1、压力分散型锚索在官地水电站的应用摘要：官地水电站缆机平台边坡地质情况复杂，特别是 EL1490m以上覆盖层边坡和下游滑坡体区域，用于锚固边坡的预应力锚索成孔困难、灌浆量大，因此要求其必须具备独特的结构及施工工艺，以满足设计的边坡稳定要求。 关键词：压力分散型锚索施工技术 中图分类号： TU74 文献标识码： A 1 官地水电站左岸缆机平台地质状况 左岸缆机平台开挖涉及的地层主要为二叠系上统玄武岩组（P2） ，表层第四纪覆盖层分布较为广泛。 根据官地电站坝区勘探资料，岩体风化卸荷较强。总体而言，岸坡全强风化水平深度 1250m，弱风化 2090m。强卸荷深度一般 735m；弱卸荷深度一般 158
2、0m。坝肩地基全强风化、强卸荷、弱风化上段岩体完整性差，多张开、松弛，充填大量次生夹泥，宽 110cm。呈散体、碎裂或块裂结构，为类或类岩体。 第四系覆盖层主要为现代河床冲积物以及分布于两岸谷坡的崩坡积，坡残积、少量冲沟内的洪积物，两岸的阶地堆积物零星分布。河床覆盖层厚 1.035.8m。纵向上厚度较稳定，横向上以河床左侧最厚，向两岸逐渐减薄。岸坡覆盖层主要为崩坡积及残坡积块碎石土，分布比较广泛，一般厚 510m，局部厚可达到 5060m。 2 岩锚支护设计 官地水电站左岸缆机平台 1334m高程以上开挖支护边坡最大高度188m。其中，15221490 层全部为覆盖层边坡，夹杂崩坡积体孤石，设
3、计采用 1000KN压力分散型预应力锚索结合锁口锚筋束、系统锚筋束、钢筋砼框格梁和网喷砼复合支护型式；1490m 以下主要为岩石边坡，设计采用2200KN压力分散型预应力锚索结合系统锚杆、锚筋束、钢筋砼框格梁和网喷砼复合支护型式；下游侧开口线附近区域边坡以覆盖层为主，表层存在较多的孤石、危石等，多处于极限平衡状态，其自稳能力较差，设计采用 1000KN压力分散型预应力锚索结合锚筋束、钢花管排水孔、钢筋砼框格梁和网喷砼复合支护型式以保证开口线附近区域的稳定。各种规格锚索总计 617根。 3 压力分散型预应力锚索结构型式 根据工程锚固需要及设计要求，锚索型式选用自由式压力分散型单孔多锚头防腐型预应
4、力锚索。主要由导向帽、单锚头、锚板、注浆管、高强低松弛无粘结钢绞线等组成。具有克服锚固段应力集中、有效防腐、有效减小孔径、全孔一次注浆、可进行二次补偿张拉等特点。其结构是在不同长度的无粘结钢绞线末端套以承载板和挤压套，当锚索体浆体固结后，以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线时，设置在不同深度部位的数个承载体将压应力通过浆体传递给被加固体，这样对在锚固段范围的被加固体提供被分散的锚固力。锚索结构详见图 1-1。 图 1-1自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索结构示意图 3.1 锚索结构特点： 3.1.1 基本（防腐）单元： 单锚头。单锚头由无粘结钢绞线、挤压套及其密封套组件组成（图1-2） ，具有良好
5、的防腐性能。 图 1-2单锚头 3.1.2 单孔多锚头结构： 一根锚索由多组锚头构成，锚头组间距 0.6m，每组锚头包括锚板、单锚头，锚头数目及组合结构根据工程地质特性和锚索吨位大小进行选择。 3.1.3 整体性锚头结构： 各组锚头连接成为一个整体。 3.2 钢绞线 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索所用钢绞线为按照预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-2003 及无粘结预应力钢绞线JG161-2004标准生产的高强度低松弛无粘结钢绞线。钢绞线裸线用 7根 5 钢丝捻制，公称直径为 15.24mm，抗拉强度为 1860MPa。 本工程采用的压力分散型锚索锚固段长 10m，1000KN 型为四级压
