吉林台一级水电站趾板边坡加固处理施工技术

简介： 本文介绍了吉林台一级水电站趾板边坡加固工程施工技术，采用了注浆锚杆、锚筋桩、挂网喷混凝土和锚索的综合治理方案，支护方式符合实际情况，效果明显，保证了边坡稳定。
关键字：锚索 注浆锚杆 锚筋桩 挂网喷混凝土 排水孔 趾板边坡 吉林台一级水电站
1．工程概况

　　吉林台一级水电站工程大坝坝高157m，为混凝土面板砂砾-堆石坝。坝段地处北天山纬向构造带西部的喀什河凹陷中部，V形河谷，走向310°，谷坡陡峻，两岸坡度约45°，冲沟发育，左右岸各有两个大的冲沟，切割深度40～80m；发育有低序次的断层，按产状可分为NW、NE、近EW、近SN向四组，其中以NW向组发育规模较大；坝址卸荷裂隙发育，规模较大对坝址有影响的卸荷裂隙有6条，由于岩层走向和倾角影响，左岸不稳定体以崩塌为主，右岸以塌滑为主。
2．边坡加固处理技术
　　趾板基础应将表面覆盖层和强风化岩层挖除，使其置于弱风化的岩石上。趾板上方的岩质岸坡按设计边坡1：0.3进行开挖，每高差12m设一级2m宽的马道。开挖施工中对岩石岸坡应及时进行支护处理，以确保施工期和运行期安全。根据趾板岩石边坡开挖后揭露的不利结构面组合和破碎情况，主要采用了采用岩石锚杆、挂网喷砼和预应力锚索等的支护方式。
　　2．1 锚杆、锚筋桩施工
　　2．1．1 钻孔
　　锚杆孔布设呈梅花型，孔、排间距分2m*2m和3m*3m两种，孔深分4.4m和3.9m两种，采用YT28手风钻成孔，孔径Ф42mm。锚筋桩孔也呈梅花型布置，孔、排间距3m*3m，孔深9m，钻孔采用7655D风动凿岩机，孔径Ф90mm。钻孔的倾角、方位角一般根据岩石节理、裂隙和破碎程度的不同而定，基本是垂直于构造产状成孔。
　　2．1．2 锚杆、锚筋桩制安
　　锚杆采用I级钢筋，直径Ф25mm，长度分4.5m和4m两种，外露10cm，便于挂网喷护。锚筋桩采用Ф25mm螺纹钢，长度9m，三根焊接组合而成，使用滑轮组起吊,人工配合安装。
　　2．1．3 灌浆
　　选用42.5Mpa硅酸盐水泥，W/C=0.35纯水泥浆，用BW-250型泥浆泵注浆，注浆体配合比见表1。

水泥标号	水灰比（W/C）	注浆体单位材料用量/Kg·m-3
水	水泥	减水剂（1.5%）	膨胀剂（10%）
42.5Mpa硅酸盐水泥	0.35	525	1500	22.5	150

　　2．2 喷射混凝土施工
　　采用喷锚支护的施工方法，可有效调用岩体自身的强度和自稳能力，避免岩体继续风化、受水流的冲蚀和雨水的进入影响岩体节理和裂隙的发育，并与锚杆相结合，提高岩体的整体抗滑能力。
　　2．2．1 喷面清理与挂网
　　喷射前，用高压风水联合冲洗将工作面上的松土、浮石等清理干净。用校直后的Ф8钢筋，按照200mm*200mm的尺寸在岩面编制近似正方形网格，网和岩石面保持3-5cm间距，交结点用22号铁丝捆扎，钢筋网与锚杆外露端头点焊牢固。
　　2．2．2 集料拌和
　　选用新鲜的42.5Mpa硅酸盐水泥、中细砂和成熟度较高的砾石，配合比按照灰：砂：石=1：1.76：1.76实施，最大集料直径不超过10mm，采用混凝土搅拌机拌和并确认均匀后方可上机喷射。喷射混凝土配合比见表2。

水泥标号	水灰比（W/C）	喷射混凝土单位材料用量/Kg·m-3
水	水泥	砂	小石	速凝剂（3%）
42.5Mpa硅酸盐水泥	0.40	185	463	815	815	13.89

