预应力锚索在构皮滩水电站边坡加固中的应用

【摘要】水利水电工程建设中，岩体的开挖会使边坡产生变形或破坏。因此边坡稳定性在水利水电工程中尤为重要。在大型水利水电施工过程中，必须对边坡采取加固处理。预应力锚索加固技术由于可靠度高、经验丰富、施工效率高等优点，在水利水电建设中得到广泛的应用。本文对预应力锚索加固技术的工作原理以及施工方法进行介绍，并结合实际工程对锚索加固施工技术总结，提出自己的一些建议，为以后水利工程建設提供参考。

【关键词】水利水电工程；预应力锚索；边坡加固

随着我国对清洁能源的持续开发利用，大型水利水电工程进入大规模建设时期。水利水电工程中边坡稳定性对于水工结构的安全性具有重要意义。预应力锚索加固技术在国内外边坡支护加固工程中得到广泛的应用。杨建红对小峡水电站中预应力锚索技术对边坡加固的力学效应进行有限元分析，研究结果表明预应力锚索能增加坡体整体稳定性。袁小飞、李晶等人对预应力锚索施工技术进行研究，结果表明施工技术的可靠性对于工程质量具有重要影响。本文结合贵州构皮滩水电站坡体加固工程，介绍了预应力锚索加固技术的基本原理以及施工方法，并结合工程经验对边坡支护加固施工技术提出建议，为以后相关水利工程中边坡加固支护提供借鉴。

1、预应力锚索

在水利水电工程建设中，由于地质成因，工程通常会遇到软弱基岩处理的难题。软弱基岩由于结构特性不稳定，对于边坡的安全稳定性存在隐患，因此必须对此类边坡进行加固支护，增强整体稳定性。现有加固方法主要分为锚杆、预应力锚索、锚杆、喷射混凝土和各种喷射混凝土的组合、钢支撑、锁口圈梁、小导管等。预应力锚索加固技术由于经济效益好、安全可靠度高、施工简单等优点在水利工程边坡加固支护中得到广泛的应用。

1.1 预应力锚固原理

预应力锚索加固技术是通过对钢绞线钢丝等施加预拉力，使得锚索结构处于较强的受拉状态，将锚索嵌入被加固岩体时拉应力主动施加于软岩上，从而提高了岩体的力学性能，使得岩体稳定性得到提高。预应力锚索加固原理如图1所示。

预应力锚索加固技术将岩土紧紧绑定起来，通过锚索与岩体间力的传递，极大的利用了岩体自身的承载性能，提高原来边坡的整体稳定性。预应力锚索主要由锚固段，张拉段和外部锚端构成，加固效果主要与锚索的长度、锚索材料、预应力大小以及岩体介质的性能有关。施工前，先对锚固岩体的力学性能进行试验，通过试验数据确定锚索加固设计中的一些技术指标。

预应力锚索一般有普通拉伸型和双重保护拉伸型。普通拉伸型中又分为无粘结型和有粘结性。无粘结预应力锚索通过特殊防腐涂层，将钢材与浆体分离，锚固段通过浆液与岩体连接起来。粘结型预应力锚索的钢绞线与浆体结合在一起形成整体。双重保护型预应力锚索是在锚索和孔壁上都施加保护层。

1.2 预应力锚固施工

水工结构中预应力锚索施工主要有以下几个工段组成：钻孔施工、孔位声波测试、锚固灌浆、锚索设计安装、锚定端头、锚固监测、封锚等。钻孔施工中通过测量仪器检测孔位的位置，保证孔位间距符合相关规范规定。并在施工中详细记录施工过程。对于孔位的测试检测一般通过声波测试来进行。锚固监测主要通过监测仪器对注浆前后锚索的张拉力进行监测使其符合设计要求。锚固灌浆一般分两个阶段，锚固段和自由段灌浆。当锚索锚固后应立即对锚固端进行灌浆，并控制灌浆浆体的水灰比以及灌浆压力。灌浆从底部向孔口灌注，通过检测浆液的稠度和浓度控制灌浆进度，当孔口处的出浆浓度进浆浓度相同时停止灌浆。

2、工程概况

构皮滩水电站处于贵州省余庆县境内，是乌江干流开发的重要工程。水电站建设区域主要为软岩地质。地质构造存在层间错动、宏观裂缝以及软弱岩石，岩体整体稳定性差。由于软岩地质强度等级低，受开挖的影响坡体易产生滑坡等灾害。因此在水电站施工中，应该对开挖的坡体进行快速加固支护。构皮滩水电站坡体以及洞段开挖中支护只要有初期支护和二期支护。以下将对构皮滩水电站支护工程中的预应力锚索加固施工技术进行介绍。