6、力分散（四组锚头） ，2200KN 型为六级压力分散（六组锚头） ，自由段为自由式锚索体结构。与拉力型相比较而言： 1）受力均匀可以提供可靠的锚固效果，适于承载力低的边坡； 2）不存在无效锚固段； 3）边坡产生位移时有很好的适应变形能力； 4）同样的内锚固段长度能提供更大的锚固力。 4 压力分散型锚索施工技术 4.1 锚索施工程序 锚索型式为自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索，使用无粘结钢绞线，采用全孔一次注浆，施工工艺流程如下图： 4.2 锚索孔造孔 在岩石边坡结构比较完整时，直接采用锚固钻机常规钻进施工；覆盖层边坡或岩石破碎时，根据官地电站地质状况等特点，采用偏心跟管钻进工艺、组合螺旋钻具和
7、固壁灌浆后扫孔钻进的方法施工。 4.2.1 设备选型 根据官地水电站左岸缆机平台地质结构特点，钻机选择 YG-80型全液压锚固钻机。该型钻机主要由动力系统及油箱、动力头、操纵台、桅杆及下滑轨、机架及支撑杆等五大部分组成，整体性能稳定、可靠，分体好搬运，安装迅速方便，可远距离操纵。钻机技术参数见表 3。 设备性能参数表 3 名称 性能简述 备注 锚固工程钻机 YG-80 钻孔直径(mm)：220 钻孔深度(m)：100 钻孔倾角()：0120 转速(r/min)：5180 扭矩(N.m)：3500 额定提升力(KN)：45 额定给进力(KN)：30 给进行程(mm)：1800 电机功率(KW)：
8、30 空压机选用美国寿力 750型中风压空压机，风压 1.2MPa，风量21.2m3/min。 钻杆采用 89 高强度钻杆； CIR150，DHD350Q 风动冲击器（配150 钎头） ；178 偏心跟管钻具；178 套管；另外，选择粗径长钻具，螺旋钻具，扶正器，防卡器，反振器，喷射灌浆钻具；开孔钻具采用CIR150冲击器配 190 钎头开孔。 拔管机：50T 液压拔管机，振动拔管机。 4.2.2 偏心跟管钻进工艺 偏心跟管钻具由风动潜孔锤、偏心钻头、套管和套管靴组成。钻进时偏心锤头在套管靴前偏出，通过与花键导向体内置嵌卡机构带动回转切削岩石，同时锤头体利用冲击器的冲击能力，冲击破碎岩石，钻出
9、比套管靴外径大的钻孔，潜孔锤同时锤击套管靴，使连接套管随钻孔加深同步进行，达到保护已钻出的钻孔孔壁的目的，当跟管到所需深度后或钻孔施工完毕后，偏心钻具收缩从套管内孔中提出孔外。 偏心跟管钻进工艺如下示意图，施工过程中应注意关键的一些操作过程： 图 3偏心跟管钻进示意图 开孔采用 CIR150冲击器配 190 常规钎头先造孔 1m左右，为跟管钻进提供定位和导向作用。开钻前，将连接好的潜孔锤及钻头放入带有套管靴的套管内，让偏心钻头伸出套管靴，将组装好的钻具就位于预先凿好的导向浅孔内。开动钻机，正转速度达到一定时，偏心钻头张开，方可进行钻进。 跟管钻进过程中，随着钻孔的延伸，边加钻杆边加接套管。每钻
10、进 0.30.5m 强风吹孔排粉一次，保证孔底清洁，遵循“短进尺、强排渣”的基本原则；每钻进 23m，提钻检查钎头与冲击器的联接状况、偏心钻头联接机构及锁紧机构状况，更换销子等；在跟管过程中，如遇到大孤石难以穿过时，采用小口径潜孔锤超前钻孔穿过大孤石，为后续跟管钻具钻进提供阶梯临空面，再下入跟管钻具继续跟套管。 跟管钻进至预定深度后，即可将跟管钻头、冲击器、钻杆提升出孔外，换用 150 钎头继续钻进直至设计深度。 4.2.3 组合螺旋钻钻孔 组合螺旋钻是在普通钻杆的外表面增加螺距为 10cm、高 2cm、厚 6mm的钢板制成特殊的钻杆，其余与普通冲击钻相同，比普通钻杆有更好的对中性，孔斜更容易
11、控制。采用普通冲击钻钻进在遇大的裂隙破碎带，因跑气漏风及无法解决排渣而使成孔非常困难，通过对钻杆的改进，使其在旋转时利用螺旋片的旋转功能对石渣进行挤排，使其排出孔外。改变普通冲击钻需用高压风从孔底向孔口吹渣的排渣方式。 图 4钻进示意图 4.2.4 围岩固壁灌浆 左岸缆机平台风化卸荷严重、节理裂隙发育的岩质边坡，在造孔过程中经常出现蹋孔、漏风、卡钻及无法排渣现象，严重影响质量和施工进度。为了加快钻孔进度，提高成孔率，遂采取固壁灌浆后再扫孔的办法，灌浆压力取 0.3Mpa0.5MPa，浆液水灰比为 0.5：10.4：1。为了减少固壁灌浆量，控制工程投资，岩锚要求实行间歇、待凝措施控制灌浆。 为有
