摘 要 预应力锚索通过其施加的预应力将不稳定的山体部分稳固地与稳定山体组成整体，确保边坡的稳定，防止岩体发生位移、变形，以达到加固边坡的目的, 在水电站高边坡加固中应用已越来越多，文章着重对预应力锚索在天然边坡施工中的工艺及注意事项进行了表述。
关键词 预应力锚索；施工技术
1 工程概况
溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江溪洛渡峡谷中，为金沙江下游河段梯级开发规划的第三个梯级电站，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运等综合利用效益的特大型水电站。溪洛渡水电站水库正常蓄水位600m，总库容126.7亿m3，调节库容64.6亿m3，总装机容量为12600MW（18台×700MW/台）。电站由坝高为278m的混凝土双曲拱坝、泄洪洞建筑物及引水发电建筑物等组成。
左岸电站进水口开挖线以上至13层平台天然边坡，地形陡峻，坡角一般70~80度，部分地段近直立，局部呈倒悬。边坡顶部为13层平台，高程约770~720m，边坡底部为电站进水口610m平台，边坡高度100~160m。左岸电站进水口开挖开口线以外天然边坡岩体卸荷拉裂现象严重，坡面分布较多危岩体，特别是13层陡壁上分布的危岩体块体较大，拉裂缝普遍张开5~10cm，边坡稳定性差。对左岸电站进水口开口线以上至13层顶部平台，进水口上游桩号坝0-648.42m至下游桩号坝0-253m之间的天然边坡采用锚索+系统锚喷支护措施进行加固。
2 施工范围及施工参数
左岸电站进水口开挖线以上至13层平台天然边坡锚索支护参数为：13层顶开口线以下5m设置一排P=1000KN预应力锚索，长度30m，倾角15度，方位角N41042〃00〃E，间距5.0m；开口线以下20m设置一排P=1500KN预应力锚索，长度35m，倾角15度，方位角N41042〃00〃E，间距6m。在边坡支护施工过程中发现，在坝0-454~坝0-454段危岩体较大，地质条件差，随机增加预应力锚索，编号为ML-3-1~ ML-3-8。上述部位共施工预应力锚索164根。预应力锚索主要参数见表1。
表1 预应力锚索主要参数
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项目
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1000KN级
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1500KN级
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备注
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设计张拉力/KN
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1000
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1500
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设计超张拉力/KN
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1100
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1650
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锚索设计长度/m
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30
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35
|
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钢绞线强度/MPa
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1860
|
1860
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内锚段长度/m
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6
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7