3、锚索加固施工技术

施工前根据水工结构预应力锚固施工规范进行现场试验，获得材料相关性能，提供超张拉或补偿张拉依据，试验结果经相关技术人员校验后开始用正式施工。

3.1 工艺流程

对施工流程如下安排，见图2。

3.2 施工方法

3.2.1 主要材料

水泥标号选用不低于P.O42.5级的水泥，主要用于孔道灌浆、钢筋混凝土锚墩。钻机选用MD-50型钻机。灌浆设备采用2SNS型砂浆泵。安装灌浆记录仪。张拉机分别选取YDC240Q、YCW250B、YCW350型千斤顶及其配套机具对锚索张拉。

3.2.2 施工

对原材料及设备进行抽样检查，确保施工材料达到设计要求。根据设计测量出钻空位置。

（1）钻孔

首先进行钻机定位，钻机定位准确与否对于成孔质量具有重要影响。开钻前由技术人员确认钻机定位的相关参数，核对无误后方可进行钻孔。准确记录各钻孔的长度、返碴情况等数据，并对锚固段始末两处的岩体进行精细处理。在锚孔形成过程中应调整钻机的支点以减小误差。新成锚孔进行灌浆结束后， 1～2天后开始进行声波扫孔检测。经检测验收后，将孔口进行封堵防止杂物进入。

（2）锚索制作与安装

① 断料：对钢绞线进行抽样检测，合格后方可进行断料。

② 锚索制作：按顺序将钢绞线编帘，对进浆方向进行标记。

③ 锚索安装：对锚索验收合格后将锚索逐渐放入成形的孔内。

（3）锚墩浇筑

锚墩采用混凝土浇筑，并根据工程要求设计配筋。

（4）锚索灌浆

① 粘结式锚索灌浆：全孔段采用一次灌浆，灌浆压力0.3～0.4MPa。

② 无粘结式锚索灌浆：先进行锚固段灌浆；锚索张拉完成，检测符合要求后进行再次灌浆。

（5）锚索张拉

当锚索固定端达到设计要求时，对锚索进行张拉。张拉过程分为预张来和张拉。张拉过程连续、匀速进行。张拉进行中，对锚索的力学性能进行监测。锚索的预拉力达到设计值时，进行10～20min的持续稳定张拉，通过锚片和锚具进行锁定。

（6）封孔回填灌浆

对锚索进行补偿张拉，补偿张拉结束20天后对锚索进行检测，达到设计要求时方可进行回填灌浆封孔。在浆液凝固前采取補浆措施，其压力不小于0.4Mpa。

（7）锚头保护

灌浆结束后对锚索进行裁剪，锚具外钢绞预留长度满足规范规定，并采取相关措施对外部固定端防护处理。

4、结语

水利水电工程中，坡体的稳定性对工作整体安全性具有重要意义。施工中采用预应力锚索支护技术，可以对不稳定岩体进行加固，保证坡体的稳定性。随着预应力锚索加固技术的应用推广以及科研学者们的深入研究，新施工工艺逐渐在水利工程中得到很好的应用。预应力锚索工程是隐蔽性工程，在施工前后都应该有科学的施工管理方案，以保证工程质量。对于锚索加固技术，引入BIM技术管理方法对于施工进度以及施工精度有很大的提升。工程技术人员应该结合实际工程经验，总结施工管理方法，并采用新科学的技术手段对以后施工管理进行指导，以取得最优化的管理方案。

参考文献：

[1] 杨建红. 预应力锚索在小峡水电站闸墩中的应用研究[D]. 西安理工大学， 2003.

[2] 袁小飞. 锦屏一级水电站泄洪洞出口覆盖层边坡开挖稳定性与处治技术[D]. 西南交通大学， 2011.

[3] 李晶. 雅砻江锦屏一级水电站左岸坝肩边坡支护效应研究[D]. 成都理工大学， 2011.

[4] 詹兴强. 雅砻江牙根二级水电站右坝肩边坡支护措施研究[D]. 成都理工大学， 2014.

[5] 王源， 陶泽源. 锚索支护在边坡治理中的应用[J]. 价值工程， 2014（13）：99-101.

[6] 李德水. 预应力锚索在水利水电工程中的应用分析[J]. 人民珠江， 2005（05）：56-58.

作者简介：张邓刚，（1983-）男、水利水电施工与管理工程师，曾供职与中国水利水电第八工程局，长期从事施工管理工作，对项目有较为深刻的了解。