　　2．2．3 喷射
　　采用干拌湿喷的方式进行喷射，喷层厚度10cm。喷射机设备选用：HPUZ-5B型喷射机，动力为VHP-700型空压机。在喷射过程中严格掌握喷面宽度、喷嘴离喷面的距离、喷头运行方式、水灰比、喷射顺序和搭接方式等操作技术。喷射时，喷射路线做直线循环运动，自下而上喷射。喷射角基本保持与岩面垂直，并不小于75°，喷射距离基本控制在60-100cm，掌握好加水和加浆量，减少回弹，以不流不淌并有光泽为标准。喷射后及时养护，防止开裂，提高喷射混凝土层的强度和表面光洁度。
　　2．3 排水孔所有边坡均设置排水孔，孔径不小于Ф42mm，孔深4m，间排距为5m，梅花型布置，仰角10°。
　　2．4 预应力锚索施工
锚索布置依据处理的范围、地质构造、岩层产状、形态特征和岩层的物理力学性能以及岩石的可钻性等进行布置。
　　2．4．1 造孔
　　锚索孔径Ф110mm，倾角-10度，方位角根据岩石节理和裂隙产状确定，尽量垂直于构造结构面。锚索呈5m*5m梅花型布置，孔深分23m、28m、35m和40m四种，为保证钻孔轴线的直线性和钻进效果，用XY-2PC地质回旋钻机钻进的方法，同时提高钻具刚度，以求达到设计要求。
　　在施工作业中，对每项工序都进行严格把关，切实按照规程作业，采用不同手段检查，务必达到质量要求，依据施工说明书及施工技术规范的工艺技术指标进行自检、互检、抽检和终检等的质量控制。孔径、孔深、方位角由设计施工图及经纬仪实地实测得出，钻孔倾角采用罗盘、钻机主轴转向盘确定。施工中正确选择钻具结构、合理的钻进工艺和钻进参数，使施工质量得到保证。
　　2．4．2 锚索编制和防护
　　本工程采用7Ф5钢绞线，强度等级为1860级，弹性模量E>1.9*103Mpa，松弛度Ⅱ度，具有良好的伸长性和极小的松弛性。
　　钢绞线长度为孔深、锚墩高度、工作锚板厚度、千斤顶长度、工具锚厚度以及张拉操作余量的总和。同时考虑到下料时有截长误差及锚具安装的方便性，均加长1m。钢绞线采用电动砂轮切割机在预制场截断，并保证对钢绞线无任何损伤。将截好的钢绞线按对应孔穿入隔离架，然后再将隔离架向前窜动，内锚固段隔离架间距为1.2m，然后将内锚固段Ф6钢筋截取好，按隔离架的120度角焊三根。焊接时采取严密的防范措施，使之对钢绞线不产生任何损伤。焊好钢筋后将Ф25*35m的PVC灌浆管穿入隔离架的中心孔，在隔离架间捆扎Ф8铁丝，减少送索时索体与孔壁的摩擦阻力，并使之形成梭形，改善应力状态。将编制好的锚索按孔号顺序摆放，同时按照设计及规范要求，采取临时措施进行防护：切断腐蚀源，避免与有害物质直接接触，防止受潮、受腐蚀气体浸渍。
　　2．4．3 锚索入孔
　　将经过除锈、清洁、并检查无任何质量问题的索体采用人工缓缓推入孔中，并在送索时保证钢绞线的顺直性和完好性。
　　2．4．4 孔道注浆
　　锚索入孔后即进行全段一次性注浆，水灰比对水泥浆体的质量起着特别重要的作用，过量的水会使拌和料发生水泌并降低硬化灰浆的耐久性，水灰比定为0.35。为改善浆体的和易性，提高其硬化凝结速度，减水增强，在浆体中加入减水剂和膨胀剂，用量分别为水泥重的1.5%和10%，浆体用BW-250型泥浆泵送入孔中，注浆压力为0.3Mpa，确保水泥结石充满孔段，并对基岩裂隙起到填充作用。选用42.5Mpa硅酸盐水泥，注浆体配合比见表3。

水泥标号	水灰比（W/C）	注浆体单位材料用量/Kg·m-3
水	水泥	减水剂（1.5%）	膨胀剂（10%）
42.5Mpa硅酸盐水泥	0.35	525	1500	22.5	150

　　2．4．5 锚墩混凝土浇筑
　　孔口混凝土锚墩将承受强大的预压应力作用，使结构端部受到很高的局部接触压力和横向劈裂压力。注浆完毕后，凿毛并高压风水联合冲洗孔口混凝土表面，清楚碎渣和不稳定体，形成基本垂直于孔轴线的混凝土面。为使锚墩承压面垂直于孔轴线，将钢垫板上垂直焊一钢管，直径略小于孔径，插入孔中，由此控制混凝土锚墩承压面与钻孔轴线的垂直性。在混凝土锚墩中配置一层Ф10间距为100mm的网状钢筋，锚索孔口钢垫板为400mm*400mm*20mm，使之牢固地浇筑在混凝土锚墩中，可以有效地分布局部压力，提高混凝土锚墩的承压强度和开裂荷载。孔口混凝土锚墩配合比见表4，水泥采用42.5Mpa硅酸盐水泥。

