尚浩平

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)03—0060—05

预应力锚索施工技术在变形岩体边坡治理中的应用

尚浩平

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

以云南省渔泡江铁川桥水电站预应力锚索施工为实例，总结了变形岩体边坡预应力锚索的施工方法及工艺流程、质量管理技术措施及质量检验要点，评价了预应力锚索的施工质量及加固效果，变形岩体边坡预应力锚索施工取得了较好效果。

预应力锚索;变形岩体;边坡治理

1 工程概况

铁川桥水电站是渔泡江梯级开发的第4级引水式电站，位于云南省大理州宾川县与楚雄州大姚县交界的金沙江一级支流——渔泡江下游口河段。电站设计坝型为碾压混凝土拱坝，最大坝高94.5 m，正常蓄水位1 272 m，总库容2 638万m3，总装机容量42 MW，多年平均发电量12 490万kWh。电站以发电为开发目标，无其它综合利用要求。

2 左岸高程1 300 m以上边坡工程地质条件

坝址区位于朱苦拉村下游渔泡江深切河谷内，河谷狭窄，河流流向近NNE，两岸以构造浸蚀、剥蚀成因地貌为主，植被稀疏，高程1 300 m以上自然坡平均坡度近40°，上下游发育断层F1、F2形成的冲沟。

左岸高程1 300 m以上范围主要出露基岩为白垩系上统厚层砂质泥灰岩，岩层单斜产出，走向N60°～75°W，倾向SW，倾角30°～40°。区内未见较大断层分布，仅F1、F2、F6断层规模稍大。断层F1、F2产状N60°～80°W，NE∠60°～∠80°，破碎带宽2～15 cm，充填糜棱岩、角砾岩及断层泥，断面较平直光滑，延伸长度2～3 km；断层F6产状N5°E～N10°W，SE/NE∠80°～∠85°，为卸荷性质断层，宽度一般0.5～3 cm，最大1.2 m，充填碎块石及次生泥，断面较粗糙，延伸长度约1 km。岩层中节理裂隙较发育，以中、陡倾角为主，缓倾角少见，按走向大体分为5组：① N60°～75°W，SW∠30°～∠40°;② N0°～30°E，SE/NW∠60°～∠85°;③ N10°～30°W，NE∠65°～∠80°;④ N60°～80°W，SW∠60°～∠80°;⑤ N60°～80°W，NE/SW∠10°～∠20°，N50°～60°E，NW∠15°～∠25°。其中①组为层面节理，多闭合，局部发育为层间错动小断层，贯穿性好；②、③组为卸荷裂隙，多张开1～2 mm，充填次生泥，延伸长度一般10～20 m，少数大于20 m，发育密度0.8～1.5 m/条；④组发育程度仅次于②、③组，多闭合，延伸长度一般5～8 m。

左岸高程1 300 m以上为逆向坡，受F1、F2、F6断层、层面节理和顺河向卸荷裂隙切割影响，岩体卸荷深度较大，其中强卸荷带水平深度7～9 m，弱卸荷水平发育深度达20～48 m，卸荷带内岩体松弛边变形，断裂张开，风化程度高，完整性较差，坡面表层6～8 m岩体明显松动破碎，加上坡度较陡，自然边坡稳定性较差。

3 边坡施工及处理方案比选

大坝左岸边坡2009年5月10日开挖，按照自上而下分层开挖的施工程序进行，先进行高程1 340 m缆索平台开挖，再由上向下进行左坝头高程1 340～1 274.5 m梯段开挖，当边坡开挖至坝顶高程1 274.5 m时，开始进行左坝肩开挖直至河床建基面高程1 180 m。边坡常规锚喷支护随开挖跟进施工。

2009年8月初左岸边坡开挖到高程1 315 m时，在高程1 319.5 m马道靠上游侧已喷混凝土表面出现1条与边坡走向近平行的张裂缝，长约10 m，宽1.0～2.0 mm。经观测，该裂缝仍在持续发展中，表明边坡岩体已出现变形迹象，必须对该部位边坡稳定性进行分析研究，并提出相应的工程处理措施[1]。

