西藏金橋水電站廠房區(qū)邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

張 剛，王少華

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江杭州，311122）

1 項(xiàng)目簡介

金橋水電站是易貢藏布干流上規(guī)劃的第5個梯級電站，位于西藏自治區(qū)那曲地區(qū)嘉黎縣境內(nèi)，是西藏首個地下廠房式水電站。廠房區(qū)后邊坡X1楔形體由斷層f27和斷層f32形成，該段高邊坡在廠房區(qū)上方，如圖1~2所示。施工區(qū)域在高程3 277.5~3 400.0 m區(qū)間，自然坡率陡，地質(zhì)比較復(fù)雜。為確保地下廠房始終處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行工況，按照設(shè)計(jì)要求對X1楔形體進(jìn)行支護(hù)。平均施工垂直高度為122.5 m，支護(hù)區(qū)域下部為110 kV高壓開關(guān)站。施工部位及以上存在松動巖石下落等風(fēng)險，坡面巖體有潛在滑移面。

圖1 廠房區(qū)后邊坡支護(hù)Fig.1 Support for the side slope behind the power house area

圖2 廠房區(qū)高邊坡施工區(qū)域剖面Fig.2 Profile of the high side slope construction area in the powerhouse area

2 總體部署

（1）做好預(yù)應(yīng)力錨索施工前準(zhǔn)備工作，機(jī)具配備質(zhì)量和數(shù)量、人員配置數(shù)量和結(jié)構(gòu)等必須與施工相適應(yīng)。

（2）錨索施工按自下而上的原則進(jìn)行，既避免了錨孔間串漿，又確保了錨索施工區(qū)域在灌漿壓力作用下巖石整體性得到提升。杜絕上下操作產(chǎn)生安全問題，同時減少各錨孔施工之間的相互干擾，并在成孔后根據(jù)揭示的地質(zhì)情況，采取錨孔固結(jié)灌漿、不良地段二次成孔等措施，保證成孔和錨索施工整體質(zhì)量，然后進(jìn)行后續(xù)各工序的施工。

（3）預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)布置如圖3所示。

圖3 X1楔形體支護(hù)Fig.3 Support of X1 wedge-shaped slope body

（4）預(yù)應(yīng)力錨索施工時，先按設(shè)計(jì)位置測設(shè)錨孔位置，并結(jié)合邊坡地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整。每施作完一個錨孔，馬上進(jìn)行清孔，插入錨索，進(jìn)行注漿施工。坡面地質(zhì)不滿足要求時必須做相應(yīng)處理，必要時可增設(shè)孔口錨桿。

（5）預(yù)應(yīng)力錨索注漿施工后，進(jìn)行錨索張拉及鎖定后封錨。

3 施工方案

3.1 錨索布置

廠房區(qū)高邊坡X1楔形體支護(hù)方案為：距斷層f27約2 m處布置2排1 500 kN全粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，長45 m，其余錨索長30 m，間排距為4 m×4 m，梅花形布置，其方向須與斷層f32垂直或大角度相交。設(shè)計(jì)要求具體布置和錨索長度由地質(zhì)工程師根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

3.2 施工工藝流程

錨索施工工藝流程見圖4。

圖4 錨索施工工藝流程Fig.4 Flowchart of anchor construction

3.3 主要施工方法

3.3.1 坡面防護(hù)及修整

邊坡施工時，考慮到下方嘉忠公路、進(jìn)廠交通洞通行需求，及金橋電站開關(guān)站帶電運(yùn)行等綜合因素，在錨索施工前，對邊坡3 300.0~3 340.0 m高程范圍內(nèi)表面浮土、浮石、松動巖體、不穩(wěn)定塊體進(jìn)行清理施工。先從進(jìn)廠交通洞適宜位置搭設(shè)施工爬梯至3 300 m高程，將原有被動防護(hù)網(wǎng)靠山體內(nèi)側(cè)沿坡腳封閉，然后用密目網(wǎng)將被動網(wǎng)靠山體側(cè)二次覆蓋，以減小通過物粒徑，后采用人工及時按照從上而下原則清理坡面植被。植被清理時，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)原則，減少對植被的破壞。植被清理后，從f32、f27斷層外延4 m，自邊坡開口線沿坡面布置SNS主動防護(hù)網(wǎng)至X1楔形體最低點(diǎn)。

