淺析特殊地質(zhì)條件下跟管固壁法錨索施工工藝

邵 芳, 田 曉 敏, 孟 懷 秀

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰 611830)

1 工程概況

引漢濟(jì)渭黃金峽水利樞紐前期工程左壩肩高邊坡為強(qiáng)風(fēng)化閃長巖，巖石破碎。設(shè)計(jì)開挖坡比為1∶0.7和1∶0.4，局部為1∶0.3，支護(hù)方式主要為錨噴+錨索。錨索最初設(shè)計(jì)為1 000 kN，長度為25 m、30 m兩種。施工過程中發(fā)現(xiàn)邊坡圍巖破碎嚴(yán)重，地質(zhì)情況復(fù)雜且存在f3、f4和f8斷層，設(shè)計(jì)加密了錨索，增大了錨墩板并增加了錨索間格構(gòu)梁，所增加的錨索長度有25 m、30 m、35 m和40 m四種規(guī)格。

2 施工工藝比較

施工過程中，針對左壩肩錨索鉆孔塌孔嚴(yán)重、成孔困難等技術(shù)難題，監(jiān)理、業(yè)主提出了灌漿固壁和跟管固壁兩種工藝方法并進(jìn)行了試驗(yàn)對比。

2.1 固壁灌漿

試驗(yàn)錨索鉆孔時(shí)遇到塌孔、多次掃孔仍不能成孔時(shí)，采用1∶1的水泥漿灌漿固壁，待凝2 d后沿原有通道再次循環(huán)鉆進(jìn)，直到孔深滿足設(shè)計(jì)要求。錨固段入弱風(fēng)化巖石8 m時(shí)停止。完成一個(gè)孔需固壁灌漿5次左右，一個(gè)孔成孔時(shí)間需要1周時(shí)間以上，所占用的工期較長、進(jìn)度緩慢，總進(jìn)度將無法滿足合同要求。

2.2 跟管固壁法施工

試驗(yàn)錨索鉆孔時(shí)遇到塌孔、多次掃孔仍不能成孔時(shí)，采用φ146、壁厚5.5 mm、R780型鋼管跟進(jìn)做為錨索孔道，經(jīng)過試驗(yàn)，待錨索下索后再用拔管機(jī)拔出跟管，然后按設(shè)計(jì)要求灌漿，經(jīng)試驗(yàn)得知一個(gè)孔的造孔時(shí)間為24 h左右，大大縮短了施工工期，同時(shí)其質(zhì)量也滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

按照監(jiān)理、業(yè)主要求，分別選擇三束試驗(yàn)索進(jìn)行固壁灌漿和跟管跟進(jìn)法鉆孔施工，經(jīng)過綜合對比分析得知，采用跟管固壁跟進(jìn)施工工期短、質(zhì)量能得到保證、經(jīng)濟(jì)合理，試驗(yàn)結(jié)果出來后，設(shè)計(jì)院下發(fā)了《邊坡預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿補(bǔ)充施工技術(shù)要求》，對于巖石破碎，成孔困難、多次掃孔仍不能成孔的鉆孔，采用跟管固壁施工工藝，錨索下索后采用液壓拔管機(jī)拔出跟管(鋼套管)。

3 施工難點(diǎn)

由于圍巖為強(qiáng)風(fēng)化、破碎程度嚴(yán)重，造孔時(shí)容易塌孔，顆粒塊容易卡鉆且孔內(nèi)石渣不易清理干凈(強(qiáng)風(fēng)化巖石不宜用水洗孔，采用高壓風(fēng)吹孔)，影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。跟管跟進(jìn)深度大部分在20 m以上，拔管時(shí)巖壁塌孔容易卡住跟管而造成跟管拔出困難且容易拔斷損壞，進(jìn)而降低其重復(fù)使用次數(shù)。鑒于邊坡高、邊坡坡比陡、強(qiáng)風(fēng)化閃長巖風(fēng)化程度嚴(yán)重，故保證施工質(zhì)量安全尤為重要。

4 錨索施工程序

錨索主要施工工藝流程為：

施工平臺(tái)搭設(shè)→測量點(diǎn)位放樣→錨索鉆孔、下索→錨索灌漿→錨索張拉。

5 跟管固壁法錨索鉆孔施工

5.1 主要施工機(jī)具設(shè)備

用于錨索施工的機(jī)具設(shè)備主要包括：錨索鉆機(jī)、拔管機(jī)具、灌漿設(shè)備、張拉機(jī)具等。

造孔鉆機(jī)：選取功率大、設(shè)備性能及利用率高的YG-50錨索專用鉆機(jī)和100B型潛孔鉆機(jī)兩種。

灌漿設(shè)備：錨索固壁及孔道灌漿采取雙層高速攪拌桶制漿，出泵管及孔口進(jìn)漿管安裝壓力表，采用自動(dòng)記錄儀進(jìn)行灌漿記錄，采用ZJ400型高速攪拌機(jī)、2SNS型注漿機(jī)、西易自動(dòng)記錄儀施工。

