不良自然边坡锚索施工技术

刘海勃  张子艳

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司  西安：710065）

摘    要：乌东德水电站左右岸实际施工过程中地质情况复杂，溶蚀区影响严重，传统的锚索施工技术己不能满足正常施工要求。为提高工程施工质量，保证工程施工工期，节约施工成本，针对现场实际情况，首先通过探索性试验，对锚索施工的造孔工艺、注水检测方法、锚索编制及施工工艺进行改进，试验结果非常理想，随后在左右岸不良地质段进行大面积应用，取得了良好的施工效果。改进后工艺减少了施工工序，进一步控制了施工质量，保证了正常施工工期，为后续的工程应用奠定了坚实的基础。

  关键词：溶蚀区；施工质量；造孔工艺；检测方法

1 工程概况 

乌东德水电站为金沙江下游河段梯级电站中最上游电站，总装机容量10200MW，年均发电量389.1亿kW.h，为世界在建第四大水电站工程。电站设计坝型为混凝土双曲拱坝，为世界最薄混凝土双曲拱坝，坝顶高程988m，最大坝高265m。

乌东德电站左右岸边坡陡峻，水文条件和工程地质条件极为复杂，边坡溶蚀严重。左岸EL.1030m以上以溶蚀影响区为主，分为k21、k22、k23溶蚀影响区和老鹰嘴溶蚀影响区。由于预应力锚索具有对边坡扰动小，施工速度快，成功率高等特点，因此乌东德电站边坡采用预应力锚索作为其主要支护方式。

根据边坡的条件，左岸EL.1030m以上溶蚀影响区主要有1000kN级、1500kN级和2000kN级四中锚索，各锚索的主要参数见表1。各类锚索设计数量共计636束，共已完成308束，剩下的已下索55束，其中成孔后压水检查不合格而无法下索的90束，经反复固壁灌浆仍无法成孔的37束，未开孔的255束。

表1  各分区锚索参数

2 地质条件

水电站左岸进水口自然边坡高程EL.1030～EL.1143m围岩主要分布在三个地层中，分别为落雪组第一段第二亚段浅灰色、灰色厚～中厚层白云岩、灰质白云岩；落雪组第一段第三亚段灰色中厚层夹厚层灰岩、局部夹灰白色大理岩；落雪组第二段第一亚段灰白色互层～中厚层夹薄层和厚层大理岩化白云岩夹少量灰岩。

由于前期该部位锚索施工困难，成孔后全孔预灌浆量较大甚至出现浆液难以注满的情况。因此对该部分边坡锚索孔(共计57个)进行电视试验，电视资料显示：

（1）锚索孔中岩体溶蚀现象47.8%发育在锚索孔的0～20m段内，90%发育在0～40m段内；

（2）其中6个高程的锚索孔中探查到9个溶洞孔段，最大可见溶洞孔段长4.5m，发育在 EL.1123m、ZDC-JS-MS-05锚索孔的37.4～41.9m 段，该孔的电视结果如图1；其中10个高程的锚索孔中探查到33个溶缝孔段，各高程共探查到124处明显的岩体或裂隙溶蚀孔段，这些溶蚀孔段主要集中发育在落雪组第一段第三亚段；

（3）有23个锚索孔取得了内锚段电视资料，其中17个孔的内锚段岩体完整性较好，孔内有积水；其余6个孔的内锚段发现轻微岩体或裂隙溶蚀现象。

0～1.2m岩体溶蚀破碎，1.2～2.1m为溶缝孔段

6.9～8.0m,岩体溶蚀掉块

13.5～14.7m,方解石充填裂隙,岩体局部溶蚀掉块

32.5～33.2m,沿裂隙溶蚀掉块

36.3～37.7m,为溶洞孔段

图1 EL.1123m、ZDC-JS-MS-05锚索孔电视图

3施工方法   

3．1传统锚索施工方法                                                  

综合上述地质条件，部分锚索成孔困难，造孔过程中遇溶蚀、溶腔或泥土软弱夹层而造成明显卡钻漏风现象，且经统计EL.1030m以上90束锚索已成孔但注水检查不合格，成孔后全孔预灌浆量较大。

传统的不良地质锚索施工常采用孔内回填、固壁灌浆等措施进行处理。固结灌浆采用纯压法用浓浆单孔单灌，纯水泥浆水灰比0.4:1，固结灌浆结束2d后进行扫孔作业，完后再继续造孔或压水检查。围岩灌浆过程中如灌入量较大且不起压，间歇12h后再复灌。灌浆结束48h后再进行锚孔扫孔作业。

传统的不良地质锚索施工顺序为：测量定位造孔探孔注水固结灌浆48h后扫孔注水（如注水不合格，重复5-7工序直至合格）锚索编制锚索编制下索锚索灌浆一期封锚锚索预紧锚索分级张拉二期封锚。

由以上施工工序可以看出：传统施工技术重复率高，有的孔甚至重复扫孔，灌浆多次后才能压水合格，导致施工工期较长，人、材、机投入量大，施工成本高。

3.2改进后方法

为确保工程质量，节约工程成本，提高施工效率。经过探索性试验，对不良地质段的预应力锚索的重要施工工艺做如下改进：

3.2.1造孔方案优化

前期在锚索造孔过程中发现造孔最大终孔孔轴偏差1.8m，严重不符合设计终孔孔轴偏差不大于孔深的1%合格要求，甚至在造孔过程中出现打断已有锚索的情况，严重影响锚索的施工进度和质量。 

