丁海龍

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，四川成都 610213)

1 工程概況

向家壩水電站右岸重件運(yùn)輸路毗鄰金沙江，起點(diǎn)為右岸進(jìn)廠交通洞洞口，終點(diǎn)位于重件碼頭附近。鑒于地質(zhì)條件原因，對(duì)重件路護(hù)坡錨索樁及鋼筋混凝土承臺(tái)設(shè)置了預(yù)應(yīng)力錨索對(duì)邊坡進(jìn)行加固(圖1)。設(shè)計(jì)錨索類型為無(wú)粘結(jié)端頭錨，設(shè)計(jì)張拉噸位為1000 kN·m，鎖定噸位為800 kN·m，單根錨索長(zhǎng)度為35～62 m。

圖1 錨索孔布置形式示意圖

2 工程地質(zhì)條件

錨索施工位于右岸護(hù)坡，坡頂為一級(jí)階地，階面高程290 m 左右，枯水期河水位在高程266.5～268 m 左右。護(hù)坡體基礎(chǔ)部位基巖面高程在260 m 左右，巖性以侏羅系自流井組J1-2Z 的紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，巖層傾向下游，傾角10°～15°，強(qiáng)風(fēng)化層厚度約2 m。臨江岸坡僅局部有基巖出露，坡面廣泛分布松散堆積物，厚8～30 m，組成物質(zhì)主要為河流沖積的卵礫石層，含有大量粒徑在1 m 以上的漂石或崩塊石。設(shè)計(jì)要求錨索孔穿過(guò)坡面堆積物，將內(nèi)錨段置于基巖內(nèi)，錨索孔與水平面夾角為15°～32°。

3 工程施工

3.1 工藝性試驗(yàn)

工藝性試驗(yàn)歷時(shí)4個(gè)月，分兩個(gè)階段分別進(jìn)行了錨索工藝性試驗(yàn)及灌漿漿材、灌漿工藝等試驗(yàn)，選擇出了適合本工程的施工設(shè)備，確定了在江水位以下的深厚覆蓋層中實(shí)施預(yù)應(yīng)力錨索的造孔、護(hù)壁、灌漿和張拉的工藝參數(shù)。

3.2 施工工藝流程

經(jīng)試驗(yàn)確定的單束預(yù)應(yīng)力錨索施工的工藝流程如圖2所示。

3.3 施工機(jī)具及材料

根據(jù)試驗(yàn)成果，鉆孔選用YG-70型錨固工程鉆機(jī)，拔管設(shè)備采用BG-100型拔管機(jī)，注漿采用3SNS 灌漿泵并配備自動(dòng)記錄儀記錄，錨夾具采用QMV15-7型錨具，張拉設(shè)備選用YCW150型千斤頂。

鋼絞線采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線，7根集束，極限抗拉強(qiáng)度為1860 MPa，公稱直徑為15.24 mm。水泥采用強(qiáng)度42.5 MPa 的高抗硫酸鹽水泥，摻用巴斯夫公司生產(chǎn)的Rheoplus26R 型減水劑。

3.4 鉆孔施工

根據(jù)地層條件，采用跟管鉆進(jìn)與普通鉆進(jìn)相結(jié)合的方法進(jìn)行施工，先用風(fēng)動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)鉆φ146孔至入巖0.5～1 m后換用φ130潛孔錘繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔。

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝程序圖

因覆蓋層深厚，存在超過(guò)15 m 厚的孤石堆積層，給鉆孔造成了很大困難，施工前期頻繁出現(xiàn)套管脫落、斷裂、跟管鉆具起拔不出等孔內(nèi)事故，致使鉆孔報(bào)廢，不得不重新開(kāi)孔。針對(duì)此種情況，采用了慢速鉆進(jìn)、重復(fù)掃孔、選用優(yōu)質(zhì)管靴等措施進(jìn)行處理。

待錨索孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行清孔工作，使用壓縮空氣將鉆孔及孔壁上附著的粉塵、巖屑沖洗干凈，直至返水澄清為止，之后進(jìn)行孔徑、孔深、孔斜等的檢查驗(yàn)收。

3.5 錨索制作與安裝

3.5.1 索體制作

制作前，對(duì)鉆孔實(shí)際深度進(jìn)行測(cè)量，并按孔號(hào)和設(shè)計(jì)要求截取錨索體材料。加工時(shí)先將錨固段范圍的PE 套管剝?nèi)?，用鋸末、棉紗擦掉表層油脂，然后用干凈的棉紗擦拭干凈?/p>

將鋼絞線和灌漿管平攤于工作平臺(tái)上，把灌漿管、內(nèi)圈鋼絞線、外圈鋼絞線捆扎成一束。各根鋼絞線間和灌漿管之間用隔離支架分離，經(jīng)過(guò)隔離架的每根鋼絞線均用無(wú)鋅鉛絲與隔離架綁扎在一起。最后，對(duì)張拉段兩端鋼絞線開(kāi)口處用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行封閉。

