危岩防治中预应力锚索施工及固结灌浆工艺

赵相停

（重庆市地勘局川东南地质大队，重庆 400038）

为确保长江巫峡段区域群众和航道通行安全，需对该区域的箭穿洞危岩进行勘（调）查工作，并根据勘（调）查成果进行治理工程初步设计。2012年7月6日重庆市三峡地防办下达了任务书。箭穿洞危岩平均横宽约50m，平均长度约55m，工程规模如下：填充体积148.10m3。在153.60m、156.10m分别设置C30混凝土台阶，台阶高度为3.60m、2.50m，台阶宽度为3.00m、3.50m，C30混凝土体积905.20m3。基底设置3排共60根锚桩，锚桩间距为1.75m、2.25m，锚桩孔径为150mm，锚固段长度为6.00m，伸入C30混凝土平台2.00m，顶端弯钩长度1.00m，采用3根直径25mmHRB400级钢筋。156.10～177.00m坡体采用板肋式锚索挡墙进行防护，防护长度40.00m、面积884.80m2；面板厚度为0.30m，肋柱截面为0.30×0.50m，肋柱间距为2.00m，锚索水平间距2.00m，竖向间距2.50m，锚筋采用2根HRB400级φ25mm的钢筋。遇较大裂隙、裂缝或溶洞空腔时采用水泥砂浆或细石混凝土充填，灌注M40水泥砂浆1272.65m3。危岩体中上部布置6排2000kN级安全型压力分散锚索，共计26根（64.00m、67.00m锚索各13根），分布高程246.00m～275.00m，锚索16×φs15.2mm，锚 固 段 总 长 度 为17.00m（按3.00m、3.00m、2.50m、3.00m、3.00m、2.50m分6段设置）。基于此，研究危岩防治中锚索施工及固结灌浆工艺。

1 危岩防治中锚索施工

1.1 锚索锚固效果有限元分析

用有限元软件对箭穿洞典型剖面进行支护分析，剖面中共有15025个单元，15259个节点，对该剖面进行二维分析，模型的X方向为平面方向，Y方向为垂向方向（重力方向）[1]。模型XY方向均固定；顶界Y+为自由边界；模型的X方向边界为约束固定边界，Y方向固定，不考虑库水位上升或下降造成的地下水及静水压力作用。模型岩体分为水下灰岩、消落带灰岩、消落带泥质条带灰岩、水上泥质条带灰岩和水下灰岩，进行模拟的防护加固包括上部危岩的预应力锚索、消落带区域砂浆锚索、板肋式锚索挡墙、1#平硐充填，其中，未进行防护加固时，平硐区域作隧洞处理，防护加固后，平硐区域采用C30钢筋混凝土的强度参数（参考值）进行分析。

1.2 锚索设计

锚索布置在危岩体中上部，按构造设计，布置6排2000kN级安全型压力分散锚索，采用点锚的方式，共计26根（长度64.00m、67.00m锚索各13根），分布在危岩体中上部标高246.00m～275.00m，锚索入射方位角为北偏东40°，水平夹角为15°，梅花形布置，水平间距6.00m、竖向间距6.00m，锚索为16×φs15.2mm，锚固段总长度为17.00m（按3.00m、3.00m、2.50m、3.00m、3.00m、2.50m分6段设置），由于危岩体卸荷裂隙宽度较大，为保障钻孔成孔，自由端采取全孔根管钻进。

在崖壁上刻槽，将锚头隐藏在崖壁内，锚索张拉后不封锚，以便后期监测和调整张拉力；锚头采用Q235B钢垫板锚头；锚具采用OVM15-16型。

1.3 锚索钻孔

针对锚索钻孔的定位精度要求，锚索定位误差不得大于20mm，安全型压力分散锚索宜采用套筒护壁钻孔。如遇障碍需移位，应有设计变更方案[2]。锚索终孔应由锚固段长度满足设计要求确定锚孔终孔后，锚固段应清洗干净。锚索将穿越几处宽0.30m～1.00m的卸荷裂缝，为保证成孔和灌浆，导管应进入锚固段岩体不少于1.00m。

1.4 钢绞线及锚具

危岩防治中锚索施工应采用安全型压力分散锚索，严禁采用普通拉力型及普通压力分散型锚索，安全型压力分散装置应在专业厂家订制。

1.5 锚索制作与安装

锚索制作基本规定：钢绞线在编束前应妥善保管，防止雨淋和污染，钢绞线应进行除油污、除锈、调直等处理，张拉作业段长度不宜小于1.20m，钢绞线宜采用切割机下料，不应使用电弧焊或乙炔焰切割。锚索制成后，编号存放，妥善保管[3]。锚索搬运规定：锚索搬运方案应因地制宜。锚索安装规定：锚索放入钻孔之前，宜用导向探头探孔，完善隐蔽工程检查验收。安装操作应防止锚索扭压、弯曲，避免锚固段钢绞线受到污染，入锚索孔角度应与钻孔角度一致。以此，完成危岩防治中锚索施工。

2 危岩防治中固结灌浆工艺

危岩防治中，固结注浆工程主要为填充基座碎裂岩体间的裂隙，起到粘结作用，提高岩体的完整性，灌浆方法采用固结灌浆法。

2.1 钻孔布置

注浆孔利用锚索钻孔，部分加深处理，采用孔距2.00m，排距2.50m，呈梅花形间隔，先施工I序孔，孔距4.00m；后施工II序孔，孔距4.00m。

2.2 固结灌浆按分序加密原则

采用自上而下、孔内循环法施工，一般作单孔灌注；在保证正常供浆前提下，也可采用并联灌注。

2.3 压水试验

在压水试验中，固结灌浆第1段压力要求，如表1所示。

表1 固结灌浆第1段压力要求

结合表1所示，设灌浆段的灌浆压力的计算表达式为P，以下各段的灌浆压力按下式计算：

公式（1）中，0P指的是第1段的灌浆压力；a指的是岩石破碎系数，本次工程中取值为0.05；h指的是阻塞器栓塞以下的基岩段长[4，5]。在满足公式（1）的前提下，完成压水试验

2.4 浆液水灰比及变浆条件

固结灌浆浆液以普通水泥浆液为主，浆液水灰比（重量比）采用3:1、2:1、1:1、0.80:1、0.60:1、0.50:1等六个比级，开灌水灰比采用3:1，不同水灰比的含灰量和含水量见下表。

结合表2所示，为不同水灰比每升浆液含灰量和含水量表。根据此参数制浆，在灌浆结束后封孔，完成危岩防治中固结灌浆。

表2 不同水灰比每升浆液含灰量和含水量表

3 结语

本文通过危岩防治中锚索施工及固结灌浆工艺分析，证明了设计锚索施工及固结灌浆工艺在危岩防治中的适用性，以此为依据，证明此次研究的必要性。因此，有理由相信通过本文研究，能够解决传统危岩防治中存在的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次危岩防治中的水下柔性防护垫加以深入研究，进一步提高危岩防治率。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对危岩防治工程的优化设计提出深入研究，以此为提高危岩防治质量提供建议。