水泥标号	水灰比（W/C）	锚墩混凝土单位材料用量/Kg·m-3
水	水泥	砂	小石	中石	减水剂（1.5%）
42.5Mpa硅酸盐水泥	0.36	162	450	623	563	688	6.75

　　2．4．6 锚具安装
　　在安装工作锚板前将钻孔中锚索体顺直，并按隔离架中钢绞线的顺序依次穿入工作锚板，然后将工作锚板贴紧钢垫板，套入工作锚夹片，待张拉。
　　2．4．7 张拉张拉设备采用ZB4-500高压油泵和YCW-150B型千斤顶，锚索采用整体超载张拉，其张拉力见表5。

加载级数	1	2	3	4	5	6
压力表读数	5.1	10.3	18.9	27.5	35.0	38.5
张拉力/KN	100	250	500	750	1000	1100

　　安装限位板、千斤顶、工具锚、工具锚夹片。工具锚中钢绞线与工作锚相对应，在穿工作锚和工具锚的全过程中保证钢绞线无扭转现象。
　　通过油泵压力表控制张拉荷载，在每一级荷载下稳压4-10min，并且测定钢绞线的伸长量，无任何异常时，将千斤顶缓缓卸荷、锁定，接着便拆除工具锚、千斤顶和限位板。
　　2．4．8 封锚
　　张拉完成后，预留工作锚外钢绞线不大于15cm，立模并用C30混凝土封闭外锚头，同时用水泥浆处理锚墩和锚头，以求外观规整美观。
3．质量控制措施
　　开工前，由项目专业技术负责人编制详细的施工组织设计，对人力和物力、技术和组织、时间和环境等各方面做出一个全面合理的安排，并报监理工程师审批。
　　项目技术部门有针对性地向有关施工作业人员进行技术交底，同时学习质量管理标准，严格按照设计要求和规程、规范施工。施工工艺要求施行目标管理由班组自检、现场工程师复检，监理工程师抽检，使每道工序都符合质量标准，消除质量事故隐患。
　　施工作业人员实行严格的交接班制度，详细记录施工过程及发生的问题，现场工程师深入一线，及时处理施工过程中的问题，必要时向高一级领导反馈相关信息，求得答复和相关处理措施办法。现场工程师对每一个工序的施工工艺、测试数据进行检查和复测，看是否满足相应的施工规范及《实施细则》的要求，施工过程是否严格按照设计、规范及施工组织设计中的有关技术要求执行。现场工程师经常与施工作业人员进行交流沟通，在满足质量的前提下尽可能探索简单的施工方法，并达成共识，共创优质工程。
　　在造孔过程中，由于边坡岩体差异较大，节理、裂隙发育，在这些换层、岩性变异部位，常形成软弱夹层或破碎带，易造成塌孔卡钻、埋钻等孔内事故。我们采取了以下预防及处理措施：
　　（1）勤提慢进，保证孔内清洁；
　　（2）停钻，起拔钻具，重新冲孔扫孔；
　　（3）必要时可采取固结灌浆的方法加固岩层，再钻进成孔。实践证明，这些方法简单易行，效果不错。
　　喷射混凝土施工中为提高混凝土强度，减少回弹量，我们重点在以下几个方面下了功夫：
　　（1）严格选用集料和配合比，特别是粗骨料，选择优质砾料，含水适中的中细砂；
　　（2）严格把握喷射操作关，控制受喷面宽度、距离运行状态、水量、风压等因素；
　　（3）加强养护，确保强度和防止开裂。从已经完成的混凝土喷射面效果来看，整体评价为优良。
　　锚索体张拉前，认真对高压油泵、压力表和千斤顶进行率定，确保张拉和锁定吨位符合设计要求。
4．结语
　　总之，系统锚杆、挂网喷射混凝土和预应力锚索等支护措施在吉林台工程趾板边坡加固处理中的应用符合实际情况，效果显著，同时也显示了其方便快捷、经济适用、安全可靠、外表美观等特点，值得在水利枢纽、公路、铁路等边坡以及地下围岩的加固处理中推广应用。