張拉機(jī)具：錨索張拉機(jī)具選取與錨具類型、設(shè)計(jì)錨索張拉力相匹配的機(jī)具，用于錨索張拉的千斤頂、油泵、壓力表等設(shè)備應(yīng)配套并進(jìn)行聯(lián)合率定。與張拉機(jī)具配套的壓力表精度需滿足設(shè)計(jì)要求。采用ZB4/500S型電動(dòng)油泵，150 t整體張拉千斤頂、OVM15系列錨具及限位板。千斤頂、電動(dòng)油泵及油壓表在使用前應(yīng)進(jìn)行配套標(biāo)定，以標(biāo)定的力值曲線作為張拉時(shí)的控制依據(jù)。單根預(yù)緊采用25 t千斤頂。

5.2 錨索鉆孔的施工

錨索孔位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測放，局部位置結(jié)合現(xiàn)場地形進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)場測放出錨索孔位置并用紅油漆標(biāo)示，錨索孔開孔前測放出方位角。開孔前確保錨索孔位、方位角、俯角等角度正確并經(jīng)質(zhì)檢人員檢驗(yàn)后方可開鉆。

孔位坐標(biāo)允許偏差不大于10 cm，鉆進(jìn)過程中及時(shí)糾偏并測量孔斜，終孔孔軸方向和傾角允許偏差為±3°；孔深不允許欠深，超深不得大于20 cm，端頭錨固孔的孔斜誤差不得大于孔深的2%，鉆孔孔徑為150 mm。

錨索鉆孔過程中詳細(xì)記錄鉆孔的地質(zhì)情況，確保錨固段在弱風(fēng)化巖體以上等級的、較完整巖石上，若鉆孔至設(shè)計(jì)終孔深度后巖石仍比較破碎，應(yīng)立即上報(bào)監(jiān)理工程師并根據(jù)監(jiān)理工程師的指示繼續(xù)鉆孔加深至較完整的巖體內(nèi)、保證內(nèi)錨段長度要求?？椎澜?jīng)檢查合格后，對孔口進(jìn)行臨時(shí)封堵保護(hù)。

5.3 跟管固壁法鉆孔

跟管固壁法鉆孔施工工藝流程為：

施工平臺(tái)搭設(shè)→測量點(diǎn)位放樣→鉆機(jī)定位→鉆孔同時(shí)跟管固壁→孔位驗(yàn)收→下索→跟管拔出。

造孔時(shí)若遇到不易成孔、多次固結(jié)灌漿掃孔仍不能成孔的情況，根據(jù)設(shè)計(jì)文件《開挖邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)要求》及《開挖邊坡預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿補(bǔ)充施工技術(shù)要求》，在監(jiān)理工程師的見證下采用單偏心擴(kuò)孔跟管護(hù)壁，跟管采用φ146、壁厚5.5 mm、R780型無縫鋼管，鉆進(jìn)的同時(shí)記錄地質(zhì)情況以便于后期控制錨索灌漿，跟管鉆進(jìn)結(jié)束并下索完成后拔管恢復(fù)原設(shè)計(jì)終孔孔徑。鉆孔的錨索鉆機(jī)為YG-50和100型潛孔鉆機(jī)，拔管機(jī)為專用液壓拔管機(jī)。錨索孔位布置情況見圖1。

圖1 錨索孔位布置示意圖

6 錨索灌漿

錨墩澆筑完成并拆模后，立即進(jìn)行錨索灌漿施工，錨索灌漿采取從孔底進(jìn)漿、孔口回漿的孔內(nèi)有壓循環(huán)一次性灌注的灌漿法進(jìn)行施工。漿液按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的配比由NJ400攪拌機(jī)拌制后輸送至JJS-200攪拌桶由2SNS型灌漿機(jī)灌漿，采用水泥純漿灌注，漿液采用P.O52.5普通硅酸鹽水泥，先采用水灰比1∶1起灌，再采用水灰比0.5∶1續(xù)灌，最終穩(wěn)定配比采用0.35～0.4∶1，具體配比及外加劑摻量通過配合比試驗(yàn)確定。灌漿后錨固段的膠結(jié)體7 d強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到35 MPa，灌漿壓力控制在0.7 MPa內(nèi)。灌漿過程中觀察回漿情況：當(dāng)回漿比重與灌漿比重相當(dāng)時(shí)進(jìn)行灌漿屏蔽，當(dāng)回漿壓力達(dá)0.2～0.3 MPa、吸漿率小于0.4 L/min時(shí)，繼續(xù)屏蔽30 min即可結(jié)束灌漿。

根據(jù)左岸邊坡地質(zhì)情況，若部分錨索灌漿吸漿量偏大，應(yīng)立即上報(bào)監(jiān)理工程師組織參建各方確定處理方案，根據(jù)規(guī)范要求，可在征得監(jiān)理工程師同意的情況下降低孔道灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，孔口返漿后，繼續(xù)灌注30 min即可結(jié)束，同時(shí)在灌漿過程中降低灌漿壓力。

