邊坡支護巖石錨索施工質量通病的診斷與防治

1、邊坡支護巖石錨索施工質量通病的診斷 與防治原文地址：邊坡支護巖石錨索施工質量通病的診斷與防治作者：石行唐邊坡支護巖 石錨索施工質量通病的診斷與防治李國良（中國水利水電第八工程局基礎工程分局湖南長沙410118）內容提要:由于小灣水電站邊坡地質條件的復雜性，引起錨索施工過程中出現(xiàn)的 質量通病較多，對錨索施工質量通病的準確診斷，采取必要措施，提前做好防治工 作，防患于未然，對確保錨索施工質量及邊坡的長期穩(wěn)定與安全是大有裨益的。本 文作者通過多年來對多個工程的錨索施工過程中遇到的一些問題進行總結，在文中 概略闡述了錨索施工過程中常見的一些質量通病進行的診斷方法及防治措施。供從 事錨索施工的同行參考與

2、商榷。關鍵詞:邊坡支護錨索質量通病診斷防治1. 工程概況小灣水電站位于云南西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，在干流河段與支 流黑惠江交匯處下游1.5km處，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個梯級電站中的第二 級。小灣水電站工程屬大（I）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級建筑物。工程 以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益，水庫具有不完全多年調 節(jié)能力，系瀾滄江中下游河段的"龍頭水庫"。小灣水電站樞紐工程由壩高 292m的 混凝土雙曲拱壩、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞、右岸地下引水發(fā)電廠房及尾 水洞組成。大壩建成后水庫容量為 149.14 X 108m3電站安

3、裝6臺水輪發(fā)電機組， 裝機容量為4200MW（X 700MW）2. 地質概況壩址區(qū)地處高山峽谷之中，兩岸山勢陡峻，呈 "V"河谷，兩岸邊坡巖層主要為中深 變質系黑云母花崗片麻巖和角閃斜長片麻巖組成，巖層呈單斜結構，斷層構造發(fā) 育，以順層面斷層為主并分布有變蝕帶，巖體表層以均勻風化為主，卸荷作用強 烈，分布有陡傾角卸荷張裂縫和順坡剪切裂隙，強卸荷裂隙發(fā)育帶分布范圍較廣， 埋藏較深，嚴重影響著開挖邊坡的穩(wěn)定與安全，為確保兩岸邊坡的長期穩(wěn)定與安 全，設計布置了大量的預應力錨索對邊坡采取錨固支護處理措施。3. 預應力錨索級別由于小灣水電站邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙之間相互連通率較高

4、，邊坡表面承載 能力較低，設計上盡可能地采用小級別的預應力錨索，98%勺錨索設計張拉力低于3000KN級。在覆蓋層邊坡上采用1800K N以下級別的錨索，在強風化、強卸荷巖石 邊坡采用3000KN以下級別的錨索。4. 錨索形式在覆蓋層部位、卸荷裂隙發(fā)育部位、斷層破碎巖體部位、開挖切割較深估計巖體變 形程度可能較大的邊坡部位采用無粘結式錨索；在除上述部位以外的其余錨索采用 全長粘結式錨索，粘結式錨索錨固段頂部設置制漿塞。5. 外錨墩承載體結構形式在巖體較好的部位，外錨墩承載體采用梯形棱臺體型混凝土墩，外錨墩與巖石結合 面寬度按相應巖土類別承載能力計算確定，錨墩高度由上下底寬確定錨墩的結構體 型尺

5、寸參數(shù)。覆蓋層及軟弱巖體部位采用鋼筋混凝土網格梁與鋼筋混凝土結構板 墻，以此增大受力面積。6. 常見錨索施工質量通病錨索施工質量通病有些是可以預測并通過采取補救措施處理后解決好，有些通病則 無法預測且無法采取補救措施，只能依靠嚴格施工工藝要求操作施工，以杜絕人為 的原因造成的質量通病。常見的錨索質量通病有如下幾種：6.1錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值小于理論計算值；6.2錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值大于理論計算值；6.3張拉錨索通過壓力表反映的張拉力與應力計反應的張拉力出入較大；6.4張拉過程中或張拉后混凝土墩出現(xiàn)被壓裂；6.5張拉過程中或張拉后鋼鉸線被拉斷；6.7張拉結束鎖定時應力損失過大