3.3.2 施作錨孔

在坡面處理完成，且確定坡面地質(zhì)條件能滿足錨索施工要求后進(jìn)行錨孔施工。

3.3.2.1 錨孔測放

根據(jù)實(shí)際坡面，先按設(shè)計(jì)要求，將錨孔位置準(zhǔn)確測放在坡面上，并用紅油漆在現(xiàn)場標(biāo)明錨索開孔位置。錨孔位置偏差不得超過±10 cm。如遇坡面不平順或特殊困難場地時，須經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位確認(rèn)，在確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，調(diào)整錨孔定位。對測放的錨孔位置進(jìn)行編號，作為錨索制作編號的依據(jù)。

3.3.2.2 鉆孔設(shè)備

鉆孔施工是錨索施工中的關(guān)鍵工序。為提高鉆孔效率和鉆孔質(zhì)量，根據(jù)錨固地層的類別、錨孔孔徑、錨孔深度及施工場地條件等選擇鉆孔設(shè)備。經(jīng)過比選，選取了適用于水電站、鐵路、公路邊坡大噸位預(yù)應(yīng)力錨固孔、排水孔施工的YG-80導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)。該設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：鉆進(jìn)能力強(qiáng)，處理事故能力強(qiáng)，鉆孔速度快，鉆進(jìn)效率高；鉆機(jī)結(jié)構(gòu)為分體式，可拆性好，安裝迅速方便；可遠(yuǎn)距離操作，一次搬遷完成多孔施工，適宜邊坡錨索鉆孔施工，能確保成孔質(zhì)量和施工進(jìn)度。

3.3.2.3 鉆機(jī)就位

搭設(shè)滿足鉆孔、下錨和注漿施工所需承載能力和穩(wěn)固條件的腳手架，根據(jù)坡面錨索孔位，安裝固定鉆機(jī)，并進(jìn)行嚴(yán)格的機(jī)位調(diào)整，確保錨孔開鉆就位縱橫誤差不超過±10 cm，高程誤差不超過±10 cm，鉆孔傾角和方向符合設(shè)計(jì)要求，傾角允許誤差±1.0°，方位允許誤差±1.0°。

3.3.2.4 鉆進(jìn)方式

錨孔鉆進(jìn)采用干鉆，以確保錨固工程施工不至于惡化邊坡巖土工程地質(zhì)條件，保證孔壁的粘結(jié)性能，難以鉆進(jìn)時方可采用水鉆。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機(jī)性能和錨固地層嚴(yán)格控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其他意外事故。

3.3.2.5 鉆進(jìn)過程

錨索鉆孔施工要加強(qiáng)鉆機(jī)導(dǎo)向作用，及時檢測孔斜誤差，合理采用糾偏措施，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鉆進(jìn)過程中，對每個孔的地層變化、鉆進(jìn)狀態(tài)（鉆壓、鉆速）、地下水及特殊情況做好施工記錄。如遇塌孔、縮孔等不良鉆進(jìn)現(xiàn)象時，須立即停鉆，進(jìn)行孔道固壁灌漿處理（灌漿壓力0.3~0.5 MPa），待水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進(jìn)。

（1）滲水處理。①若孔內(nèi)有滲水，在鉆孔過程中或鉆孔結(jié)束后吹孔時，從孔中吹出的都是一些小石粒和團(tuán)粒而無粉塵，巖粉多貼附于孔壁。當(dāng)錨孔深度已滿足要求，則以高壓風(fēng)吹凈，直至吹出清水；若孔深不夠，雖沖擊器工作，且仍有進(jìn)尺，也必須立即停鉆，拔出鉆具，洗孔后再繼續(xù)鉆進(jìn)，如此循環(huán)，直至結(jié)束。②若孔內(nèi)滲水量大，有積水，吹出的是泥漿和碎石，這種情況下巖粉不會糊住孔壁，只要沖擊器工作，就可繼續(xù)鉆進(jìn)。③如果滲水量太大，以致淹沒了沖擊器，沖擊器會自動停止工作，拔出鉆具，進(jìn)行壓力注漿，進(jìn)行孔道固結(jié)處理。

