两河口水电站边坡预应力锚索超灌浆控制技术

2013-05-16施召云

钻探工程 2013年3期

黄辉，施召云

(雅砻江流域水电开发有限公司两河口建设管理局，四川雅江627450)

1 概况

两河口水电站4号公路边坡开挖后揭露的局部地质情况为强风化、强卸荷反倾薄层～中厚层砂板岩，节理裂隙发育，围岩破碎，裂隙张开，松动卸荷较强烈，局部红褐色铁锰质锈染，结构面嵌合较松弛，节理张开3～6 cm，最大约10 cm，结构面迹长一般10～20 m，最大30 m，岩体强风化厚度为3～5 m，岩体松动卸荷深度为30～45 m，边坡岩体松弛、破碎、完整性差，边坡自稳能力差。为了确保边坡稳定及施工期、运行期的公路交通安全，设计对该边坡增加框格梁及无粘结钢绞线压力分散型预应力锚索进行加强支护。

基于该公路边坡地质情况极差，预应力锚索灌浆如采用常规方法进行，其超灌浆量将远远超出发包人的预期工程投资，最终可能使得整个合同项目工程造价难以有效控制，并造成大量资源浪费，为此必须采用相应的施工技术对锚索超灌浆工程量进行控制。

2 锚索灌浆机理及常规工艺

2.1 锚索灌浆机理

预应力锚索灌浆作用机理为：通过灌入的水泥浆液将索体内锚固段锚固体系结构与被锚固体形成紧密结合实体，锚索张拉时由内锚固段水泥结石体与钻孔孔壁间粘结握裹力及压力分散性结构体系中的单锚头握裹力联合产生预应力，达到预应力锚固效果。根据施工技术要求，锚索锚固段必须处在稳定、完整的岩体内，如钻孔至设计孔深后锚固段岩体为不良地质体，则必须进行加深处理或对锚固段进行固结灌浆处理，直至锚固段符合设计要求，因此任何锚索在进行灌浆工序施工时，其内锚固段可定性为完整或基本完整，该孔段灌浆浆量应该不会超过其理论灌浆量(理论灌浆量指在一定压力下将孔道充填密实及考虑其沿岩体渗透扩散的所需灌浆量，一般情况下锚索灌浆浆液均为较浓浆液，灌浆时沿岩体渗透扩散浆液很少)。一般说来，预应力锚索灌浆施工中锚固段灌浆质量控制要求极其严格，而相对来说，张拉段灌浆主要是起对钢绞线的防腐保护作用，但现今无粘结钢绞线本身均具有二次防腐功能(主要为外套PE套及防腐油脂)，因此张拉段灌浆的重要性要低于锚固段，其灌浆量的控制必须严格进行。

2.2 压力分散型锚索常规灌浆工艺

压力分散型预应力锚索常规灌浆工艺为采用全孔一次性不分段灌浆方法进行，浆液通过索体内安装的灌浆管进入灌浆孔底，随着灌浆进行，浆液自孔底由下往上返出，直至返至孔口并达到结束条件后即可结束。锚索结构见图1。

图1 压力分散型锚索结构图

常规灌浆方法仅适用于地质情况较好，边坡滑移面规则分布，岩体无大面积松弛、破碎及较大的张开节理的情况，灌浆可以在一定预控时间范围内按照设计要求完成。如岩层地质情况如以上所述公路边坡，使用该方法将无法在预控时间范围内按照设计技术要求完成锚索全孔灌浆，并将随着灌浆时间的增加会出现很多影响灌浆质量的不确定因素，无法保证灌浆质量及控制工程投资。

3 超灌浆控制技术

预应力锚索超灌浆控制技术根据地层的具体地质情况及合同商务文件相关要求，可以分为减少超灌浆量控制技术及不产生超灌浆量控制技术两大类，两种控制技术的前提均为必须改变锚索的常规灌浆工艺。

3.1 减少超灌浆量控制技术

减少超灌浆量控制技术的关键为将原设计的不分段一次性全孔灌浆调整为全孔分为锚固段及张拉段两个区段分别进行，并且对张拉段灌浆方式方法及灌浆材料进行一定的调整，减小灌浆浆液在地层裂隙中的扩散区域，以达到减少超灌浆量的目的。将压力分散型预应力锚索由原一次性全孔灌浆调整为分为锚固段及张拉段两个区段分别进行，主要是在原设计索体锚固段后方设置止浆包，通过设置的止浆包，将索体中的锚固段与张拉段进行隔离，止浆包可采用在索体外包裹土工布的方式进行，具体结构如图2所示。