6、;6.8張拉后應力損失過大；6.9張拉過程中錨固段被拉松；6.10少數(shù)根鋼絞線被拉松；7. 質量通病的原因分析及防治措施7.1錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值小于理論計算值的原因分析與防治措施7.1.1原因分析錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值小于理論計算值，此種情況主要出現(xiàn)于全長粘結 式錨索，究其原因，主要是粘結式錨索的張拉段長減小所致，而導致錨索張拉段長 減小的直接原因，是錨固段灌漿時，水泥漿液灌入量遠大于錨固段內的需漿量，尤 其是在巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的部位布置的錨索，并要求在錨索的錨固段頂部設 置制漿塞，采用壓力灌漿，直至排氣管出漿為止，致使在對錨固段灌漿時，多灌入 的水泥漿液繞塞返漿進入

7、到了張拉段內，導致錨梭的實際張拉段長減小。水泥漿液 繞塞返漿進入張拉段內的途徑有以下幾個方面：1）由于風動造孔孔壁粗糟，止?jié){塞內充漿或充氣后與孔壁之間仍然存在著接合縫面間隙，隨著往錨固段內不斷注漿， 當錨固段內注滿漿液后，漿液在注漿壓力作用下從止?jié){塞與孔壁之間的間隙內進入 張拉段內；2）錨固段內的巖石裂隙與張拉段內的巖石裂隙相連通，隨著往錨固段內 不斷注漿，當錨固段內注滿漿液后，漿液通過巖石裂隙通道進入張拉段內；3）上述兩種情況兼而有之；當張拉段內存在寬大裂隙時灌入張拉段內的水泥漿液被漏掉，始終不見孔口排氣管 出漿，對錨固段的注漿量的多少帶有盲目性，灌入張拉段內的漿液握裹住鋼鉸線， 導致錨索實

8、際張拉段長減小，從而出現(xiàn)錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值小于理論 計算值。7.1.2防治措施1）在巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育部位設置無粘結式錨索；2）在鉆孔過程中，通過灌注濃漿處理堵塞住串、漏漿的巖石裂隙通道，在錨索下入 孔內之前，對全孔進行一次灌漿，直至孔內不再存在較大的漏漿或串漿通道；3）不設置止?jié){塞，對錨固段定量注漿，以防出現(xiàn)繞塞返漿。4）通過自由段灌漿管檢查錨固段是否已經注滿漿液，當發(fā)現(xiàn)所灌漿液已經灌入自由 段內時，通過自由段灌漿管對自由段進行清洗，以將自由段內的漿液清洗出孔外， 不使之握裹住張拉段內的鋼鉸線，切實保證錨索自由段的長度符合要求。7.2錨索在張拉時鋼鉸線的實際伸長值大于理論計算

9、值的原因分析與防治措施721原因分析1）地質方面的原因，當巖石抗壓強度較低、巖石破碎、節(jié)理裂隙密集，巖石空隙率 大，巖石受壓后產生較大的壓縮變形量；表層巖石抗壓強度低，外錨墩受力后出現(xiàn) 位移下陷，致使鋼鉸線的實際伸長值大于理論計算值。2）實際張拉段長大于理論段長，由于錨固段內所灌入的水泥漿液干縮下沉，或部分 漿液通過裂隙流失，導致水泥漿液對鋼鉸線的有效握裹長度減小，實際錨固段長小 于理論段長，錨固段上部成了自由段，故此出現(xiàn)實際張拉伸長值大于理論計算值。3）工具錨夾片出現(xiàn)滑移，測量伸長值增大，這是一種假象。7.2.2防治措施1）在錨索孔鉆孔階段，對鉆孔進行固結灌漿，以提高巖石的完整性及彈性模量，

10、減 小巖體變形。2）當孔口為強風化巖層或土層，抗壓強度較低時，增大外錨墩與強風化巖層或土層 的結合面面積，如采取增大外錨墩的體型尺寸，將錨墩設置為鋼筋混凝土網格梁或 鋼筋混凝土板墻，以防止錨墩受力后出現(xiàn)下陷。3）對錨固段先行灌漿處理，消除漏漿通道。4）經常清洗工具錨夾片，保持其齒槽內清潔，當夾片出現(xiàn)磨損時及時更換夾片。7.3張拉錨索時壓力表反映出的張拉力與應力計反應的張拉力出入較大的原因分析 與防治措施7.3.1原因分析主要是系統(tǒng)誤差原因造成的，盡管張拉設備、儀表、測力計均已經過了率定，但其 自身誤差是始終存在的，也是不可避免的，如當測力計安裝不平，未與錨墊板緊密 結合，未對中孔口中心，氣候溫