3.5.2 止?jié){包及灌漿管路加工

為保證內(nèi)錨段灌漿的質(zhì)量，在錨固段上端設(shè)置止?jié){包，止?jié){包長(zhǎng)80 cm 左右，采用1層土工布和2層細(xì)帆布包裹、線口縫紉4道的方式進(jìn)行加工。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)灌漿管路采用三進(jìn)三出的方案，即止?jié){包、內(nèi)錨段和張拉段分別設(shè)置進(jìn)、回漿管路(圖3)。尤其是在止?jié){包增加了專用的進(jìn)漿回漿管路后，形成了獨(dú)立的漿液循環(huán)系統(tǒng)，使布袋注漿后能夠充分膨脹，達(dá)到了較好的止?jié){效果。

圖3 布袋式止?jié){包結(jié)構(gòu)形式示意圖

在張拉段進(jìn)漿和回漿管路上每間隔5 m 設(shè)一個(gè)φ10的進(jìn)、回漿孔，其上下位置錯(cuò)開(kāi)2 m。

對(duì)不同的進(jìn)漿管及回漿管進(jìn)行編號(hào)，并在出口段用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí);灌漿前，還需通風(fēng)檢查其是否暢通，將不暢通的及時(shí)更換掉。管道安裝檢查完畢，管口臨時(shí)封閉，導(dǎo)向帽與鋼絞線之間用環(huán)氧砂漿填實(shí)。

3.5.3 錨索運(yùn)輸與下設(shè)

在錨索孔及錨索檢驗(yàn)合格后，按孔號(hào)、索號(hào)，采用人工運(yùn)輸抬至孔口，下索安裝。在錨索運(yùn)輸過(guò)程中，保持索體形態(tài)及附件狀態(tài)，不拖土、扭絞、松絲散絲?？變?nèi)錨索的推送采用人工進(jìn)行，下索前先檢查鉆孔的穩(wěn)定情況，核對(duì)孔號(hào)對(duì)應(yīng)的錨索編號(hào)，經(jīng)確認(rèn)無(wú)誤后一次下索。

3.6 錨索的注漿

3.6.1 漿液的拌制

本工程注漿漿液采用水灰比0.32∶1，28 d 強(qiáng)度M50水泥凈漿的配比見(jiàn)表1。

表1 水泥凈漿配比表

按比例投料后采用高速攪拌機(jī)制漿，漿液隨拌隨用，拌和好的漿液擱置時(shí)間按不超過(guò)1 h 控制。

3.6.2 注漿施工

(1)止?jié){包注漿。

錨索下設(shè)完畢，檢查灌漿管路情況、壓力表及回漿裝置無(wú)異常后，先行灌注止?jié){包，止?jié){包灌注時(shí)，控制灌漿壓力，防止壓力過(guò)大將止?jié){包壓破。

(2)內(nèi)錨段注漿。

止?jié){包漿液待凝8 h 后，再采用壓力水沖洗內(nèi)錨段至回水清澈后，起拔覆蓋層內(nèi)的套管后立即進(jìn)行內(nèi)錨段灌漿。

開(kāi)始灌漿時(shí)，敞開(kāi)回漿管以排出氣體、水和稀漿;當(dāng)檢測(cè)回漿管回漿濃度與注入濃度一致時(shí)或壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力且吸漿量小于0.4 L/min 時(shí)進(jìn)行屏漿，屏漿30 min 結(jié)束注漿。

(3)張拉段注漿。

張拉段灌漿待錨索張拉完成后進(jìn)行。自進(jìn)漿管泵送進(jìn)漿液，壓力0.1～0.2 MPa，待實(shí)際進(jìn)漿量達(dá)到理論漿量的1.5倍停止注漿。

3.7 錨墩澆筑

錨墩墊座混凝土澆筑前將一期灌漿管、回漿管和止?jié){包充氣管在孔口處截?cái)?，?duì)混凝土進(jìn)行鑿毛和沖洗。按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行錨墩鋼結(jié)構(gòu)和模板的架立，施工中應(yīng)保證孔口管軸線與鉆孔軸線重合，鋼墊板與孔口管軸線垂直。

3.8 錨索張拉

待內(nèi)錨段漿體(待強(qiáng)時(shí)間不少于14 d)和承壓墊座混凝土承載強(qiáng)度(待強(qiáng)不少于7 d)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后進(jìn)行索體張拉。

張拉作業(yè)前，先對(duì)張拉設(shè)備系統(tǒng)(包括千斤頂、油管、壓力表等)進(jìn)行“油壓值——張拉力”率定，并依據(jù)率定曲線在張拉過(guò)程中控制張拉力。

