压力分散型锚索应用

压力分散型锚索在不良地质边坡中的应用摘要本文通过1000KN无粘结压力分散型锚索，在昭通市关河牛栏沟水电站左岸崩塌堆积体高边坡加固工程中的成功应用，介绍其设计概况、施工工艺，以及边坡变形及锚索应力监测方面的应用，并对施工过程及工艺进行了总结分析，为类似工程提供参考经验。

关键词：崩塌堆积体边坡加固压力分散型锚索施工工艺安全监测压力分散型锚索的特征是：内锚固段的数个承载板从不同位置调动锚索锚固区的承载能力，逐级衰减至自由段，锚固力可调性范围大。

对承载力比较差的软弱破碎岩体和难以锚穿的较大堆积体，使用压力分散型锚索进行坡面支护具有良好的加固效果。

1、工程概况1.1 工程规模及地点牛栏沟水电站是横江岔河至盐津县城河段梯级规划中的第六级，闸坝式开发，位于云南省昭通市盐津县关河上，以发电为主的小（1）型水电枢纽工程。

电站正常蓄水位488.0m，死水位486.5m，正常蓄水位以下库容161万m3，调节库容29万m3，最大坝高为28m，水库基本无调节能力，额定水头12.3m，引用流量230m3/s,电站装机容量为2×12.4MW，保证出力5.3MW，年利用小时4597h，多年平均发电量1.14亿kW.h。

电站以发电为主要目标，无综合利用要求。

左坝肩紧邻G040国道外边，右坝肩距离G85水麻高速公路不到30米，施工区两岸公路高程均在522.00高程左右。

1.2 边坡地质情况牛兰构枢纽建筑物布置地段的左岸山坡在040国道以上分布有三级平台，台面保留完整，地貌形态与其上、下游地形地貌形态相一致。

右岸基岩出露，岸坡稳定；左岸开挖揭露后为崩、坡积而成的碎石、砾石及块石、粉质粘土、砂土夹孤石、大块石堆积体，坡面出露的地下水点多量大，边坡稳定性极差，按设计坡比开挖后即发生局部滑塌、矢稳现象。

经加密钻探补堪查明左岸山坡的堆积物主要可分为两层：1）490m高程以上山坡堆积体（人工堆积土散布在表层坡体上）主要为崩、坡积成因的碎石、砾石及块石、粉质粘土、砂土夹孤石、大块石，一般厚12m～44m，堆积土中孤石、块石、碎砾石母岩主要以灰岩为主，少量为粉砂岩、泥灰岩；2）、490m高程至464m高程边坡主要分布泥质粉砂岩岩块（③层）、碎石质土层（④层），厚约20～37m，该层成份单一，全部为泥质粉砂岩，未发现含有灰岩碎、块石，碎石质土层呈透镜状，分布不连续，堆积体结构紧密，透水性弱；古河床冲洪积漂石、卵砾石层厚约1.8~5.7m。

经钻孔揭露，第③层泥质粉砂岩岩块层直接堆积于古河床冲积层上（ZK1-2在冲积层上为粘土），冲洪积层与下伏基岩相接触。

从钻孔与开挖边坡观察，边坡堆积体内可见多次堆积迹象，不同成分的堆积物可见较明显的界线。

在钻孔ZK3-1后缘开挖面及导流渠进、出口段开挖后边坡等多处发现泥质粉砂岩岩块层（③层）堆积凌乱，未呈层状分布。

根据地勘资料查明，左岸边坡的开挖及支护是否稳定、安全，将直接关系到040国道的安全。

1.3锚索设计情况牛兰构电站于2009年8月25日开工，由于左岸边坡地质情况复杂，地下水丰富，对边坡开挖稳定及040国道安全存在较大影响。

为确定边坡开挖支护方案，我局于2009年9月8日、9月24日组织工程局咨询专家和澜沧江水电公司地质咨询专家到工地进行咨询。

鉴于坝轴线部位岩石较差，出水大，开挖边坡高的情况，为保证开口线503m高程以上边坡稳定及040国道安全，此部位先进行锚固后再开挖，先开挖导流明渠进口及出口段。

坝下0+010~坝下0+70桩号、503m高程以上边坡锚索施工过程中，先期采用ZKQ100-B轻型钻机、配低压空压机（8kg/cm2）进行钻孔，由于覆盖层较厚（45~80m），钻至4～5m后就无法钻进。