7 錨索張拉

錨墩混凝土澆筑、達(dá)到齡期且灌漿漿材達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行錨索張拉施工。張拉前，計(jì)算每根錨索的理論伸長值。為保證張拉控制力的準(zhǔn)確性，張拉設(shè)備(千斤頂、油管、壓力表等)必須進(jìn)行率定。

7.1 張拉器具及安裝

張拉機(jī)具：ZB4/500S型電動(dòng)油泵，YBC250型張拉千斤頂，OVM15系列錨具及限位板。

張拉器具按以下程序安裝：工作錨具安裝→限位板→千斤頂→自動(dòng)工具錨安裝→張拉。

7.2 張拉條件準(zhǔn)備

錨索張拉在錨墩混凝土澆筑7～10 d、經(jīng)監(jiān)理工程師同意后進(jìn)行。

張拉前先對千斤頂、電動(dòng)油泵、壓力表等進(jìn)行率定。

7.3 張拉試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，錨索張拉按照以下方法進(jìn)行張拉試驗(yàn)：首先施加工作荷載值的125%。加載期間，位移計(jì)測量精度應(yīng)不大于0.025 mm。荷載均勻施加，加載率約為40 kN/min。當(dāng)施加的載荷達(dá)到工作荷載的125%時(shí)，穩(wěn)定20 min，測量位移徐變，如果20 min之內(nèi)徐變值小于2 mm，則該預(yù)應(yīng)力錨索是合格的，否則穩(wěn)定時(shí)間要延長至45 min再繼續(xù)觀察；當(dāng)錨索的彈性變形在下述兩個(gè)極限值內(nèi)，則可認(rèn)為錨索是合格的：預(yù)應(yīng)力錨束的伸長值的上限等于錨索張拉段長度加50%內(nèi)錨固段長度的理論彈性伸長值；預(yù)應(yīng)力錨束的伸長值的下限等于80%的張拉段長度的理論彈性伸長值；如果伸長值符合要求，則按照設(shè)計(jì)要求對錨索進(jìn)行鎖定張拉。

7.4 單根張拉分級

監(jiān)理為保證組成錨索的每一根鋼絞線受力均勻，在取得監(jiān)理工程師同意的情況下，先對單根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊張拉力為30 kN，再進(jìn)行整束張拉。一般情況下采用以下分級：

1 000 kN張拉力分級為：逐根預(yù)緊→500 kN→750 kN→1 000 kN→1 100 kN(超載鎖定)。

7.5 張拉操作的注意事項(xiàng)

進(jìn)行初張拉時(shí)，在鋼絞線上劃線作為測量鋼絞線伸長量的標(biāo)志點(diǎn)，并檢查鋼絞線有無滑絲現(xiàn)象；張拉過程中，升荷速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的10%。當(dāng)達(dá)到每一級控制力后穩(wěn)壓5 min即可進(jìn)行下一級張拉，達(dá)到最后一級張拉控制力后，穩(wěn)壓10 min即可鎖定。錨索在鎖定后48 h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失大于設(shè)計(jì)張拉值的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉；張拉時(shí)，千斤頂后面不能站人或從后面穿過，以防萬一，保證施工安全。張拉時(shí)，如果錨頭處出現(xiàn)滑絲、斷絲或錨具損壞，應(yīng)立即停止操作并進(jìn)行檢查，同時(shí)做好詳細(xì)記錄。當(dāng)斷絲、滑絲數(shù)量超過允許值時(shí)(每束中鋼絲拉斷數(shù)量允許1根)，將更換鋼束，重新張拉。

在張拉結(jié)束7 d后，根據(jù)錨索張拉力監(jiān)測結(jié)果決定是否需要補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉過程同前述分級的最后一級荷載張拉。

理論伸長值計(jì)算公式：

△L=PL/EA

式中 △L為鋼絞線理論計(jì)算伸長值，mm；P為施加于鋼絞線的載荷，為錨索總荷載除以鋼絞線根數(shù)，N；E為鋼絞線彈性模量，(1.95±0.1)×105MPa；A為鋼絞線截面積，140 mm2；L為鋼絞線計(jì)算長度，mm。

8 結(jié) 語

該工程左壩肩高邊坡巖石強(qiáng)風(fēng)化嚴(yán)重、極為破碎，錨索造孔時(shí)塌孔、多次掃孔無法成孔，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，通過采用灌漿固壁再鉆進(jìn)循環(huán)作業(yè)的造孔方法與跟管固壁方法試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合比較后得知，對于本工程，在多級高邊坡強(qiáng)風(fēng)化閃長巖特殊地質(zhì)條件下，錨索造孔采用跟管固壁工藝在技術(shù)上解決了施工難題，質(zhì)量能夠得到保證，極大地加快了施工進(jìn)度，同時(shí)，跟管拔出后可重復(fù)利用，工程總成本大大降低。因此，錨索造孔采用跟管固壁法施工工藝在該工程特殊地質(zhì)條件下的成功應(yīng)用，可作為類似工程地質(zhì)情況下錨索鉆孔施工的參考。