（2）塌孔處理。當(dāng)鉆孔穿越強(qiáng)風(fēng)化巖層或巖體破碎帶時，往往會發(fā)生塌孔。塌孔主要標(biāo)志是從孔中吹出黃色巖粉，夾雜一些原狀（非鉆頭擊碎的、非新鮮的、無光澤的）石塊。出現(xiàn)此類現(xiàn)象時，不管鉆進(jìn)深度如何，都要立即停止鉆進(jìn)，拔出鉆具，進(jìn)行固壁注漿。注漿壓力采用0.3～0.5 MPa，漿液為水泥砂漿，24 h后重新鉆孔。雨天施工時，常常順巖體破碎帶向孔內(nèi)滲流泥漿，固壁注漿前，必須用水和風(fēng)把泥漿洗出（塌入鉆孔內(nèi)的石塊不必清除），否則不僅固壁注漿效果差，還容易造成假象。

3.3.2.6 孔徑和孔深要求

鉆孔孔徑、孔深要求不得小于設(shè)計(jì)值。為確保錨孔孔徑，要求實(shí)際使用鉆頭直徑不小于設(shè)計(jì)孔徑。為確保錨孔深度，要求實(shí)際鉆孔深度大于設(shè)計(jì)深度0.4 m以上。

3.3.2.7 錨孔清理

鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1~2 min，防止孔底尖滅，達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。鉆孔孔壁不得有沉渣及水體粘滯，必須清理干凈。在鉆孔完成后，使用高壓風(fēng)（風(fēng)壓0.2~0.4 MPa）將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度。除相對堅(jiān)硬完整的巖體錨固外，其余均不得采用高壓水沖洗錨孔。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可安裝錨索與注漿，必要時在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔處理。

3.3.2.8 錨孔檢驗(yàn)

錨孔鉆孔結(jié)束后，經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下道工序?？讖?、孔深檢查一般采用設(shè)計(jì)孔徑、鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿，在監(jiān)理工程師旁站下進(jìn)行，要求驗(yàn)孔過程中鉆頭平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊或抖動，鉆具驗(yàn)送長度滿足設(shè)計(jì)錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風(fēng)吹驗(yàn)不存在明顯塵渣及水體飛濺現(xiàn)象。然后用一根聚乙烯管復(fù)核孔深，并以高壓風(fēng)吹孔，待孔內(nèi)粉塵吹凈，且孔深不少于錨索設(shè)計(jì)長度時，拔出聚乙烯管，以織物或水泥袋塞好保護(hù)錨孔口待用。同時要求復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔鉆造檢驗(yàn)合格。

3.3.3 錨索體制作及安裝

預(yù)應(yīng)力錨索體由張拉段、止?jié){段和錨固段組成，采用全粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索。錨索體采用人工安裝，安裝前，認(rèn)真核對錨孔編號，確認(rèn)無誤后再用高壓風(fēng)吹孔，緩緩將錨索體放入孔內(nèi)，用鋼尺量出孔外露出的鋼絞線長度，計(jì)算孔內(nèi)錨索長度，確保錨固長度。按設(shè)計(jì)要求長度切割鋼絞線，制作時注意鋼絞線不得相互纏繞，并保證承載體位于鉆孔中部。

（1）對線材進(jìn)行檢查，要求表面烏亮，手感滑膩無澀滯感，每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，除銹，對有死彎、機(jī)械損傷及銹坑的必須剔除。

（2）用切割機(jī)截取鋼絞線，嚴(yán)禁使用電氣焊，截好的鋼絞線平順置于工作平臺上。

（3）鋼絞線制作在工作平臺上進(jìn)行，其下料長度為：設(shè)計(jì)長度+張拉千斤頂長度+錨具厚度+張拉操作預(yù)留量。

（4）編索完成入孔安裝前，用高壓風(fēng)清孔一次。索體采用人工下錨，緩慢從孔口送入，避免錨索體扭曲。錨索入孔時用力要均勻一致，不得轉(zhuǎn)動錨索體，并隨時檢查隔離架及綁扎絲，發(fā)現(xiàn)有移動、損壞、脫落等要及時處理，必要時更換重新編制。確保將錨索體推送至預(yù)定深度后排氣管和注漿管暢通。

（5）錨索組裝的允許偏差和檢驗(yàn)方法如表1所示。組裝完成后對錨索對應(yīng)錨孔進(jìn)行編號，分類存放在專用場地，并加以防潮、防雨等防銹蝕保護(hù)。

