张 刚，王少华

（浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州，311122）

1 项目简介

金桥水电站是易贡藏布干流上规划的第5个梯级电站，位于西藏自治区那曲地区嘉黎县境内，是西藏首个地下厂房式水电站。厂房区后边坡X1楔形体由断层f27和断层f32形成，该段高边坡在厂房区上方，如图1~2所示。施工区域在高程3 277.5~3 400.0 m区间，自然坡率陡，地质比较复杂。为确保地下厂房始终处于安全、稳定的运行工况，按照设计要求对X1楔形体进行支护。平均施工垂直高度为122.5 m，支护区域下部为110 kV高压开关站。施工部位及以上存在松动岩石下落等风险，坡面岩体有潜在滑移面。

图1 厂房区后边坡支护Fig.1 Support for the side slope behind the power house area

图2 厂房区高边坡施工区域剖面Fig.2 Profile of the high side slope construction area in the powerhouse area

2 总体部署

（1）做好预应力锚索施工前准备工作，机具配备质量和数量、人员配置数量和结构等必须与施工相适应。

（2）锚索施工按自下而上的原则进行，既避免了锚孔间串浆，又确保了锚索施工区域在灌浆压力作用下岩石整体性得到提升。杜绝上下操作产生安全问题，同时减少各锚孔施工之间的相互干扰，并在成孔后根据揭示的地质情况，采取锚孔固结灌浆、不良地段二次成孔等措施，保证成孔和锚索施工整体质量，然后进行后续各工序的施工。

（3）预应力锚索防护布置如图3所示。

图3 X1楔形体支护Fig.3 Support of X1 wedge-shaped slope body

（4）预应力锚索施工时，先按设计位置测设锚孔位置，并结合边坡地质情况适当调整。每施作完一个锚孔，马上进行清孔，插入锚索，进行注浆施工。坡面地质不满足要求时必须做相应处理，必要时可增设孔口锚杆。

（5）预应力锚索注浆施工后，进行锚索张拉及锁定后封锚。

3 施工方案

3.1 锚索布置

厂房区高边坡X1楔形体支护方案为：距断层f27约2 m处布置2排1 500 kN全粘结预应力锚索，长45 m，其余锚索长30 m，间排距为4 m×4 m，梅花形布置，其方向须与断层f32垂直或大角度相交。设计要求具体布置和锚索长度由地质工程师根据现场实际情况适当调整。

3.2 施工工艺流程

锚索施工工艺流程见图4。

图4 锚索施工工艺流程Fig.4 Flowchart of anchor construction

3.3 主要施工方法

3.3.1 坡面防护及修整

边坡施工时，考虑到下方嘉忠公路、进厂交通洞通行需求，及金桥电站开关站带电运行等综合因素，在锚索施工前，对边坡3 300.0~3 340.0 m高程范围内表面浮土、浮石、松动岩体、不稳定块体进行清理施工。先从进厂交通洞适宜位置搭设施工爬梯至3 300 m高程，将原有被动防护网靠山体内侧沿坡脚封闭，然后用密目网将被动网靠山体侧二次覆盖，以减小通过物粒径，后采用人工及时按照从上而下原则清理坡面植被。植被清理时，严格执行相关原则，减少对植被的破坏。植被清理后，从f32、f27断层外延4 m，自边坡开口线沿坡面布置SNS主动防护网至X1楔形体最低点。

3.3.2 施作锚孔

在坡面处理完成，且确定坡面地质条件能满足锚索施工要求后进行锚孔施工。

3.3.2.1 锚孔测放

根据实际坡面，先按设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，并用红油漆在现场标明锚索开孔位置。锚孔位置偏差不得超过±10 cm。如遇坡面不平顺或特殊困难场地时，须经设计、监理单位确认，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，调整锚孔定位。对测放的锚孔位置进行编号，作为锚索制作编号的依据。

3.3.2.2 钻孔设备

钻孔施工是锚索施工中的关键工序。为提高钻孔效率和钻孔质量，根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度及施工场地条件等选择钻孔设备。经过比选，选取了适用于水电站、铁路、公路边坡大吨位预应力锚固孔、排水孔施工的YG-80导轨式凿岩机。该设备具有以下优点：钻进能力强，处理事故能力强，钻孔速度快，钻进效率高；钻机结构为分体式，可拆性好，安装迅速方便；可远距离操作，一次搬迁完成多孔施工，适宜边坡锚索钻孔施工，能确保成孔质量和施工进度。

3.3.2.3 钻机就位

搭设满足钻孔、下锚和注浆施工所需承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面锚索孔位，安装固定钻机，并进行严格的机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不超过±10 cm，高程误差不超过±10 cm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差±1.0°，方位允许误差±1.0°。

3.3.2.4 钻进方式

锚孔钻进采用干钻，以确保锚固工程施工不至于恶化边坡岩土工程地质条件，保证孔壁的粘结性能，难以钻进时方可采用水钻。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其他意外事故。