基于上述，提出左岸高程1 300 m以上变形岩体处理专题报告。该专题报告主要分析了左岸高程1 300 m以上变形岩体对开挖边坡稳定与安全的影响，研究相应的处理方案与措施。经对左岸高程1 300 m以上自然边坡和开挖边坡稳定复核或计算分析，其自然边坡在持久工况下处于基本稳定状态，在暴雨、地震工况下边坡均处于不稳定状态；开挖边坡在持久工况、暴雨工况下均处于基本稳定状态，但不能满足设计规范对永久边坡稳定安全的要求，在地震作用影响下，边坡处于不稳定状态。该报告通过对边坡加固处理方案的综合比较分析，最终选择采用预应力锚索为主的综合处理方案[2-4]，并对该方案进行了详细设计。

为保证左岸已开挖边坡及左坝肩未开挖130 m左右的高陡边坡施工安全，根据设计要求及时调整了左岸边坡施工方案。在左岸高程1 319.5 m以上开挖边坡预应力锚索全部施工完毕后，方可开始下部边坡开挖，且锚索施工必须紧随边坡开挖进行。

4 处理方案及材料选择

4.1 边坡加固处理方案

(1) 边坡开挖：边坡开口线最高高程为1340.0 m，为减少开挖深度和保持上部边坡稳定，左岸高程1 319.0 m以上表部松动层以基本挖除为宜，高程1 319.0 m以下表部松动层应全部挖除。边坡开挖分3级坡，单级边坡开挖坡比均为1∶0.5，坡高分别为20.5、15.0和4.5 m，马道宽度均为2 m。

(2) 预应力锚索：预应力锚索按结构分为有粘结和无粘结锚索2种。与有粘结锚索相比，无粘结锚索的主要特点是钢绞线周围带有护套，内有防腐油脂，钢绞线可在护套内自由滑移；编索时不需要安装定位止浆环；内锚段与张拉段采用一次灌浆方式，可以减少一道工序，提高工效；不仅可重复张拉，而且大部分钢绞线能获得防腐油脂和护套的双重保护。无粘结锚索有诸多优势，但此类锚索造价较高。因此，本工程左岸高程1 300 m以上变形岩体边坡锚固处理中多采用有粘结锚索。

预应力锚索锚固的主要对象为F6卸荷性质断层及顺河向卸荷裂隙。边坡开挖减载后，分别在开挖边坡高程1 327.0、1 321.5、1 317.5、1 312.0、1 306.5和1 302.5 m共布置14φj15.24 mm 2 000 kN预应力端头锚索70束，其中有粘结锚索55束，无粘结锚索15束。锚索长度为30、50 m，交错布置，水平间距4 m。边坡高程1 306.5 m为向下倾15°锚索，其它均为水平锚索。锚索内锚段长度均为8.0 m。锚墩尺寸为1.0 m×1.0 m×0.5 m(长×宽×高)。

(3) 喷锚支护：开挖坡面均采用挂网喷锚支护，挂网钢筋为Ø6@15 cm×15 cm，喷混凝土厚度15 cm，系统锚杆分别为Ø28 mm和Ø32 mm，锚杆长度分别为9 m和6 m，交错布置，间、排距均为3.0 m。同时在每级马道平台上设置超前锚筋桩3Φ32 mm，锚筋桩长度为18 m，垂直向下，间距为3.0 m，以锚固层面裂隙和减少下层开挖对边坡岩体的扰动。

(4) 排水系统：在喷混凝土的坡面上设置系统排水孔，孔径91 mm，孔深5.0 m，仰角10°，间、排距均为3.0 m，梅花形布置。在马道和坡面上设排水沟，并设置坡外截水沟。

(5) 监测系统：为监测左岸高程1 300 m以上变形岩体边坡加固处理的效果及边坡今后的动态，布设锚索测力计3台、多点位移计1套、锚筋桩钢筋计2支。

4.2 材料选择

(1) 锚索材质：预应力锚索采用公称直径d=15.24 mm(7Ø5)、强度等级为1 860 MPa(270级)国产高强低松弛钢绞线，材料应符合GB/T5244-2003[3]。有粘结锚索采用无涂层高强低松弛钢绞线，无粘结锚索采用有涂层高强低松弛钢绞线。

