施為：鉆孔施工應適當調整鉆具的方位角和傾斜角，鉆頭入地0.20～0.30 m后，要對其角度及時校核，了解角度情況。進行糾偏時，要與施工現場實際情況相結合，明確造孔情況，通過科學措施有效降低和規避造孔偏移的情況，確保按照既定的設計方案開展鉆孔工作，盡可能保證鉆頭沿軸線下鉆。根據項目施工情況、現場勘探地質情況、巖層情況等設定鉆進參數。項目由于左岸較高，因此要秉承“中鉆壓、穩風壓、緩轉速”的原則實施鉆孔作業，鉆孔速度不宜過快也不宜過慢，控制在3～5 m/h，風壓介于1～1.20 MPa，沖擊頻率為18次/s。

3.4 錨索造孔質量控制措施

開孔前通過全站儀測量放孔，以紅色油漆標記，依次排序孔號。造孔前編制腳手架專項施工方案，依托方案搭設腳手架，造孔設備進場后，通過羅盤對鉆機軸線予以校正，后完成鉆機固定措施。造孔過程中，釬頭緊抵巖層表面，暫不旋轉釬頭，經低壓形成沖擊槽后開始正常鉆擊。造孔0.20～0.30 m 后，對鉆孔角度再次校正。為確保在特殊巖層處有較好的造孔效果，可以借助防斜鉆具，諸如螺旋鉆、扶正器等組合對孔斜予以控制，借此取得良好的鉆孔精度。造孔過程中經常性借助測斜儀對孔道角度進行測量，如出現偏差要及時糾偏。

3.5 高陡邊坡錨索束體制作及安裝要點

為做好PE 套保護工作，運輸鋼絞線時應使用聚乙烯管包裹，聚乙烯管管徑為5 cm，科學布置支架及束線環，盡可能減少其數量。減小束線卡、架空裝置之間的距離，由2 m 變為1.50 m，有效減少孔道與錨索的摩擦。優化隔離架的形狀，用腰鼓形代替常用的方形，便于開展錨索施工。安裝錨索過程中，要使用專用設備清理鉆頭。錨索入孔后，施工人員操作要保持平衡，以免對PE套及其組件造成破壞。

通過上述5步操作，可以全面保護PE套，促進錨索自身耐久性的有效提升。

3.6 錨索孔注漿施工技術要點

3.6.1 制漿

制漿時使用高速攪拌機，按照既定的配合比稱重相關材料，稱重要注意誤差，誤差范圍控制低于5%。稱量水泥使用袋裝標準法（P.O42.5R普通硅酸鹽水泥），稱量水則使用體積法，外加劑使用現場配置的臺秤稱量。完成物質稱量后，先在攪拌機中放入水，后將定量的減水劑加入其中，然后向攪拌機中添加袋裝水泥，接著均勻攪拌，攪拌機工作時間應超30 s。漿液均勻攪拌后，使用專業設備對漿液密度進行測量，后使用40目篩網過濾制備好的漿液，完成上述操作后，于儲漿桶暫儲漿液，且要低速攪拌。

3.6.2 注漿

①使用水泥材料進行錨索灌漿；②如錨索破裂，需在破裂處進行灌漿固結，依托項目所在地的地址情況，選擇混合比為1∶1～0.45∶1漿體水泥進行施工，如部位裂縫較大、吸漿較多，還需進行砂漿回填操作；③完成錨索束線卡施工后，使用水灰比0.38∶1的漿液灌漿，適量添加減水劑，劑量為1%。④鉆孔時如果出現漏風、埋鉆等問題，需要進行灌漿處理；⑤灌漿錨索孔的過程中，要想持續灌漿需進行增壓處理，可以采取封閉孔口、插入灌漿管的方式增壓。

3.7 錨索張拉施工要點

3.7.1 錨索張拉工藝要求

當錨墩、注漿體達到設定承載力后，可以張拉錨索。實施過程中使用的器械要做好維護保養工作，確保工況良好，由于該施工過程需要使用多種器械，因此要做好器械間的協調工作；項目所在地環境、地質較為復雜，因此推薦使用間歇張拉的方式張拉錨索，剛開始按照90%的設計標準值進行張拉，14 d后進行二次補拉，力度為設計標準的110%，完成補拉后對封錨實施保護措施。

3.7.2 錨索張拉成果分析

由于項目左岸錨索較長、鉆孔傾斜度較大且孔道相對粗糙，導致鋼絞線理論延伸值與實際值存在偏差，需通過相應措施予以干預，具體措施如下：①實施多種方式，對鉆孔傾斜度進行控制；②地質方面存在的缺陷，使用灌漿措施進行處理，提升孔道面光滑度；③適當保護PE套，以免其被損壞；④施工過程中全面統計鋼絞線伸長度，采集相應數據，如表2所示。

表2 部分錨索鋼絞線伸長值偏差率抽樣數據分析表

通過分析上表采集的數據，可知采取單根分組張拉鋼絞線措施，其伸長量多數處于+10%～-5%，也有部分超出標準值的情況。表明在復雜地質環境下進行鋼絞線拉長可以使用該措施。

3.7.3 錨索測力計監測成果分析

項目左岸邊坡較高，依托設計錨索量的5%設定測力計。設置測力計的量及測試情況見表3。

表3 大壩左岸高邊坡錨索測力計監測數據分析表

分析上表數據得知，所檢測的噸位均介于0.85 σcon ～0.97 σcon。

4 高邊坡治理后變形穩定監測情況

超出1 855 m的邊坡采取多點位移計監測方式，采集到的數據表明巖體出現整體性移動，但移動量處于可控范圍內，大壩整體狀態穩定。

超出1 855 m的邊坡采取錨桿應力監測形式，采集數據后進行分析，顯示其總體呈現受拉趨勢，拉力一般低于50 MPa，試驗所檢測的錨桿應力呈現增大趨勢，遞增速度較小，日均遞增量低于0.58 MPa，綜合分析錨桿受力情況，可知錨固點巖體總體較為穩定。

5 結論

某水電站項目左岸為高邊坡巖體結構，其地質狀況極為復雜，錨固作業量較大，施工難度大。在建設過程中針對錨索作業實施了專業實踐，并結合現場實際地質狀況采取了相應的施工方式，探索出符合實際的錨索施工方式。施工過程中，系統全面采集相關數據并進行分析，對復雜地質、環境下的高陡邊坡錨索施工方法、技術進行創新。目前研究的大壩工程已全面完成550 m 級高邊坡防護施工，根據近3 a 所監測采集的數據可知，錨索錨固效果非常出色，滿足大壩建設的各項要求，項目所采取的施工技術、措施，可以在同類型項目施工中推廣實施。