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张拉段长度/m
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24.5
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28.5
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含千斤顶段0.5m
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倾角/0
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15
|
15
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俯角
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方位角/0
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N41042〃00〃E
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N41042〃00〃E
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孔径/mm
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115
|
130
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钢绞线截面积/mm2
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140×7
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140×10
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截面积×股数
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弹性模量/MPa
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2.0×105
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2.0×105
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厂家提供数据
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3 施工工序流程
预应力锚索的施工工序见图1。
图1 预应力锚索施工工序图
4 预应力锚索施工
通过把开裂、破碎岩体连接成整体，锚固在地层较为稳固的岩体上，通过施加预应力，使锚索张拉长度范围内的破碎软弱岩体（层）挤压密实，提高岩层层面间的正压力和摩阻力，防止开裂松散岩体发生位移、变形，从而达到加固边坡的目的。这种方法的最大特点是：可保持既有坡面状态下深入坡体内部进行大范围加固；预先主动对边坡松散岩层施加正压力，起到挤压锁固作用；同时，通过对锚索孔注浆，浆液充填裂隙和孔隙，又可提高破碎岩体的强度和整体性。溪洛渡水电站左岸电站进水口天然边坡锚索为无粘结预应力锚索，图2为预应力锚索组装图。
图2 预应力锚索组装图
4.1 钻孔
造孔前按设计要求用喷漆放出孔口点位，将方位控制点用喷漆标于排架横杆上。造孔设备为100B风动钻机，钻杆直径φ70mm，钻头直径分别为φ115mm和φ130mm两种。造孔时用罗盘测量钻孔倾角，用排架横杆上的方位控制点控制方位，当钻进20cm后进行校核角度，及时纠偏。在钻进至锚固段时根据返渣情况判断岩石岩性，虽天然边坡表面岩石破碎、完整性差，但锚索内锚段岩石坚硬、较完整，符合锚固段岩性要求。
在遇到岩石破碎，塌孔现象严重时，采取固壁灌浆(灌浆压力0.2 ~0.3 MPa)对孔壁进行处理，浆液水灰比为0.4:1。待注浆完成浆液初凝后,重新扫孔钻进，直至达到设计孔深为止。
4.2 锚索编束、穿束
4.2.1 钢绞线下料
下料前先对钢绞线进行检查，主要检查外包装完整，表面应无油渍、锈蚀、毛刺、损伤；PE护套无损伤，厂家提供的材质证明书、产品合格证、实验检验报告等。现场锚索制作在13层平台上进行，并在现场将防雨、防尘染材料配备到位。按照锚索长度将锚索支架摆放到位，钢绞线采用切割机下料，将切割好的钢绞线在支架上平顺排列，一段对齐。考虑到基础面平整程度及千斤顶长度，实际钢绞线下料长度比孔道长度大1.0~1.5m。钢绞线下料长度计算公式如下：
