水电站料场边坡支护中预应力锚杆的施工技术

黄 田

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

预应力锚杆在边坡加固、结构物抗浮加固、深基坑围护等领域得到了广泛的应用，不仅能达到加固效果，而且能显著提高工程效益。但由于预应力锚索的施工工艺涉及到许多细节问题，因此，为了使其充分发挥作用，必须加强施工工艺质量控制。

1 工程概况

杨房沟电站砂石项目水电站料场边坡坡率为1∶0.75，高度71.6 m，防护装置采用锚杆框架格构。边坡为九级边坡，每级坡高8.0 m，两级边坡间设置2.0 m 的平台，边坡较陡。地质勘察结果显示，边坡场区为一般第四系坡积层及燕山期基岩。为了确保在施工过程中边坡的稳定性，采用了混凝土护壁和预应力锚杆两种方法来对其进行加固，每一种方法都采用2 m×2 m 的排列来布置预应力锚杆，工程共使用117 根锚杆。

2 预应力锚杆施工工艺

2.1 施工方案

针对本项目提出的预应力锚杆采用末端锚固形式，结合具体施工条件，提出锚固施工方案：锚固段，喷入水泥泥卷锚固剂，张拉段喷入缓凝砂浆液，确保了内外段的无缝连接。预应力锚杆结构，如图1所示。

图1 预应力锚杆结构示意图

2.2 准备工作

2.2.1 材料准备

主要材料包括：根据《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB/T 20065—2006）的相关要求，采用Φ32 mm的PSB830 精轧螺纹钢筋；速凝锚固剂、缓凝锚固剂；强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥，辅以外加剂，用于改善浆液的性能，外加剂的用量根据配合比试验结果而定。

锚固附件由钢垫板、球形垫圈和螺丝组成，钢垫板的加工过程中，根据所购特殊螺丝的丝牙设计，车丝的长度为30 cm。为了减少插杆的阻力，杆的一端需要削尖，为了保证杆的错位保护，在杆的另一端设置对中支撑，从杆体两端开始，按2.5 m 的间距依次设置4 根Φ8 mm 的圆钢，均点焊至杆体，形成一处对中支撑。孔口钢垫板采用的是尺寸为25 cm×25 cm×2 cm 的普通铜板，梅花形布置，内径略大于锚杆的直径[1]。

2.2.2 设备准备

预应力锚杆的施工设备：DQY-1 地质指南针、徕卡TC1700 全站仪、IOOB 潜孔钻、螺纹滚丝机、空气压缩机、注浆机各1 台；MQ-30 锚固风枪1 把；TG-2000 扭力扳手2 把。

3 预应力锚杆施工

3.1 钻孔与锚杆安装

1）按设计图纸要求，在指定位置钻出预应力锚杆孔，孔位偏差≤10 mm，孔斜偏差≤2°，锚杆孔深要比设计长度增加40 cm，这样才能将不能被清理掉的岩屑和石渣保留下来。口径偏差≤口径的3%。在钻探时，若发现锚固区段处于强烈风化或断裂破裂的地带，及时与监理工程师就实际情况进行沟通，进行深钻，直至实际钻孔效果达到设计要求为止。

2）预应力锚杆孔的直径为110 mm，可使锚杆、注浆管及回浆管同步进入。

3）在钻进的同时，要对钻孔的斜度进行分段测量，并对钻孔后的斜度进行校正。

4）打孔结束后，应用高压风水设备交替冲洗打孔，使打孔的水变得清澈和干燥。当地层中有岩溶、断层、泥质充填时，为了避免地层失水，应使用高压空气对钻孔中的尘埃进行清除。

为防止井眼坍塌，应加大井眼检查力度，在井眼检查合格后，及时组织井眼的插眼和注水工作。

3.2 装水泥药卷

在给锚孔装药之前，施工人员应用一根长杆探知井深，并在其上作记号。以设计锚固段长度（2.6 m）和钻孔孔径（58 mm）为基础，通过体积法计算并与试验结果相结合，得到了速凝水泥药卷的用量为55 支。速凝混凝土药片的浸渍时间以60 s～70 s 为宜，缓凝混凝土药片的浸渍时间可适当延长10 s～15 s[2]。