为保证成孔，采用ZSY-80、YSZ-70、MD-60A跟管钻机，配美国寿力、瑞典阿特拉斯、台湾兴盛高压风机进行钻孔。

锚索总共钻孔7个，其中3孔由于水太大无法下索废弃，实际只下了4束，长度60~66m。

针对这种情况，调整了锚索布置，将锚索布置在坝下0+034~坝下0+70、494~503m 高程，共布置3排27根100t级锚索，间排距4×4m，锚索实际施工长度为35~59m。

坝轴0+00~坝下0+030桩号、503m高程平台打锚筋桩12根（3φ25、L=12~13m），由于地质条件差、地下水出溢大，为保证注浆成功，将套管留在孔内。

导流明渠进口开挖至导0+50桩号、475m高程时，边坡局部发生坍塌；10月27日，坝上0+015~坝上0+054边坡开挖至487m时，由于堆积体应力释放，在截水沟上方509m、513m高程等多处出现裂缝，截水沟下边坡素喷砼后，边坡失稳，局部坍塌，开挖停止。

导流明渠出口段开挖支护至477m高程时，在513m高程平台出现裂缝，2009年11月9日21时左右边坡发生坍塌，塌方量约为3000m3。

边坡坍塌已危及到040国道安全，为确保国道的安全，项目部汇同设计提出了边坡处理、枢纽布置调整方案，并于2009年10月30日再次组织工程局咨询专家、澜沧江公司副总工程师、地质咨询专家到牛栏沟电站进行咨询。

经过讨论形成共识：（1）为避开不良地质，减少对边坡的扰动，在不影响枢纽布置的前提下，将坝轴线往下移20m；（2）为避开导流明渠进口边坡不良地质，将上游围堰往下移40～50m，相应导流明渠往下并靠河床移；（3）导流明渠穿过厂房坝段，为保证厂房深基坑开挖的安全，将此段明渠结构形式改为钢筋砼厢涵或钢管结构；（4）已开挖的导流明渠进口段边坡采取浆砌石重力式挡墙、背坡反压土石回填，以保证边坡的稳定；（5）尽快建立内外变形监测网，时时掌握边坡变形活动情况，以指导开挖方案及支护措施的及时调整；（6）对已变形开裂的边坡从公路外侧按1：1、1：0.75坡比进行削坡减载，打3φ25、L=9～12m锚筋桩、浇贴坡钢筋砼进行支护；（7）由于抗滑桩施工难度大，投入成本高，决定采用锚索结合锚筋桩支护；在EL472.00～EL508.0高程设置1000KN，L=25m、35m、40m、45m全粘结锚索125根进行永久支护；（8）补充探洞地堪工作。

项目部积极采取措施，沿公路外侧至上而下按坡比1：1、1：0.75进行削坡减载，加强坡体排水，坡面开挖后及时挂网喷砼封闭，由上至下分台加紧锚索、锚筋桩施工。

但当EL494～EL510高程段52根锚索施工结束时，根据锚索测力计的监测，锚固力施工结束后的一周内即由110％衰减至70％左右。

锚固力难以达到设计效果。

监测成果见下表：表1 左岸边坡岩体锚索测力计监测成果表针对以上情况，技术部认真分析检查全部施工过程，并咨询了相关专家；排除注浆量和浆液质量（平均单孔注浆量达18T/孔，浆液比重满足设计标准）后认为：可能是张拉后的稳压时间和锁定工艺有问题。

便再次对锚固力衰减较多的两排锚索进行补偿张拉：但经过施工后监测，衰减状况仍然没有太大改观。

后经过咨询其它类似堆积体锚固案例认为：对于加固部位岩体松散破碎，内锚段承载力低，锚固端不能进入完整岩体（Ⅲ类以上）的堆积体锚固，使用压力分散型锚索进行锚固效果更佳。

于是调整了EL478～EL485高程段锚索设计，对于不能锚入基岩的53根锚索全部改为1000KN无粘结压力分散型锚索后，经过锚索测力计监测，锚固力的衰减状况得到大大改观。