12、效保证超前固结灌浆护壁效果以及减少灌浆量，本工程采取自制的对心旋喷钻具进行固壁灌浆，待凝等强后扫孔继续钻进。 对心喷射灌浆钻具可向四周进行喷射灌浆；自带钻头，可钻入塌渣内进行灌浆。因此，可有效地利用水泥浆液进行灌浆护壁，起到提高施工工效、降低水泥总耗量的作用。 采用对心旋转、高压喷射灌浆方法。采用高压灌浆泵或风泵、喷灌钻具等设备机具，射浆管采用 50 钻杆。 喷灌钻具设对中装置，防止喷射孔堵塞，影响喷灌效果。 在喷灌过程中，低速旋转、前后活动喷灌钻具，确保灌浆效果 4.3 预应力锚索体制作与安装 4.3.1 钢绞线规格及束数 钢绞线母材使用经检验符合预应力混凝土用钢绞线GB/T5224-200
13、3和 ASTMA416-90a的 15.24mm 的 1860MPa高强度低松弛无粘结钢绞线，主要指标见表 5。 钢绞线规格表 表 5 设计承载力（KN） 钢绞线 使用标准 级别 直径（mm） 根数 1000 GB/T5224-2003；ASTMA416-90a 270 15.24 7 2200 16 钢绞线应有出厂合格证书，钢绞线运到现场后，按要求对钢绞线进行抽样送检，检验合格后方可使用。 4.3.2 预应力锚索体制作 下料及内锚头组制作 根据锚索的设计尺寸及张拉工艺操作需要，使用砂轮切割机下料，同组锚头钢绞线等长，相邻组锚头钢绞线不等长。下料长度为： Ln=钻孔深度 Lk-距第 1组锚头距
14、离 L+锚墩厚度 Ld+锚具及测力计厚度 Lj+张拉长度 L1 将钢绞线清洗干净，顺直排列在加工平台上。 在 XJ-600型挤压机上用不低于 36MPa的压力将每根钢绞线与锚头嵌固端牢固联结，底部嵌固端钢绞线端头采取密封防腐措施。 按照锚索结构要求装配单锚头、锚板、托板等进行锚头部分的制作。 编索 锚索根据设计结构进行编制，采用隔离架集束，隔离架按设计要求设置。 锚索进出浆管按要求编入索体。靠近孔底的进浆管出口至锚索端部距离不大于 200mm。 编索中，钢绞线要排列平顺、不扭结，两隔离架中间用黑铁丝绑扎牢固，绑扎间距 2.0m左右。 导向帽按要求制作，与锚索体牢固可靠连接。 锚索编制完成并经检
15、验合格后，进行编号挂牌。合格锚索整齐、平顺地存放在距地面 20cm以上的间距 1.0m1.5m 的支架或垫木上，不叠压存放，并进行临时防护。 钢绞线编号 对自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索体每根钢绞线予以编号、记录并标记，以便分组张拉检查。示例：M1/1-1（其中， “M1”表示锚索孔编号；“1-1”表示第 1组锚头中的第 1根钢绞线，锚头组编号自孔底开始向孔外顺序编号） 。 4.3.3 锚索运输与安装 锚索运输过程中，采取措施防止损伤锚索及防护层 PE套。 锚索入孔前，无明显弯曲、扭转现象；损伤的防护层已修复合格；进出浆管位置及通畅性检查合格。 锚索安装采取人工缓慢均匀推进。 锚索安装完毕后
16、，对外露钢绞线进行临时防护。 4.4 锚索注浆 4.4.1 浆液及材料 锚固浆液为水泥净浆，浆液水灰比一般为 0.35:1，通过试验确定，水泥结石体强度要求：R7d35MPa；水泥采用新鲜普通硅酸盐水泥，强度等级不得低于 P.O42.5R；水选用符合拌制水工混凝土用水；外加剂按设计要求，在水泥浆液中掺加的速凝剂和其它外加剂不得含有对锚索产生腐蚀作用的成分。 4.4.2 制浆 使用 ZJ-400高速搅拌机，按配合比先将计量好的水加入搅拌机中，再将袋装水泥按量倒入搅拌机中，搅拌均匀，搅拌时间不少于 3min。制浆时，按规定配比称量材料，控制称量误差小于 5%。水泥采用袋装标准称量法，水采用体积换算
17、重量称量法。本工程根据地形布置两级泵站，将制备好的浆液通过一级泵站送到二级泵站，再通过二级泵站送至灌浆工作面。 4.4.3 浆液灌注 采用孔口阻塞、全孔一次有压注浆法进行锚索注浆，灌浆压力控制在 0.30.5Mpa。 注浆设备采用 TTB180/10泵。灌注前先压入压缩空气，检查管道畅通情况，在设备一切完好情况下进行注浆。注浆时浆液从注浆管向孔内灌入，气从排气管直接排出。在注浆过程中，观察出浆管的排水、排浆情况，当排浆比重与进浆比重相同时，方可进行屏浆。当回浆压力达到0.60.8MPa，再屏浆 30min即可结束。 3.4.4 控制注浆超灌量的措施 采用无粘结锚固灌浆 由于岩石破碎或在覆盖层边坡施工时，各孔串风严重，堵漏固壁各