鉴于多种原因，对已有的造孔工艺进行以下优化：

（1）按方案要求进行钻机加固，检查验收合格后方可开钻。

（2）增加钻孔校核次数。钻孔前对角度进行一次校核，钻孔达到0.5米时进行一次校核，往后每钻进2m对钻机定位、钻杆、开孔轴线进行一次校核。

（3）采取合适导正方法，即在冲击器后加第一个扶正器，在4.5m位置加第二个扶正器，在7.5m位置加第三个扶正器，钻进过程中每5m安装一个扶正器。

（4）根据设计文件《乌东德电站预应力锚索和张拉锚杆技术施工技术要求》和施工经验，编制了《右岸地下洞室内预应力锚索施工工艺性试验大纲》，结合试验成果，施工单位分部位编制了锚索施工专项措施，制定了可行性操作规程。

(5)锚索排架必须编制专项施工方案，严格执行排架验收程序。 

3.2.2 内锚段注水检测

锚索孔全孔压水不合格，如直接进行固结灌浆，有可能导致灌浆量过大，前期的工程中出现过连续5束锚索孔灌浆量共达258t的情况。

针对锚索孔全孔注水不合格的情况，应再次进行内锚段注水检测，如内锚段注水检测符合要求，说明内锚段范围内密度约为水两倍的水泥浆液亦可注满，即使张拉段难以注满，也不影响锚索的正常张拉，不影响预应力锚索的施工质量。

内锚段注水检测的具体施工工艺如下：

（1）将两根10cm左右的PVA管用绝缘胶带绑在探孔锚索距探进端头10m位置（内锚段长8m），并将一根导线的两极分别绑在两根PVA管上，将导线头铜丝外露，导线的另一头与万用表连接，如图2所示。

（2）将一根与探孔锚索等长的PVA管与探孔锚索绑扎好后一并探入孔底，PVA管与水管连接。

（3）用流量计对现场的通水流量进行测定，按式（1）进行内锚端注水时间控制。

图2 内锚段注水

注水时间计算公式为：

                t= V/(Q₁-Q₂)              （1）

式中：V─试验段孔容(L)

      Q₁─压水流量(L/min)

Q₂─最大失水量（L/ min）（规范限值为10 L/ min）

       t─注水时间(min)

由式（1）计算出最大注水时间，在规定时间内万用表有数据显示，导线形成通路，则认为内锚端注水合格。由于浆液密度约为水的两倍，则内锚端注浆也必然合格。

（4）如内锚段注水检测不合格，则只需在内锚段范围内进行固结灌浆处理，48h后进行扫孔，再进行内锚端注水检测，避免了全孔灌浆导致的浆液超灌。

3.2.3布袋法施工

对内锚段检测合格的锚索孔，采用“布袋法、分段注浆”工艺进行锚索施工，该工艺要求锚索“内锚固段”必须深入完整岩体内，在保证锚索内锚固段注浆质量的前提下，浆液注入后在布袋中难以渗出，减小张拉段因地质原因造成的浆液超灌量过大问题。

布袋法的具体施工工艺及技术要求如下：

（1）将锚索自由段用土工布外包帆布保护，如图3；

（2）锚固段与自由段用止浆包隔开，为防止锚固段蚀浆后钢绞线受腐蚀，在锚固段与止浆包之间设置2m长的过渡段，钢绞线不剥皮去油；

（3）止浆包长度60cm，采用密度为400g/m²的长丝土工布外套细帆布缝制而成，包裹的直径为锚索孔径的1.15倍（190mm），1000kN锚索止浆包大样见图3。止浆包的设计方法如下：现将待设止浆包的两头每一根钢绞线和灌浆管上紧密包裹10cm的土工布，用铅丝绑扎牢固，防止在穿索过程中滑动；再在止浆包内灌浆管上开几个楔形切口，以填充止浆包；后对钢绞线编制成索；最后将止浆包段外部包裹土工布和细帆布，用铅丝在止浆包两端绑扎牢固，锚索编制见图4；

（a）锚固段剖面

（b）自由段剖面

图3 1000kN锚索止浆包大样

图4 锚索编制

（4）对锚固段及自由段的隔离支架结构进行调整，以适应布置2套灌浆系统的要求；

（5）锚索安装完成后尽快进行锚固段灌浆，灌浆部位包括锚固段及止浆包。灌浆采用循环灌浆方式，灌浆压力0.3MPa，当回浆浓度与进浆浓度相同时，吸浆率小于1.0L/min时，维持进浆压力0.3 MPa，屏浆20min后结束灌浆；

（6）锚固段灌浆待凝4h后方可进行自由段灌浆，灌浆采用追赶填压方式，开始灌浆时，敞开孔口，以排出土工布内及土工布与孔壁间的气体、水和稀浆。当孔口回浆浓度与进浆浓度相同时，用棉纱填塞钢绞线与钢绞线及钢绞线与孔壁间隙，临时封堵孔口，当吸浆率小于1.0L/min时，维持进浆管压力0.1～0.3MPa，屏浆20min后结束灌浆；

（7）锚索张拉后，封锚灌浆采用有压循环法，开始灌浆时，敞开封锚灌浆管回浆管，以排出气体、水和稀浆，回浓浆时逐步关闭回浆阀，使回浆压力达到0.3MPa，吸浆率小于0.4L/min后，再屏浆10min即可结束。封锚灌浆时应对锚板孔及夹片缝采取临时封堵措施。

施工顺序可简述为：测量定位造孔探孔注水（全孔注水不合格但内锚段检测合格）锚索编制（含止浆包安装）与安装锚索编制下索锚索锚固段灌浆（待凝4h）锚索自由段灌浆一期封锚锚索预紧锚索分级张拉封锚灌浆二期封锚。

其中锚固段灌浆流程如图4

图5 锚固段灌浆过程示意图