3.3.2.5 钻进过程

锚索钻孔施工要加强钻机导向作用，及时检测孔斜误差，合理采用纠偏措施，满足设计及规范要求。钻进过程中，对每个孔的地层变化、钻进状态（钻压、钻速）、地下水及特殊情况做好施工记录。如遇塌孔、缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，进行孔道固壁灌浆处理（灌浆压力0.3~0.5 MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

（1）渗水处理。①若孔内有渗水，在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，从孔中吹出的都是一些小石粒和团粒而无粉尘，岩粉多贴附于孔壁。当锚孔深度已满足要求，则以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，虽冲击器工作，且仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后再继续钻进，如此循环，直至结束。②若孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况下岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，就可继续钻进。③如果渗水量太大，以致淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，拔出钻具，进行压力注浆，进行孔道固结处理。

（2）塌孔处理。当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎带时，往往会发生塌孔。塌孔主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状（非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的）石块。出现此类现象时，不管钻进深度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆。注浆压力采用0.3～0.5 MPa，浆液为水泥砂浆，24 h后重新钻孔。雨天施工时，常常顺岩体破碎带向孔内渗流泥浆，固壁注浆前，必须用水和风把泥浆洗出（塌入钻孔内的石块不必清除），否则不仅固壁注浆效果差，还容易造成假象。

3.3.2.6 孔径和孔深要求

钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔孔径，要求实际使用钻头直径不小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.4 m以上。

3.3.2.7 锚孔清理

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1~2 min，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉渣及水体粘滞，必须清理干净。在钻孔完成后，使用高压风（风压0.2~0.4 MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整的岩体锚固外，其余均不得采用高压水冲洗锚孔。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可安装锚索与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。

3.3.2.8 锚孔检验

锚孔钻孔结束后，经监理工程师检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆，在监理工程师旁站下进行，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存在明显尘渣及水体飞溅现象。然后用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，以织物或水泥袋塞好保护锚孔口待用。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

3.3.3 锚索体制作及安装

预应力锚索体由张拉段、止浆段和锚固段组成，采用全粘结预应力锚索。锚索体采用人工安装，安装前，认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，缓缓将锚索体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢绞线长度，计算孔内锚索长度，确保锚固长度。按设计要求长度切割钢绞线，制作时注意钢绞线不得相互缠绕，并保证承载体位于钻孔中部。

（1）对线材进行检查，要求表面乌亮，手感滑腻无涩滞感，每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈，对有死弯、机械损伤及锈坑的必须剔除。

（2）用切割机截取钢绞线，严禁使用电气焊，截好的钢绞线平顺置于工作平台上。

（3）钢绞线制作在工作平台上进行，其下料长度为：设计长度+张拉千斤顶长度+锚具厚度+张拉操作预留量。

（4）编索完成入孔安装前，用高压风清孔一次。索体采用人工下锚，缓慢从孔口送入，避免锚索体扭曲。锚索入孔时用力要均匀一致，不得转动锚索体，并随时检查隔离架及绑扎丝，发现有移动、损坏、脱落等要及时处理，必要时更换重新编制。确保将锚索体推送至预定深度后排气管和注浆管畅通。

（5）锚索组装的允许偏差和检验方法如表1所示。组装完成后对锚索对应锚孔进行编号，分类存放在专用场地，并加以防潮、防雨等防锈蚀保护。

表1 锚索组装的允许偏差和检验方法Table 1 Allowable deviations and inspection methods for the assembly of anchor

3.3.4 锚固段注浆

锚索注浆以形成锚固段并为锚索体提供防腐蚀保护层。另外，一定压力的注浆可以使注浆体渗入地层裂隙中，起到固结地层、提高地层承载力的作用。注浆是锚索施工的关键工序之一，其效果好坏将直接影响锚索的锚固性能和耐久性。

（1）锚索注浆采用普通硅酸盐水泥，且为纯水泥浆，施工配合比经试验比选后确定。

（2）为增加浆液的和易性，掺入适量减水剂。

（3）根据全长粘结式预应力锚索结构，采用两次注浆，即锚固段和张拉段分别注水泥浆，采用孔底返浆法，注浆压力为0.3~0.4 MPa。

（4）锚索注浆的实际耗浆量一般大于理论用量。注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时准确、完整、清晰地做好注浆记录。

3.3.5 锚索张拉、锁定及封锚

锚索张拉及锁定分级进行，严格按设计要求和操作规程执行。张拉后，从锚具量起，留出5~10 cm长钢绞线，其余部分截去。须用机械切割，严禁电弧烧割。然后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，最后采用C30混凝土进行封锚。