速凝混凝土在达到使用要求后，首先用清水浸渍。在对药卷进行浸泡的过程中，可以使用送药卷的风枪，用高压风对锚孔进行清理，将孔洞中的灰尘和积水排出，确保孔洞的清洁。当药卷被浸泡好之后，马上用专用水泥药卷风枪将其送入到孔洞中的指定位置。在输送速凝混凝土时，输送管不能直接插入孔底，需选择在距离孔底50 cm 处（避免输送后撞到孔底反弹），输送到所需1/3 时，将输送管拔出1 m，然后再输送1/3；物料管道向外延伸约1 m 至锚定区的外侧，在此期间，完成剩余1/3 的速凝药卷筒。在输送速凝水泥药卷后，将输送管拔出1 m后马上输送缓凝剂（由于缓凝剂的初凝时间是45 min，为了确保锚杆的质量，需要在一定时间内完成）。在输送缓凝混凝土药卷时，同样采取在输送过程中边输送边退管的方法，直到输送完毕。在输送水泥药卷过程中，风枪风压对其性能有很大的影响。当风压太高时，进给的药卷将因压力太大而从孔道中吹出；如果风压太低，会导致管道堵塞。因此，在一定的风压下，只有保持一定的稳定性，才能确保锚杆的施工质量。通过多次的测试和比较，空气压力宜控制在0.35 MPa～0.4 MPa（输料管道的长度约为20 m）。

3.3 锚杆及其附件安装

缓凝水泥药卷输送完毕后，必须马上进行锚杆的安装（如果延迟时间太长，将增加安装的难度）。杆体的安装由手动完成，首先将杆体内的一端放入孔中，找到合适的夹角，手动缓慢将杆体推进到预定的位置。在推动过程中，应缓慢地旋转木棒，以保证木棒和胶粘剂的接触均匀。因水泥药卷为风送型，所以孔隙中气体较少，为了避免因气体排出而造成胶凝材料损失，必须在插入时对孔隙进行防护。当球杆被推进到指定的位置时，球杆就会停止推进。但在实际施工过程中，胶凝材料会有小部分溢出，且洞口部分的充填也有一定缺陷，因此，在洞口部分的缓凝水泥药卷充填和锚杆临时锚固都需要人工完成。在安装时，要注意防护好线头，以免弄脏或损坏[3]。

在安装完杆体之后，开始安装锚杆配件（托板，螺丝帽等）。在工程实践中，因受锚固段胶结物性质的制约，张拉时段内需要有足够的强度，否则可能会在张拉时发生破坏，导致其失效，不能正常张拉。因此，在该工程中，采用与锚固段同一种速凝水泥药卷（8604-K3），并进行了现场生产。为了防止桩基材料将桩基暴露段锚固得过紧，导致桩基张拉时不能发挥应有的作用，在桩基暴露段上涂上锂脂，套上橡皮管，将桩基暴露段与桩基材料隔绝开。在垫墩初凝之前，需及时对垫墩初凝过程中的托板进行调整和安装。支架需平放，并且要保证支架与支架的轴心相垂直，以保证支架在张拉时，支架应力方向正确。在支架安装完毕后，需安装螺丝以固定支架。

3.4 锚固段注浆

使用MQ-30 特制的锚固风枪，利用风的力量，通过插在孔底的Φ40 mmPVC 注料管道，将锚固风枪与主管道及注料管道相连，按照锚孔的深度和锚固段的长度，在注料管道上贴一块胶布以便控制其入孔的深度，采用风水联合法清洗钻孔，待钻孔清洗干净后将注料管从孔底向外拔出35 cm，用风枪将锚固剂注入孔内。注浆采用的是水灰比为0.35∶1的水泥浆，水泥结石体7 d 强度为C35，配合比根据室内试验结果而定，制定的配合比必须通过监理工程师审批。外加剂可用于改善浆液的性能，但不可含有腐蚀锚杆的成分。锚固段注浆采用压力注浆的方法，在进浆管、回浆管上安装压力表，进浆压力设定为0.5 MPa，开始注浆前需要将回浆管中的水、稀浆和气体清理干净，连续注浆，回浓浆时根据实际注浆情况逐步关闭排气阀，回浆压力稳定在0.2 MPa～0.4 MPa，吸浆率＜0.4 L/min，保持该状态30 min，使浆液饱满填充锚固段，即可结束注浆。

3.5 张拉段注浆

张拉段注浆在预应力锚杆安装就位后进行，按比例配制缓凝砂浆，本工程采用的是粒度为2.5 mm以下的中细砂，搅拌时间至少需3 min，以保证砂浆稠度适中，使注浆管缓慢地向外挤压，在距离孔口段1 m 左右时，需放慢速度，避免孔口段的注浆不充分，注浆结束后，及时用棉线封堵孔口。

3.6 垫板、垫圈和螺帽的安装

张拉段注浆后，应立即安装孔内钢片、球形垫片及螺丝，并将垫片的位置调整至与锚杆轴心垂直，如果岩石表面平整，即便使用球形垫片也很难将螺丝调整至与垫片平行的状态，可选择用手锤锤击将岩石部分凿平，或者在岩石表面涂上适量的速凝错固剂，使其平整[4]。