L=s+h (1)
式中：L—钢绞线下料长度，mm；
s—实测孔道长度，mm；
h—锚垫板外钢绞线使用长度，mm。
4.2.2 锚索编制
先将锚固段及锚头的PE套管剥去，将钢绞线松开成单丝，使用锯末去除钢绞线表面的油脂，再用清洗剂进行清洗，以确保钢绞线干净。然后用编帘法将钢绞线编制成单股，锚固段与张拉段分界处用防油胶带缠封，按照锚索相应吨位股数将钢绞线和进回浆管穿在隔离架上，用黑铁丝将钢绞线、进回浆管和隔离架进行绑扎牢固，为便于识别和灌浆方便，将进浆管切成斜口。内锚段每1.0m安装一个隔离架，自由段每2m安装一个隔离架。同时，在内锚固段两隔离架之间需绑扎一道黑铁丝，形成一道收缩结，进浆管包裹在钢绞线内，防止安装过程中受到损伤破裂。编束完成后仔细检查PE套管，破损处缠绕密水胶布。
4.2.3 锚索穿束
锚索孔验收合格后可进行索体穿束，穿束前，检查索体和孔号、孔深、钢绞线的顺直性、进回浆管的位置、畅通等情况，检查无误后用人工进行安装，安装时用人工通过排架向下抬运至锚索孔处,缓慢均匀推进。锚索安装完成后对进回浆管进行通试，确保畅通后对外露的钢绞线和孔口进行临时防护。
4.3 锚索灌浆
采用孔口堵塞、一次性全孔灌浆。制浆站设在13层道路内侧，处于施工锚索上方。浆液为水灰比0.4：1的纯水泥浆，水泥标号P.O42.5硅酸盐水泥。灌浆前对制浆机、灌浆泵、灌浆自动记录仪及管路连接等情况进行检查。制浆设备为高速搅拌机，所拌制的浆液均匀性、流动性较好。由于灌浆管路受现场地形影响，灌浆压力损失较多，因此灌浆泵为活塞式，能确保灌浆压力。灌浆时密切注意灌浆量，因边坡岩石破碎、裂隙较多，灌浆量较大时，采用间隙式灌浆法，同时浆液中添加YSP-8速凝剂，添加比例为0.6%。
4.4 锚墩头制作、浇筑
锚墩头制作前先将浇筑部位的基岩面用人工清理干净。在锚索孔口周边打设4个插筋（φ25mm，L=0.7m），入岩0.5m，用锚固剂锚固，φ12螺纹钢筋焊接在插筋上形成锚墩头钢筋。后进行孔口预埋钢垫板（300×300×50mm）、锚索孔口套管和墩头回填进回浆管的安装。孔口套管与孔轴、锚索确保同心，其具体安装方法为：首先套管下料时其轴线与钢垫板结合面保持垂直（用角尺量测），然后把护管嵌入孔内，将护管方位、倾角调整到与锚索孔轴方向一致时对护管进行加固，以确保护管、锚索孔、锚垫板方向准确，减小张拉时的摩擦损失或防止锚索被剪切破坏。混凝土立模按锚墩头体型进行，模板缝隙用锚固剂填充。立模完毕后，进行混凝土浇筑，混凝土标号为C35，按照配合比拌制。将拌制成的混凝土运至13层顶道路，利用悬挂在边坡上的溜筒送至墩头处，用人工入仓，手持式软轴振捣棒振捣。
4.5 锚索张拉
锚索张拉是预应力锚索施工过程中的关键工序，张拉的好坏直接影响锚索的施工质量。
4.5.1 张拉准备
张拉前充分做好准备工作，其内容包括：
1 张拉作业平台的搭设。搭设平台要绑扎牢固、影响张拉的排架杆件要移除、手动葫芦移动千斤顶的杆（扣）件要加固牢靠。
2 张拉时的工机具。包括压力表、千斤顶、限位板、油泵、游标卡尺、工具锚、扳手、手锤等等张拉时必须的工机具齐全、完好情况。
3 张拉中的各种合格证、文件等。包括锚夹具合格证、张拉机具已配套标定的证明文件等。
4 各级张拉时千斤顶相对应压力表读数计算。根据已配套标定的证明文件，千斤顶与油表之间关系方程为（校验日期2010年3月12日）：
P=0.0221F-1.33 （2）
R2=0.9999 （3）
式中：P—油表读数,MPa；
F—压力机读数,kN。
5 钢绞线理论伸长值的计算。预应力锚索张拉理论伸长值按下式计算:
△L=PL/EA （4）
式中:△L—理论伸长值,mm；
L—张拉段长,m；
F—张拉力,kN；
E—钢绞线弹性模量,MPa；
A—绞线截面积,mm2。
4.5.2 张拉实施
张拉前检查油泵及锚具的安装情况，手动葫芦不能拉的过紧，避免千斤顶与锚垫板紧贴不密。夹片安装要平整，由于锚具摩阻不同或锚具安装工艺上的问题，致使夹片在张拉过程中不能平齐跟进，出现错牙。这时夹片对钢绞线的咬合面积及咬合力减小，致使锚索的张拉效果受到一定的影响，所以锚索张拉中夹片安装时要注意错牙不能过大。