表1 錨索組裝的允許偏差和檢驗(yàn)方法Table 1 Allowable deviations and inspection methods for the assembly of anchor

3.3.4 錨固段注漿

錨索注漿以形成錨固段并為錨索體提供防腐蝕保護(hù)層。另外，一定壓力的注漿可以使注漿體滲入地層裂隙中，起到固結(jié)地層、提高地層承載力的作用。注漿是錨索施工的關(guān)鍵工序之一，其效果好壞將直接影響錨索的錨固性能和耐久性。

（1）錨索注漿采用普通硅酸鹽水泥，且為純水泥漿，施工配合比經(jīng)試驗(yàn)比選后確定。

（2）為增加漿液的和易性，摻入適量減水劑。

（3）根據(jù)全長粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，采用兩次注漿，即錨固段和張拉段分別注水泥漿，采用孔底返漿法，注漿壓力為0.3~0.4 MPa。

（4）錨索注漿的實(shí)際耗漿量一般大于理論用量。注漿結(jié)束后，將注漿管、注漿槍和注漿套管清洗干凈，同時準(zhǔn)確、完整、清晰地做好注漿記錄。

3.3.5 錨索張拉、鎖定及封錨

錨索張拉及鎖定分級進(jìn)行，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求和操作規(guī)程執(zhí)行。張拉后，從錨具量起，留出5~10 cm長鋼絞線，其余部分截去。須用機(jī)械切割，嚴(yán)禁電弧燒割。然后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，最后采用C30混凝土進(jìn)行封錨。

（1）錨索張拉前檢查錨斜托臺座的承壓面是否平整，并與錨索軸線垂直，不滿足要求時應(yīng)作相應(yīng)處理。

（2）張拉施工前必須對張拉機(jī)具和儀器儀表進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)試校準(zhǔn)。

（3）錨具安裝與錨墊板和千斤頂密貼對中，千斤頂軸線與錨孔及錨索體軸線在一條直線上，不得彎壓或偏折錨頭，確保承載均勻同軸。

（4）錨索張拉前，對每根鋼絞線使用30 kN/股的張拉荷載，對錨索張拉1～2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直且受力均勻。

（5）預(yù)應(yīng)力錨索張拉分四次施加，分別取設(shè)計(jì)值的0.5、0.75、1.0和1.1倍進(jìn)行逐級張拉，每級荷載施加后，前三次穩(wěn)定觀測時間為5 min，最后一次超張拉穩(wěn)定觀測時間為20 min。張拉荷載嚴(yán)禁一次加至鎖定荷載。錨索穩(wěn)定后48 h內(nèi)，若發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛，必須進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

（6）錨索鎖定后，做好標(biāo)記，觀察3 d，沒有異常情況即留長8 cm后用手提砂輪機(jī)切割多余鋼絞線。最后用水泥砂漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，并按照設(shè)計(jì)要求支模，用C30混凝土作封錨處理。

（7）錨索檢測要求如表2所示。

表2 錨索主要檢測項(xiàng)目Table 2 Main test items of anchor cable

4 施工質(zhì)量控制措施

4.1 質(zhì)量控制依據(jù)

錨索施工過程中進(jìn)行施工質(zhì)量控制，對發(fā)現(xiàn)的問題及時糾偏，使錨索施工質(zhì)量得到控制。在復(fù)雜地質(zhì)條件下，確保邊坡的穩(wěn)定性。錨索施工質(zhì)量控制依據(jù)如下：

（1）有關(guān)錨索施工的國家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）設(shè)計(jì)圖紙、合同及有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

4.2 施工準(zhǔn)備的質(zhì)量控制

（1）錨索施工前28 d，編制預(yù)應(yīng)力錨索施工組織設(shè)計(jì)（措施），做好錨索用水泥漿、砂漿及混凝土的配合比試驗(yàn)工作。

（2）運(yùn)至施工現(xiàn)場的各種機(jī)械設(shè)備、儀器儀表，必須經(jīng)過檢查、標(biāo)定。

（3）施工各種原材料（包括錨索、水泥、砂石骨料及外加劑等）均須具有產(chǎn)品合格證及其相應(yīng)試驗(yàn)報(bào)告等質(zhì)量證明資料和使用說明。