外锚头垫座可作为预应力的承载结构和传递结构，属于重要的预应力锚杆施工辅助装置，施工人员需规范制作外锚头垫座。在注浆后、张拉前设置外锚头垫座，采用混凝土浇筑成型或用钢板制成，要求垫座表面与拉杆轴线垂直，垫座有足够的强度。混凝土浇筑环节，需合理设计混凝土的配合比，拌制后随机抽样进行抗压强度试验；充分浇筑，有效振捣，以提高混凝土的密实度；浇筑后采取养护措施，避免开裂。若采用钢板制作外锚头垫座，应在压浆垫平后再设置垫座，防止垫座倾斜、失稳。锚固张拉锁定和封孔注浆均结束后，及时防护外锚头。若锚杆在后续需补充张拉，暂时用帽盖封闭锚头，避免锚头部位腐蚀。若锚杆无需补充张拉，将垫座周边混凝土凿毛，用细集料混凝土包封。

3.7 锚杆张拉与封闭锚头

1）内、外锚墩达设计龄期3 d 后，锚杆宜张拉。

2）在正式张拉前，先用设计轴向张力值的10%～20%大小的张力对锚杆进行1 次～2 次预拉，使杆体保持平直。

3）根据设计方案，预应力锚杆拉力设计值为300 kN，超张拉力为330 kN，张拉等级及位移观察时间见表1，达到张拉力的末级，并在10 min 内达到稳定状态即可锁紧。

表1 锚杆张拉分级和位移观测时间

4）如果锚索的预紧力超过了设计图纸规定的105%，但不超过97%，则应在48 h 之内完成补偿性张拉。

张拉顺利完成，达到设计张拉力后，自工作锚外端处预留40 mm 钢筋，将剩余的钢筋切断，并对锚头进行永久性的防锈。

4 施工质量控制

1）钻孔期间出现缩孔、塌孔等问题时，暂停钻进，采取固壁注浆措施，保障孔壁的稳定性。注浆采用的是水泥砂浆和水玻璃的混合液，注浆压力为0.4 MPa，注浆完成24 h 后，重新扫孔钻进。

2）遇渗水问题时，按如下方法进行处理：钻孔期间或钻孔完成后吹孔时，若孔内无粉尘但吹出小石粒或团粒，表明岩粉由于孔内渗水而粘附在孔壁上，存在渗水问题，若此时钻孔深度达到设计要求，向孔中注入清水并用高压风清理干净；若实际钻孔深度未满足孔深设计要求，暂停钻进，取出钻具，清理孔内各类不利于钻孔的杂物后，继续钻进；遇孔内严重渗水的情况时，由于水的流动较强而吹出泥浆和碎石，此时岩粉不再粘附至孔壁上，具备钻进的条件，但过量渗水会导致淹没钻机，需要拔出钻机进行压力注浆。

3）全面清理锚孔内的岩粉和石屑后才可向孔中放入锚杆体，其插入孔内的深度应达到设计规定的95%及以上。精准安装锚杆，布设到位后加强防护，禁止随意敲击。钻孔的各项参数均需达标，钻孔深度不宜比规定值大200 mm，钻头直径不应比钻孔直径小3.0 mm。

5 边坡监测结果分析

监测项目包含x，y，z三个坐标方向位移，测点布置在坡顶，坡顶测点各方向位移监测结果见图2。

图2 坡顶位移监测结果

根据图2 可知：x坐标方向位移量普遍不超过2 mm，基本不存在影响，可忽略；y坐标方向，虽然前期有1 mm～2mm 的位移增量，但随着监测时间的推移而逐步减小，趋于稳定；z坐标方向，沉降变形量约为5 mm，无明显的波动。总体上，坡顶各测点x，y，z三个坐标方向位移变形量均较小，监测结果显示坡顶基本维持稳定状态。

6 结语

综上所述，水电站料场边坡区极易存在较差的施工地质情况，很难保证其稳定，易发生滑塌。因此，需要根据路基边坡滑塌病害的特征制定科学可行的处治方案，妥善解决边坡滑塌问题，保障出行安全。本文以具体工程为实例，详细探讨了边坡支护中预应力锚杆的施工技术要点，施工人员应根据实际情况优化施工技术，依据规范做好装药、注浆、张拉等各项施工作业，以防止高边坡出现滑坡的情况，进而提高高边坡使用的安全性和稳定性，降低安全事故的出现概率。