桥巩水电站船闸闸室段左边坡预应力锚索设计与施工

摘要: 预应力锚索是治理滑坡的一种新型有效工程措施之一，桥巩船闸闸室段左边坡存在深层滑裂面，通过设置预应力锚索来达到边坡的稳定，从而节省了工程投资，加快了施工进度。

关键词: 边坡; 滑裂面; 预应力锚索; 张拉试验

中图分类号: U432 文献标识码: B 文章编号: 1008-0112(2011) 10-0044-02

1 概述

桥巩水电站是红水河规划的第9 个梯级电站，距来宾市区约40km，距来宾市迁江镇约1km。大坝最大坝高为63. 6m，坝顶长度为732. 0m。坝址控制流域面积为12. 9 万km2，水库正常蓄水位为84. 0m，死水位为82. 0m，水库总库容为9. 03 亿m3。电站共安装8 台单机容量为57MW 灯泡贯流式水轮发电机，总装机容量为456MW，保证出力为195MW，多年平均发电量为24. 0 亿kW·h。该电站是一座以发电为主，兼有航运、灌溉等综合效益的大型水电工程。

船闸布置于枢纽左岸，船闸主要由上游引航道、上闸首、闸室、下闸首、下游引航道等组成。

本文主要论述船闸闸室第3 ～ 6 段左侧边坡预应力锚索设计及施工。

2 预应力锚索的设计

预应力锚索加固岩体就是将锚索插入预先钻好的孔内，一端固定在滑动面或潜在滑动面以内的稳定岩体内，另一端固定在岩体表面，然后通过张拉对锚索施加预应力。预应力锚索可对岩体施加围压，改变岩体的应力状态，提高岩体的弹性模量和强度。预应力锚索加固边坡的实质是使预应力锁固于岩体中，从而增加岩体的抗滑力或减少滑动力，达到稳定岩体的目的。

2. 1 预应力锚索的选择

边坡防护一般有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等几种常用的防护方案。对高边坡(一般大于8. 0m 的边坡) 支护采用预应力锚索加固方案，具有较为明显的优势。

采用预应力锚索可以针对边坡岩体破碎情况、位置进行局部加固，也能对边坡的整体稳定性进行系统加固，容易满足工程要求。

采用预应力锚索治理边坡的优点是［2］: 其一，一般可紧随土石方施工，可边施工边加固边坡; 其二，预应力边坡锚索可有效利用岩体自身的承载力。在因地制宜合理的采用锚索结构的条件下，就可以采用相对较陡的边坡坡度，减少土石方开挖方量，加上预应力边坡锚索在结构上所占空间很小，可减小开挖宽度，从而可以较大幅度地减少开挖工程量。

边坡锚索施工可根据工程的施工进度，逐段、逐点施工，施工安全威胁较小。

2. 2 预应力锚索的设计

预应力锚索的孔位立视见图1。在处理船闸闸室3～ 6 段左边坡深层滑动面时，根据地质专业提供的资料，假设裂隙面以上岩体为刚体，沿裂隙面滑动，裂隙面与水平面成18°。船闸闸墙外侧最后还要进行石渣回填。按采用锚筋桩与锚索2 种方案计算。最后得出如果采用锚筋桩则需要100 根，每根由3 根Φ32HRB335级钢筋组成; 如果采用预应力锚索，则需要45 根，每跟锚索设计拉力为3 000kN。在进行了2 个方案的投资对比后，发现锚索投资比锚筋桩的要少。而且，根据工地实际情况，靠近闸墙的边坡处有施工门机，门机轨道占据整个闸室长。施工门机在船闸工程结束后才能拆除，而边坡稳定问题必须在施工期就解决。而且锚索施工工期要比锚筋桩的短。最后，决定采用预应力锚索对边坡稳定进行加固。闸室3 ～ 6 段合计长70m布置了2排共45 锚索，排距为2. 3m，间距为3. 1m，错开布置。每根锚索长为25m，由无粘结钢绞线、锚具、钢垫板、导向钢管及导向帽等组成。每根锚索是20 束单根锚索组成，每根锚索有7 根钢绞线。

图1 预应力锚索孔位立视示意(单位: 高程m; 长度mm)

锚索结构分为内锚固段、张拉端和外锚固段3 个部分。

内锚固段是提供锚索结构预应力的基础。锚固段应置于滑动面以下2 ～ 3m，内锚固段的锚固方式一般采用粘结式，目前常用的锚固方式主要有水泥砂浆锚固和水泥浆锚固2 种，也有采用树脂粘结等其它方式的锚索结构。本工程锚固段设计长8m，要求锚固段钢绞线剥除PE 套并清除油脂，采用灌注水泥浆锚固。