张拉机具安装到位后可进行张拉，根据率定报告中的数值计算出与锚索各级张拉力相对应的压力表度数，通过控制油泵压力表度数实现千斤顶对锚索的各级张拉力。预紧张拉和整束张拉中的千斤顶和压力表必须按率定报告配套使用。单根张拉使用YCW20穿心式千斤顶，预紧力为0.05σcon（δcon为设计张拉吨位），使各根钢绞线初始应力均匀，顺序按照先中间后周边、对称均衡的原则，预紧过程中特别注意不可遗漏，钢绞线全部预紧完后，即可进行整束张拉。整束张拉采用YCW250G千斤顶及ZB4－500型电动油泵。整束张拉按0-0.25δcon-0.5δcon-0.75δcon-1.0δcon-1.1δcon分级加载方式进行，张拉达到分级张拉吨位时，持荷稳定3min，达到设计吨位的110%时，持荷稳定20min，后锁定。在锚索张拉过程中为了检验张拉作业是否正常，采取以张拉力为主、伸长值校核的双控操作方法。张拉控制荷载以压力表读数和测力计显示为主，记录张拉各级加载稳压前后钢绞线伸长值，并根据钢绞线理论伸长值进行校核验算，量测钢绞线伸长值和回缩值，若实测值大于理论伸长值的10%或小于5%时，停止张拉，查明原因后在进行张拉。锁定后在钢绞线夹具摩擦产生的痕迹处用游标卡尺量测长度，封锚前再次进行量测，若应力下降到设计吨位以下时，进行补偿张拉。表2为部分锚索张拉值。
表2部分锚索张拉实测值与理论值对比表
|
锚索
编号
|
实测值
(mm)
|
相差
率(%)
|
锚索
编号
|
实测值
(mm)
|
相差
率(%)
|
锚索
编号
|
实测值
(mm)
|
相差
率(%)
|
|
ML-1-01
|
144.45
|
5.05
|
ML-1-12
|
143.35
|
4.25
|
ML-2-05
|
162.86
|
-3.00
|
|
ML-1-02
|
141.75
|
3.09
|
ML-1-13
|
140.65
|
2.29
|
ML-2-06
|
172.66
|
2.84
|
|
ML-1-03
|
143.35
|
4.25
|
ML-1-14
|
141.45
|
2.87
|
ML-2-07
|
171.16
|
1.94
|
|
ML-1-04
|
141.25
|
2.73
|
ML-1-15
|
134.75
|
-2.00
|
ML-2-08
|
174.56
|
3.97
|
|
ML-1-05
|
144.25
|
4.91
|
ML-1-16
|
138.45
|
0.69
|
ML-2-09
|
174.56
|
3.97
|
|
ML-1-06
|
141.45
|
2.87
|
ML-1-17
|
141.45
|
2.87
|
ML-2-10
|
173.36
|
3.25
|
|
ML-1-07
|
139.75
|
1.64
|
ML-1-18
|
138.35
|
0.62
|
ML-2-11
|
173.96
|
3.61
|
|
ML-1-08
|
136.65
|
-0.62
|
ML-2-01
|
173.56
|
3.37
|
ML-2-12
|
172.86
|
2.95
|
|
ML-1-09
|
144.25
|
4.91
|
ML-2-02
|
172.66
|
2.84
|
ML-2-13
|
165.66
|
-1.33
|
|
ML-1-10
|
143.25
|
4.18
|
ML-2-03
|
173.76
|
3.49
|
ML-2-14
|
173.66
|
3.43
|
|
ML-1-11
|
144.75
|
5.27
|
ML-2-04
|
165.66
|
-1.33
|
ML-2-15
|
172.66
|
2.84
|
|
注：1 锚索实测值为设计张拉吨位110%时的伸长值；
2 1000KN级和1500KN级理论伸长值分别为：137.5mm和167.9mm。
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根据以上数值可以看出，锚索实际伸长值均在+10%~-5%理论范围内，符合预应力锚索张拉规范标准，充分说明预应力锚索施工质量达到技术规范要求，达到了锚固岩体的目的。
4.6 封锚
封孔回填灌浆在张拉结束7天后进行，先进行墩头段回填灌浆，完成后用切割机对锁具以外的钢绞线进行切除，钢绞线余留10cm左右长度。封锚用混凝土封闭，立模完成后入仓振捣密实。拆模后将墩头表面清理干净，墩头用磁漆粉刷，1000KN级为蓝色，1500KN级为黄色。
5 结束语
预应力锚索对开裂、破碎岩体施加预应力，增强被加固岩体的稳定，改善岩体的应力状态，提高岩体的稳定性，从而达到加固边坡的目的。通过在施工中揭示的问题，采取有效的施工方法和措施，达到了施工预期目的，符合施工规范标准，为今后类似工程施工积累了较丰富的经验，起到一定地借鉴作用。
作者简介：胡礼文 男（1983-）助理工程师 中国水电四局有限公司第五分局溪洛渡项目部建工二队总工程师
张自东 男（1977-）助理工程师 中国水电四局有限公司第五分局溪洛渡项目部
联系地址：云南省永善县水电四局溪洛渡项目部
邮 编：657300