(2) 锚具：锚具的力学性能及几何尺寸应符合设计要求，锚具进场后应按规范要求进行外观和硬度检验，质量应符合GB/T14370[4]的有关规定。

(3) 水泥：选用P.O42.5普通硅酸盐水泥，各项技术指标应符合GB175-2007[5]标准。

(4) 砂石骨料：锚墩及封锚混凝土采用机制砂石料，质量应符合DL/T5144-2001[6]的有关规定。砂的细度模数为2.4～2.8，含水率不宜超过6%。

4.3 配合比设计

(1) 灌浆浆材配比：内锚段0.35∶1；张拉段0.40∶1，高效减水早强剂掺量为水泥质量的3%[7]。

(2) 混凝土配合比：锚墩混凝土强度等级为C40(7 d)，采用配合比为水泥∶砂∶碎石∶水∶外加剂=1∶1.38∶2.80∶0.37∶0.007。

5 预应力锚索施工方法及技术措施

本工程锚索结构设计为有粘结和无粘结预应力锚索2种。有粘结预应力锚索施工程序：搭设施工排架→钻孔→锚索制安→内锚段灌浆→锚墩混凝土浇筑→张拉锚固→张拉段灌浆→外锚头混凝土保护。

无粘结预应力锚索施工程序：搭设施工排架→钻孔→锚索制安→锚墩混凝土浇筑→锚索灌浆→张拉锚固→外锚头混凝土保护。

5.1 搭设施工排架

施工排架搭设前先对开挖边坡上的松动岩块进行清理，确认安全后再搭设排架。边坡排架搭设严格按审批的专项施工方案组织实施，并经验收合格签证后方可投入使用。

5.2 钻 孔

锚索钻孔是本工程预应力锚索施工的难点。施工初期曾采取普通钻孔及固壁灌浆钻孔方法，由于左岸高程1 300 m以上变形体开挖边坡地质条件较差，采用单一的普通钻孔，常有塌孔、卡钻等情况发生，钻进困难；采用固壁灌浆钻孔，水泥消耗量较大，施工缓慢，在遇到卸荷裂隙发育地段时不理想；施工中改进采用跟管法钻进成孔基本避免了上述不利因素。

(1) 锚索孔按设计要求测量放线定位，采用MGY-80型锚固钻机钻进成孔，开孔孔径不小于设计值Ø160 mm。开孔时，严格按设计方位角和倾角将钻具调整到位后，启动钻机轻压慢钻20～30 cm后停机，再次对钻具的角度进行校核调整，并将机架固定牢靠。在钻进过程中，孔斜控制采用粗径钻具加扶正器，并采用KXP-1测斜仪分段测斜，发现偏差，及时纠偏，终孔后再进行1次全孔测斜。锚孔经验收合格后及时做好孔口保护。

(2) 钻孔质量检验。锚索钻孔终孔后，对其孔位、孔径、孔深、孔斜、方位角等5项进行检测。孔位坐标实测偏差值50～80 mm,小于100 mm，合格率100%；孔径实测偏差值20～50 mm大于设计孔径10 mm，合格率100%；孔深实测偏差值350～500 mm，允许误差400 mm，合格率98.5%；孔斜允许误差不大于孔深2%，实测值400～600 mm，合格率100%；方位角允许误差为2°，实测偏差值1.5°～2°，合格率100%。检测成果表明，锚索钻孔质量符合规范和设计要求。

5.3 锚索制作、运输与安装

(1) 锚索制作：钢绞线下料完毕后，先将钢绞线和各种进回浆管平行摊于现场专用工作平台上，对进回浆管分别进行标识，然后按锚索设计结构图编索，在规定位置安装止浆包(环)、对中支架和隔离架等，最后在锚索端头套上导向帽。锚索制作完毕经检验合格后签发合格证，并挂牌编号，妥善存放。

(2) 锚索运输与安装：锚索运输采用人工运输。锚索安装前，先对锚索孔道、索体进行全面核查。检查孔道的通畅性，核对索体编号和孔号，检查索体的顺直性、无粘结锚索PE护套完好性，检查止浆包(环)质量及进回浆管的位置、通畅性等，然后采用人工辅以手动葫芦安装锚索，保证一次放索到位。锚索安装到位后，检查止浆包(环)的密封性，并对外露钢绞线进行临时防护。