4.3 施工過程質(zhì)量控制

（1）錨索孔鉆孔前，對施工邊坡進(jìn)行危巖清理及地質(zhì)缺陷處理。

（2）鉆孔過程中，必須經(jīng)常檢查鉆機(jī)定位情況，保證鉆機(jī)定位精度；鉆孔完成后，檢查鉆孔孔道清潔程度、孔深及孔斜，填寫鉆孔測斜記錄表。

（3）孔內(nèi)地質(zhì)缺陷采用全孔道一次固結(jié)灌漿方法處理，單孔單灌，灌漿壓力0.5～0.8 MPa，固結(jié)灌漿后3～7 d，按鉆孔要求進(jìn)行孔道清理。

（4）錨索加工和編制符合設(shè)計(jì)、規(guī)范等要求。鋼絞線平順，不能打絞；鋼絞線下料只能采用機(jī)械設(shè)備切割，保證切口平整，無散頭現(xiàn)象；錨索編束中使用的架線環(huán)、導(dǎo)向帽、架線環(huán)綁扎間距必須符合設(shè)計(jì)要求。

（5）錨索上安裝的注漿管路系統(tǒng)耐壓值需大于設(shè)計(jì)灌漿壓力的1.5倍。

（6）錨索穿索安裝按以下要求控制：①穿索時保證錨索無明顯彎曲、扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，孔口段保持平順，施工場地要滿足錨索轉(zhuǎn)彎半徑≥5 m；②錨索安裝過程中，防止錨索直接受力，防止與硬質(zhì)物體碰撞、摩擦，不得損壞錨索結(jié)構(gòu)。如有結(jié)構(gòu)損壞，停止施工，重新進(jìn)行錨索編制驗(yàn)收。

（7）錨索灌漿前，對錨索孔口進(jìn)行止?jié){檢查；純水泥漿液拌和時間不少于3 min；每一批錨孔灌漿，必須進(jìn)行漿液現(xiàn)場取樣試驗(yàn)，并做好試塊養(yǎng)護(hù)工作；錨索灌漿結(jié)束24 h后，進(jìn)行錨墩澆筑施工。

（8）待相應(yīng)工序滿足設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行錨索張拉。錨索張拉按“預(yù)緊、補(bǔ)償張拉、分級張拉、超張拉、持荷穩(wěn)壓時間、二次補(bǔ)償張拉”進(jìn)行操作，做好每個錨索的張拉和觀測記錄。張拉完成后，進(jìn)行外張拉段灌漿。

（9）錨索張拉鎖定，并完成封孔灌漿之后，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查同意，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行外錨頭封固保護(hù)。

（10）預(yù)應(yīng)力錨索驗(yàn)收試驗(yàn)按設(shè)計(jì)圖紙和監(jiān)理工程師指示隨機(jī)抽樣進(jìn)行，抽樣數(shù)量不小于三索，預(yù)應(yīng)力錨索驗(yàn)收試驗(yàn)必須在張拉后及時進(jìn)行。

（11）完工抽樣檢查合格標(biāo)準(zhǔn)以應(yīng)力控制為準(zhǔn)，實(shí)測值不大于設(shè)計(jì)值的5%，并不小于規(guī)定值的3%。當(dāng)驗(yàn)收試驗(yàn)與完工抽樣檢查合并進(jìn)行時，試驗(yàn)數(shù)量為錨索總數(shù)的5%。當(dāng)完工抽樣檢查的錨索中有一束不合格時，加倍擴(kuò)檢。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)已廣泛應(yīng)用于水電站工程邊坡及地質(zhì)災(zāi)害防治工程滑坡支護(hù)等工程領(lǐng)域中，其主要特點(diǎn)是技術(shù)含量較高、施工難度較大。施工過程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求、相關(guān)施工規(guī)范、操作技術(shù)規(guī)程及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工及工序質(zhì)量控制，并做好施工安全的防范措施，強(qiáng)化工序檢驗(yàn)，才能保質(zhì)、保量、安全地完成施工任務(wù)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全有效。

對本項(xiàng)目廠房邊坡采取預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)措施，后期觀測數(shù)據(jù)資料顯示，邊坡已趨于穩(wěn)定，確保了工程安全及正常運(yùn)行，有效提高了坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且能使整體穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，更好地保障了金橋水電站廠房發(fā)電后的生產(chǎn)運(yùn)行安全。