经过测斜孔、多点位移计、外部表观网的监测，左岸边坡的变形速度得到控制，并逐渐趋于收敛。

截至2011年1月底左泄边坡及基坑开挖结束，通过对锚索测力计和多种边坡变形观测设备的监测数据的分析，边坡及坡脚的左泄基坑开挖过程中均未出现边坡变形增大状况，左岸高边坡处于稳定状态，边坡加固效果良好。

表2 左岸边坡岩体锚索测力计监测成果表2、1000KN无粘结压力分散型锚索的设计及施工方法锚索之间采用框格粱连接，框格粱断面尺寸为50cm×50cm，有混凝土贴坡段的锚墩为100cm×100cm。

左岸边坡锚索支护区典型断面见图1。

图1左岸边坡锚索支护典型断面图100t级锚索设计要求的设计参数为：锚索由7根钢绞线组成，公称直径Ф15.24mm，标准强度1860Mpa；锚索孔径为Ф130mm，采用4级承载板承压，间距2.5m，承压板直径Ф100mm，第1级为2根钢绞线（编号为1-1、1-2），第2级为2根钢绞线（编号为2-1、2-2），第3级为2根钢绞线（编号为3-1、3-2），第4级为1根钢绞线（编号为4-1）钢绞线长度每级减少2.5m；注浆采用42.5R水泥，净压力0.3～0.5MPa，浆液胶凝体N40净浆，采用一次性灌浆。

锚具和夹片采用HVM90型，1000KN压力分散型锚索设计参数如下表：表3图2 1000KN无粘结压力分散型锚索结构示意图3、1000KN压力分散型锚索工艺控制3.1 基本施工工序施工平台搭设→布孔→编索→造孔→清孔、验孔→安装锚索→注浆→网格梁砼浇筑及锚墩制作→安装外锚头→张拉→验收→封锚3.2布孔、钻孔施工造孔前先根据设计图，使用测量仪器按设计要求将锚孔孔位准确地测放到边坡坡面上，做好孔位标记。

本工程压力分散型锚索的间排距为4m×4m。

因左岸边坡地质较差，使用普通钻机塌孔比较严重，本工程钻孔采用MD60-A型跟管钻机，使用跟管钻机可有效的避免塌孔和减少锚索孔注浆固璧等工序。

设计的孔径为140mm，供风采用寿力LS-25（25m3/min），阿特拉斯320型（20m3/min）空压机进行供风，146mm的钻头。

跟管直径为150mm，锚索孔的俯角为5度。

3.3 索体的制作及安装编索工艺：下料、清洗→编束→安装隔离架、支撑环→安装注浆管→验收→库存。

（1）压力分散型锚索制作前应对钻孔实际长度进行测量，计算并截取出每级承载体对应的钢绞线，并对不同位置处的承载体（4级）相对应的钢绞线外露端采用打磨机打磨出标记，以便后续张拉工作的正确进行。

（2）下料要求用砂轮切割机切割，下好料以后,按图纸要求设置好隔离架，每1.5米放一个。

锚索编束前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，对有死弯，机械损伤处应剔出，无粘结绞线外套PE管不得有破损。

索体绑扎要求牢固，使钢绞线不互相缠绕，平行顺直。

（3）内锚头钢绞线挤压套由挤压套筒和钢丝衬套组成，钢绞线传入承载体后挤压并设置好承载体，挤压套中钢绞线伸入长度不小于10cm,挤压套的挤压力为20~53MPa，并按照3%进行抽检。

（4）按照图纸要求，承压板直径Φ100mm，保护罩直径为Φ79mm，锚索保护罩和导向帽内填充3#无粘结预应力筋专用防腐油脂。

检查合格后的锚索标识好以后分区存放，同时做好防雨、防晒工作。

锚索安装：锚索安装时先不要取出套管，以保证索体顺畅进入，并注意钢绞线自由段保护胶皮不要受损坏，下索过程中要保证进入孔内的索体顺直以保证锚索张拉时受力均匀，锚索安装完毕后使用千斤顶取出套管，取完套管后及时进行灌浆，以防止塌孔影响注浆效果。