(3) 锚索制安质量检验。锚索制安检验包括钢绞线、止浆包(环)、进(回)浆管、架线环、导向帽、索体及锚索安装等项。锚索制安质量经检验，符合规范和设计要求。

5.4 张拉锁定

锚索张拉是预应力锚索施工的关键工序，技术措施主要有：

(1) 张拉机具标定。为保证张拉控制力的准确性，在张拉前需对千斤顶、压力表及锚索测力计等张拉机具进行配套标定。

(2) 张拉条件。锚索张拉准备工作就绪，具备如下条件后方可实施锚索张拉作业：① 张拉施工区安全隐患已排查并整改到位；② 锚索内锚段浆体结石、锚墩混凝土均达到100%设计强度；③ 张拉机具空载试运转正常可靠；④ 张拉技术安全交底及张拉机具操作人员定人定位已落实。

(3) 锚索张拉操作。① 安装锚索测力计(适用于监测锚索);② 安装工作锚板、夹片、限位板、千斤顶及工具锚。工具锚板上孔的排列位置须与前端工作锚的孔位一致，不允许钢绞线在千斤顶的穿心孔中发生交叉现象；③ 在锚索整体张拉前，采用单孔千斤顶先对单根钢绞线按对称循环张拉顺序进行预紧，每根钢绞线的预紧吨位为30～35 kN。张拉预紧后采用YCL400型千斤顶按以下分级完成锚索张拉锁定：预紧→600 kN→1 200 kN→1 500 kN→2 000 kN。锚索张拉每级加荷后同步量测实际伸长值。锚索张拉过程中，前3级每级持荷稳压5 min，最后一级持荷稳压30 min后即可锁定。张拉时，加载速率每分钟不超过设计应力的1/10，卸载速率每分钟不超过设计应力的1/5。④ 锚索张拉锁定后及时量测夹片错牙和预应力钢绞线的滑移量。

(4) 张拉检查标准。锚索张拉采用张拉力控制和伸长值校核双控法。实际伸长值控制在理论伸长值的+10%～-5%以内，否则暂停张拉，查明原因并采取相应措施后，方可继续张拉。安装测力计的监测锚索在张拉过程中，测力计同步观测读数并相互校正。

5.5 锚索灌浆

锚索灌浆包括内锚段灌浆和张拉段封孔灌浆。有粘结锚索分内锚段和张拉段2次灌浆，无粘结锚索采用一次灌浆方式。锚索灌浆在张拉锁定后3 d内进行，灌浆前，经监理检查验收签发准灌证后方可施灌。

(1) 锚索灌浆采用水泥浓浆灌注，水泥浆强度等级为内锚段M35(7 d)、张拉段M35(28 d)；灌浆压力0.5 MPa，屏浆压力0.3 MPa，屏浆时间30 min。灌浆时观测回浆管的排浆情况，当排浆达到或接近进浆比级浆液时即可进行屏浆。为获得较好的灌浆效果，锚索灌浆采用二次灌浆式屏浆法。

(2) 浆体强度检测。本工程锚索灌浆水泥浆体结石强度共取样检测136组，统计分析：内锚段M35检测81组，最大值45.3 MPa，最小值36.6 MPa，平均值40.5 MPa，标准差2.8 MPa，合格率100%；张拉段M35检测55组，最大值46.5 MPa，最小值35.6 MPa，平均值41.5 MPa，标准差2.6 MPa，合格率100%。锚索内锚段和张拉段浆体强度均达到设计要求。

5.6 锚墩及封锚混凝土浇筑

(1) 有粘结锚索锚墩混凝土在内锚段灌浆后进行浇筑，无粘结锚索锚墩混凝土施工在锚索灌浆前进行。

(2) 混凝土浇筑前，对锚墩基面处理、孔口钢套管(锚垫板)安装、钢筋和模板安装进行全面检查，经监理验收签发开仓证后方可进行混凝土浇筑。混凝土采用JZC350型搅拌机拌制，溜筒运输，人工入仓，软轴式振捣器振捣密实，振捣过程中防止振捣器直接碰撞预埋钢套管，以免影响钢套管与锚索孔道的同心度。在施工现场取样制作混凝土试块，并留设同条件养护的混凝土试块。混凝土浇筑后严格按规范要求及时进行洒水养护。