张拉端是对锚索张拉、锁定的部分，一般可与表面结构物联成整体。

3 预应力锚索的施工

3. 1 钻孔

钻孔根据设计图纸，先进行测量放点，确定所有锚索孔位，经过监理工程师确认后才能进行钻孔。在钻头钻进20 ～ 30 ㎝时进行一次角度校核。为确保钻孔倾角、方位角均能依照设计要求控制在5cm以内，要求在钻孔过程中进行分段测斜，及时纠偏，钻孔完毕后再进行一次全孔测斜，这样一步一步地控制钻孔精度，监理全程旁站，使其完全能够满足设计要求。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0. 2m 以上。

3. 2 锚索的制作和安装

安装前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处须加以剔除。钢绞线沿锚索体轴线方向每1. 0 ～ 1. 5m 设置1隔离架，隔离架与钢丝接触部位边角毛刺须认真修整平滑，经过隔离架的每根钢丝均需用铅丝与隔离架绑扎在一起，以防止穿索张拉时隔离架损伤钢丝。安装锚索体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工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(误差控制在50mm范围内) ，确保锚固长度。放锚索之前导向帽与钢丝之间用环氧砂浆填实。在锚索穿入的时候不得过多的来回抽动锚索，且送入孔道的力度应均匀，避免损坏锚索、金属结构，包括钢垫板、钢套管、垫座钢筋等，都事前在加工场地按设计要求加工处理完毕，并且焊接组装完成。在安装、浇筑外锚墩前，项目部先清理锚索孔附近的松动块体，将基岩处理干净。严格按照设计图纸进行锚墩钢结构和模板的架立，导向管插入岩体的深度必须满足设计要求，孔口和轴线与钻孔轴线重合，钢垫板与孔口管轴线垂直。

3. 3 锚索张拉试验

锚索张拉工艺流程: 准备工作→30kN 预紧→750kN→1 500kN→2 250kN→3 000kN→3 450kN→3 300kN 锁定。①准备工作—选定合格张拉人员，对千斤顶、张拉油泵、压力表等进行完好率、标定有效期检查，确保张拉施工符合设计要求。②预紧—正式张拉前，预紧张拉力为30kN，使在锚孔内每根钢绞线受力一致，确保应力分布一致; ③张拉—锚索张拉力逐级加荷，张拉过程中达到每一级的张拉力后按要求稳压才进行下一级的张拉，最后一级张拉力稳压后即可锁定。张拉时升荷速度每分钟不宜超过设计应力的1 /10; 卸荷速度每分钟不宜超过设计应力的1 /5; 当钢绞线伸长值大于理论计算值10% 或小于5% 时，暂停张拉，查明原因并采取相应措施调整后，才可以继续张拉。锚索张拉分5 级进行，每级张拉按规定稳压后，再进行下一级张拉;最后一级张拉，即超张拉后稳压5min 后锁定。具体步骤为: 0→30kN(稳压2min) →750kN(稳压5min 测量千斤顶伸长量) →1 500kN(稳压5min 测量千斤顶伸长量) →2 250kN(稳压5min 测量千斤顶伸长量) →3 000kN(稳压5min 测量千斤顶伸长量) →3 450kN→退荷至3 300kN(稳压5min 测量千斤顶伸长量) 锁定。

按照上述试验操作程序进行张拉，并做好记录。在某压力时，如果压力维持数分钟很难上去，而锚索一直在拉长，可中止试验，初步分析，锚索内锚段已经松动，锚索达不到设计要求。

3. 4 锚索质量验收

对船闸边坡45 根预应力锚索孔位、孔径、锚固角度、内锚固段长度、砂浆配合比及强度等进行了验收，其结果均符合设计要求。

随机抽取了5 根锚索进行张拉检测，其张拉力均为设计锚固力的100%以上，检测合格率达100%。

4 结语

桥巩船闸闸室段左侧边坡根据边坡岩石情况，设置了2 排共45 根预应力锚索，从而进一步提高了边坡的稳定性，保证了船闸闸墙整体的稳定性。预应力锚索的设计，达到了减少工程量、降低工程造价、加快施工进度的目的。船闸于2007 年底建成通航，运行3 年多来，目前船闸运行状况良好，边坡段闸墙没有出现过问题，证明了预应力锚索的设计是可行的。桥巩船闸闸室段边坡预应力锚索的设计及施工为以后同类工程的建设积累了经验，具有一定的参考价值。

参考文献:

［1］广西电力工业勘察设计研究院．红水河桥巩水电站安全蓄水报告［R］．南宁: 广西电力工业勘察设计研究院， 2008．

［2］肖逍．预应力锚索施工技术［J］．云南科技管理， 2006，(2) :65-68．

作者简介: 杨春光(1980-) ，男，硕士，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。