（1）锚索张拉前检查锚斜托台座的承压面是否平整，并与锚索轴线垂直，不满足要求时应作相应处理。

（2）张拉施工前必须对张拉机具和仪器仪表进行标定和调试校准。

（3）锚具安装与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴。

（4）锚索张拉前，对每根钢绞线使用30 kN/股的张拉荷载，对锚索张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直且受力均匀。

（5）预应力锚索张拉分四次施加，分别取设计值的0.5、0.75、1.0和1.1倍进行逐级张拉，每级荷载施加后，前三次稳定观测时间为5 min，最后一次超张拉稳定观测时间为20 min。张拉荷载严禁一次加至锁定荷载。锚索稳定后48 h内，若发生明显的应力松弛，必须进行补偿张拉。

（6）锚索锁定后，做好标记，观察3 d，没有异常情况即留长8 cm后用手提砂轮机切割多余钢绞线。最后用水泥砂浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按照设计要求支模，用C30混凝土作封锚处理。

（7）锚索检测要求如表2所示。

表2 锚索主要检测项目Table 2 Main test items of anchor cable

4 施工质量控制措施

4.1 质量控制依据

锚索施工过程中进行施工质量控制，对发现的问题及时纠偏，使锚索施工质量得到控制。在复杂地质条件下，确保边坡的稳定性。锚索施工质量控制依据如下：

（1）有关锚索施工的国家规范及行业标准；

（2）设计图纸、合同及有关设计技术要求。

4.2 施工准备的质量控制

（1）锚索施工前28 d，编制预应力锚索施工组织设计（措施），做好锚索用水泥浆、砂浆及混凝土的配合比试验工作。

（2）运至施工现场的各种机械设备、仪器仪表，必须经过检查、标定。

（3）施工各种原材料（包括锚索、水泥、砂石骨料及外加剂等）均须具有产品合格证及其相应试验报告等质量证明资料和使用说明。

4.3 施工过程质量控制

（1）锚索孔钻孔前，对施工边坡进行危岩清理及地质缺陷处理。

（2）钻孔过程中，必须经常检查钻机定位情况，保证钻机定位精度；钻孔完成后，检查钻孔孔道清洁程度、孔深及孔斜，填写钻孔测斜记录表。

（3）孔内地质缺陷采用全孔道一次固结灌浆方法处理，单孔单灌，灌浆压力0.5～0.8 MPa，固结灌浆后3～7 d，按钻孔要求进行孔道清理。

（4）锚索加工和编制符合设计、规范等要求。钢绞线平顺，不能打绞；钢绞线下料只能采用机械设备切割，保证切口平整，无散头现象；锚索编束中使用的架线环、导向帽、架线环绑扎间距必须符合设计要求。

（5）锚索上安装的注浆管路系统耐压值需大于设计灌浆压力的1.5倍。

（6）锚索穿索安装按以下要求控制：①穿索时保证锚索无明显弯曲、扭转现象，孔口段保持平顺，施工场地要满足锚索转弯半径≥5 m；②锚索安装过程中，防止锚索直接受力，防止与硬质物体碰撞、摩擦，不得损坏锚索结构。如有结构损坏，停止施工，重新进行锚索编制验收。

（7）锚索灌浆前，对锚索孔口进行止浆检查；纯水泥浆液拌和时间不少于3 min；每一批锚孔灌浆，必须进行浆液现场取样试验，并做好试块养护工作；锚索灌浆结束24 h后，进行锚墩浇筑施工。

（8）待相应工序满足设计要求后，进行锚索张拉。锚索张拉按“预紧、补偿张拉、分级张拉、超张拉、持荷稳压时间、二次补偿张拉”进行操作，做好每个锚索的张拉和观测记录。张拉完成后，进行外张拉段灌浆。

（9）锚索张拉锁定，并完成封孔灌浆之后，经监理工程师检查同意，按设计要求进行外锚头封固保护。

（10）预应力锚索验收试验按设计图纸和监理工程师指示随机抽样进行，抽样数量不小于三索，预应力锚索验收试验必须在张拉后及时进行。

（11）完工抽样检查合格标准以应力控制为准，实测值不大于设计值的5%，并不小于规定值的3%。当验收试验与完工抽样检查合并进行时，试验数量为锚索总数的5%。当完工抽样检查的锚索中有一束不合格时，加倍扩检。

5 结语

预应力锚索加固技术已广泛应用于水电站工程边坡及地质灾害防治工程滑坡支护等工程领域中，其主要特点是技术含量较高、施工难度较大。施工过程中必须严格按照设计要求、相关施工规范、操作技术规程及质量验收标准进行施工及工序质量控制，并做好施工安全的防范措施，强化工序检验，才能保质、保量、安全地完成施工任务，确保支护结构的安全有效。

对本项目厂房边坡采取预应力锚索防护措施，后期观测数据资料显示，边坡已趋于稳定，确保了工程安全及正常运行，有效提高了坡体结构的稳定性，并且能使整体稳定性得到加强，更好地保障了金桥水电站厂房发电后的生产运行安全。