(3) 锚索外锚头采用C40混凝土封锚保护。

(4) 混凝土强度检测：锚墩混凝土强度共取样试验70组，最大值46.8 MPa，最小值43.1 MPa，平均值45.1 MPa，标准差2.2 MPa，合格率100%，锚墩混凝土强度达到设计要求。

6 边坡监测成果初步分析

预应力锚索观测采用250 t级(BGK-4900型)锚索测力计。锚索张拉施工期间观测成果表明，在锚索张拉过程中，达到每一级张拉吨位后，锚索测力计同步观测值与分级张拉吨位的误差值均在±10%以内，锚索张拉过程正常。左岸锚索测力计DLP-1于2010年1月18日张拉锁定，锁定吨位为185 t，经过4 a观测，现永存吨位为167 t，符合设计要求。锚索测力计DLP-2、DLP-3锁定吨位及现永存吨位均符合设计要求。从锚索测力计的测值和历时曲线来看，其锁定初期应力损失平稳，之后未见应力增大，基本处于稳定状态，稳定测值均大于设计永存吨位。

钢筋计RL-5和RL-6于2009年11月1日安装埋设。从钢筋计的测值和历时曲线来看，初期测值变化主要受边坡锚索施工影响，后期测值主要表现为拉应力，如钢筋计RL-6均值为8.82 kN，至今钢筋计测值总体变化不大。

多点位移计ML4-1-1～4于2010年1月29日安装埋设，从多点位移计测值来看，其深部ML4-1-1测点最大变幅为1.06 mm，靠近表面ML4-1-4测点最大变幅为0.03 mm，总的变形量很小。至今边坡多点位移计系列测值平稳，无突变现象。

在左岸高程1 300 m以上边坡开挖过程中，下层开挖会引起上层安装的多点位移计及其附近锚索测力计和钢筋计测值发生变化，经验证观测结果，位移和应力变化基本一致，并随着边坡开挖与支护的完成变化趋缓。监测结果综合分析表明，边坡变形岩体经综合加固处理后稳定性较好。

7 结 语

水电水利工程预应力锚索施工技术较为复杂，特别是边坡岩体锚固工程施工，通常受被锚固岩体特性影响较大。铁川桥水电站左岸高程1 300 m以上变形岩体边坡锚索施工采用跟管法钻进成孔，有效地解决了岩体松弛破碎地段普通钻孔成孔困难以及固壁灌浆钻孔水泥单耗较大的问题，确保了预应力锚索的施工质量和工期。锚索施工工艺合理，施工方法符合规范和设计要求，施工工序质量控制措施较为严密。监测结果表明，加固处理取得预期效果，边坡稳定性较好。

[1] 中国水力发电工程编审委员会.中国水力发电工程(施工卷)[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2] DL/T5083-2004，水电水利工程预应力锚索施工规范[S].北京：中国电力出版社，2004.

[3] GB/T5224-2003,预应力混凝土用钢绞线[S].北京：中国标准出版社，2003.

[4] GB/T 14370-2007,预应力筋用锚具、夹具和连接器[S].北京：中国标准出版社，2007.

[5] GB175-2007 ，普通硅酸盐水泥[S].北京：中国标准出版社，2007.

[6] DL/T5144-2001，水工混凝土施工规范[S].北京：中国电力出版社，2001.

[7] DL/T 5148-2012，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2012.

[8] 吉杰宇.那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计[J].西北水电,(2012),4: 46-49.

[9] 莫志财,孙岩丽.100 t级上仰预应力锚索在积石峡水电站隧洞工程中的应用[J].西北水电,2012,(1): 29-33.

Application of Prestressed Anchor Cable in Treatment of Deformed Rockmass Slope

SHANG Hao-ping

(POWERCHINA Xibei Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

Construction of the prestressed anchor cables in Tiechuanqiao Hydropower Project is described. Construction methods and technical flow, technical measures of quality control, key point of quality inspection of the prestressed anchor cable in treatment of the deformed rockmass slope are summarized. The construction quality and reinforcing effect are evaluated. It presents that application of the prestressed anchor cables in the treatment of the deformed rockmass slope achieves the expected effect.

prestressed anchor cable; deformed rockmass; slope treatment

2014-09-05

尚浩平(1963- )，男，西安市人，工程师，从事水电工程监理工作.

TV546

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.017