張拉作業(yè)時(shí)，先對(duì)每股鋼絞線按30 kN 荷載進(jìn)行預(yù)緊張拉并鎖定于錨板上，再將所有錨索一起按九級(jí)順次張拉至設(shè)計(jì)張拉荷載。在每級(jí)張拉力下穩(wěn)定5 min 后(施工后期延長(zhǎng)至20 min 左右)再進(jìn)行下一級(jí)的張拉。張拉時(shí)升荷速率每分鐘不超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10，卸荷速率每分鐘不超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/5。在張拉過(guò)程中，以壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，伸長(zhǎng)值測(cè)量為輔，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)最大張拉荷載后穩(wěn)壓30 min 后鎖定。錨索鎖定后，若預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力10%時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

4 幾個(gè)值得說(shuō)明的問(wèn)題

因本工程張拉段位于覆蓋層內(nèi)，而內(nèi)錨段基巖巖質(zhì)較差、裂隙發(fā)育，較純巖石或混凝土錨索施工具有其特殊性和復(fù)雜性。施工中采取了相應(yīng)的對(duì)策，說(shuō)明如下:

(1)針對(duì)本工程覆蓋層深厚，漂、孤石含量多的特點(diǎn)，選用優(yōu)質(zhì)的護(hù)壁管材和適合本工程地質(zhì)條件的鉆頭、鉆具施工，保證了工程的順利進(jìn)行。

(2)因孔內(nèi)巖屑沉淀較快，影響到內(nèi)錨段的實(shí)際長(zhǎng)度，導(dǎo)致注漿后錨固力下降，經(jīng)設(shè)計(jì)修改后，在內(nèi)錨段底部增加了長(zhǎng)1 m 的沉渣段用于沉渣。

(3)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，將內(nèi)錨段長(zhǎng)度由原設(shè)計(jì)的6 m 延長(zhǎng)至9 m。同時(shí)，在缺乏地質(zhì)資料的部位，將內(nèi)錨段以上5 m 左右的巖體作為強(qiáng)風(fēng)化層考慮，適當(dāng)加深孔深，以確保將內(nèi)錨固段設(shè)在較新鮮完整的巖體中。這些措施有效地提高了錨固力，解決了前期施工中錨固力不足的問(wèn)題。

(4)為更好地保護(hù)張拉段索體，本工程在無(wú)粘結(jié)錨索施工工藝的基礎(chǔ)上增加了張拉段灌漿工序，相應(yīng)地增加了張拉段布套制安工序。

(5)因基巖裂隙發(fā)育且相互貫通，相鄰兩孔內(nèi)錨段灌漿時(shí)存在串漿現(xiàn)象。施工中采取了分序跳打的方式予以解決，減小了串漿幾率。對(duì)已串漿的孔采取并灌措施進(jìn)行了處理。

(6)錨固段在遇到地質(zhì)缺陷或軟弱巖層時(shí)對(duì)部分孔進(jìn)行了預(yù)固結(jié)灌漿處理，保證了內(nèi)錨段所處巖體的完整性和膠結(jié)強(qiáng)度。

(7)為保證錨固力，在施工進(jìn)度允許的前提下，張拉前適當(dāng)延長(zhǎng)了內(nèi)錨段漿體的待強(qiáng)時(shí)間。

(8)因拔套管后孔壁垮塌擠壓索體，為保證張拉力有效傳遞，施工中減小了張拉荷載的分級(jí)間隔，按250 kN→400 kN→550 kN→650 kN→750 kN→850 kN→900 kN→950 kN→1000 kN 九級(jí)順次張拉，并適當(dāng)延長(zhǎng)了每級(jí)荷載的穩(wěn)定時(shí)間。

(9)在缺少預(yù)應(yīng)力孔道局部偏擺系數(shù)、鋼絞線與孔道壁的摩擦系數(shù)等基礎(chǔ)資料的情況下，本工程忽略了這些因素，采用直線型錨索伸長(zhǎng)值計(jì)算公式簡(jiǎn)化計(jì)算出理論伸長(zhǎng)值，再以400 kN 時(shí)的實(shí)際伸長(zhǎng)值減掉該級(jí)上述理論伸長(zhǎng)值所得的絕對(duì)值，將其作為該錨索的初始伸長(zhǎng)值用于計(jì)算錨索的伸長(zhǎng)值偏差，借此輔助控制錨索的張拉施工。

5 施工成果評(píng)述

本次施工共完成錨索施工244束，下設(shè)索體總長(zhǎng)11000余m。在對(duì)前期試驗(yàn)施工時(shí)的部分不合格孔處理完成后，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，所有孔均能達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力和設(shè)計(jì)鎖定噸位，鎖定損失率在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。施工后的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:錨索預(yù)應(yīng)力損失在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

本工程是在復(fù)雜地質(zhì)條件下的深厚覆蓋層內(nèi)進(jìn)行錨索施工，遇到了一些在常規(guī)的錨索工程中鮮見(jiàn)的施工技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)本工程的成功實(shí)踐和探索，拓展了預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)用范圍，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。