图2 安装止浆包锚索结构图

其工作原理为：在锚固段后方设置纺锤形止浆包，止浆包由土工布与钢绞线紧密缠绕而成，止浆包安装完成后的外径与钻孔孔壁间的间隙为5～10 mm。锚索结构中灌浆管通过止浆包区域后进入到索体最前端，且灌浆管在止浆包区域中留有一楔形开口以用来为止浆包进行充浆膨胀以封闭孔道。索体结构中的回浆管由两根管套接而成，且具有双重作用。当进行锚固段灌浆时该管主要用来进行排气及排除孔内稀浆及杂质，主要起回浆管作用;当进行张拉段灌浆时，在孔外拉拔该管，致使回浆管的外部管从套接管中拔出，从而起到灌浆管的作用，浆液通过该管进入到张拉段后慢慢向孔口涌出，直至从孔口返出浓浆。灌浆时先从灌浆管灌入水灰比为2的稀浆，待浆液将止浆包充浆完成膨胀封闭孔壁后再换用施工浆液水灰比进行锚固段灌浆施工，灌浆过程中锚固段中的空气及稀浆通过回浆管排出孔内，当回浆管返出浆液密度与灌浆浆液密度一致时，此时可结束锚固段的灌浆施工，并立即将回浆管的外部管从套接管中拔出。

张拉段的灌浆采用孔口不封闭的灌浆方式进行，并根据地质情况的不同而采取不同的灌浆施工工艺及材料，具体如下。

(1)当张拉段岩体地质情况不是很差，裂隙、节理发育较少，岩体破碎程度低时，灌浆可采用纯水泥浆液进行，灌浆过程中主要采用限流、限压及间歇的方法进行处理。控制灌浆限流流量为10～15 L/min，灌浆进浆压力＜0.1 MPa，并且每灌注10 min后就间歇10 min，直至孔口返出浓浆后即可结束。

(2)当张拉段裂隙发育较多，节理张开度较大，且按照以上方法进行控制施工后灌浆单耗＞200 kg/m孔口仍未出现返浆时，可将灌注纯水泥浆液调整为灌注水泥砂浆进行施工，直至灌浆结束。灌注砂浆必须采用专用砂浆泵进行施工，砂浆配合比根据试验室配比试验获得。灌注砂浆过程中可根据实际情况分别采取限流、限压及间歇的方法控制超灌浆量。

(3)当张拉段裂隙发育很多，节理张开度很大，岩体非常破碎且裂隙串通性很好时，此时如采用纯水泥浆液或砂浆进行灌注，无法在短时间内完成灌浆施工，灌注的浆液都通过裂隙全部渗透到岩层中去，无法充填锚索孔道，造成浆液大量浪费。此时可将灌浆材料由原纯水泥浆液或水泥砂浆调整为水泥－水玻璃双液快浆进行施工。双液快浆配合比通过试验室配比试验获得，必须确保双液初凝时间满足灌浆工艺时间要求，以避免出现堵管现象，造成灌浆质量缺陷。

3.2 不产生超灌浆量控制技术

当锚索支护工程进度要求非常紧、工程投资控制要求高且工程建设不需要对张拉段进行灌浆时，此时便可使用不产生超灌浆量控制技术。无超灌浆控制技术的核心为在张拉段索体的外端包裹防止浆液进入岩层的土工布，灌浆时浆液仅充填锚索锚固段及张拉段包裹体，而浆液无法进入岩体中，具体结构如图3所示。

图3 张拉段安装土工布套筒的锚索结构图

其工作原理中锚固段灌浆与上述减少超灌浆量控制技术中锚固段灌浆方法一致，进行张拉段灌浆时，在孔外拉拔回浆管，致使回浆管的外部管从套接管中拔出，此时回浆管作用变更为张拉段的灌浆管，灌浆时浆液仅充填张拉段索体中缝隙及索体与外包土工布套筒之间间隙，直至浆液充填密实土工布膨胀后紧密贴紧孔壁。灌浆张拉段外包土工布套筒在未充填浆液前与孔壁的间隙一般控制在1～2 cm，套筒包裹必须严实及紧密，确保索体安装时能顺利进入孔道且准确安装到位。