11、度變化，張拉設備未與測力計配套率定，當多種誤 差出現(xiàn)疊加時，就會出現(xiàn)測力計反應出的錨索拉力與張拉設備反應的錨索拉力不一 致，甚至兩者差距較大。張拉時反應張拉力的壓力表安裝位置與錨索孔口位置高差較大，高于孔口時實際張 拉力就偏大，低于孔口時，實際張拉力就偏小。732防治措施1）張拉前對張拉設備與所使用的測力計聯(lián)合率定。2）精心安裝測力計，減小測力計的安裝誤差。3）力求使反映張拉力的壓力表的安裝位置與錨索孔口在同一高程位置上，或盡量減 小兩者的高差，也可根據壓力表與錨索孔口的高差經過換算增大或減小壓力表的指 示數(shù)值。7.4張拉過程中或張拉后混凝土墩出現(xiàn)被壓裂的原因分析與防治措施7.4.1原因分析主

12、要是錨墩混凝土墩的強度偏低或錨墩與巖石結合面不平整出現(xiàn)應力集中所致，如 混凝土配合比不當，混凝土強度低于巖石強度，混凝土齡期短，未達到強度要求時 就提前進行張拉等。7.4.2防治措施1）對孔口巖石面鑿平后澆筑外錨墩混凝土；2）錨墩混凝土澆筑嚴格按照試驗室配方配料攪拌混凝土；3）錨墩混凝土澆筑完成后應及時養(yǎng)護；4）混凝土齡期未達到強度要求不能提前進行張拉。7.5張拉過程中或張拉后鋼鉸線被拉斷的原因分析與防治措施7.5.1原因分析1）鋼鉸線在冷拔過程中殘留有較高的內應力，容易產生銹蝕，甚至導致應力腐蝕或 氫脆斷裂；2）孔內有酸性地下水，對錨索產生腐蝕；3）鋼鉸線質量存在缺陷，如表面有點狀腐蝕坑或局

13、部夾雜物，在高應力狀態(tài)下引起 應力集中而出現(xiàn)斷裂；4）鋼鉸線保管防護不善，表面防護層局部破損，造成鋼鉸線嚴重銹蝕，兩種金屬長 期直接接觸引起電化學腐蝕，強度降低，在高應力作用下產生斷裂；5）整束錨索張拉時，各根鋼鉸線受力不均勻，受力大的鋼鉸線大于破斷荷載時出現(xiàn) 斷裂。7.5.2防治措施1）新購鋼鉸線在試驗室做受力性能試驗，性能指標符合要求后才用于工程施工；2）對鋼鉸線做好防護工作，如不得與其他金屬材料或具有腐蝕性的化學材料混堆在 一起，露天堆放時，不得與地面直接接觸，并遮蓋防水雨布；3）粘結鋼鉸線下料時注意檢查其表面有無宜引起應力集中的腐蝕坑，及其他質量缺 陷，確認無質量缺陷后方可用于制作錨索

14、；4）對含有酸性地下水的錨索孔應認真做好灌漿處理，減少滲水；盡早對錨索進行張 拉；在錨索張拉之前往孔內灌注 PH值大于12的石灰水或碳酸鈉溶液，以對錨索進 行臨時防護；5）采用防腐型錨索；6）錨索整束張拉之前，先用輕型小千斤頂對各根鋼鉸線進行對稱預緊張拉，使之充 分繃直，以使錨索在整體張拉時，各根鋼鉸線能夠均勻受力。7.6張拉過程中或張拉后外錨墩出現(xiàn)下陷的原因分析與防治措施7.6.1原因分析主要是錨索孔口巖層或土層的抗壓強度較低，混凝土錨墩與巖石結合面積偏小所 致。7.6.2防治措施增大混凝土錨墩與錨索孔口巖層或土層的結合面積，如增大錨墩的體型尺寸或改為 鋼筋混凝土網格梁、鋼筋混凝土板墻等。7

15、.7張拉結束鎖定時應力損失過大的原因分析與防治措施7.7.1原因分析 1）夾片夾持緊鋼鉸線時產生的預應力損失錨索鎖定時，夾片隨鋼鉸線往錐孔內回縮而夾持緊鋼鉸線，回縮值一般按6mm計算拉力損失量，屬于張拉工藝正常損失。2）錨具與夾片配合公差產生的預應力損失VM系列錨具的工作原理是靠夾片隨同鋼鉸線的回縮進入錨具錐孔內而將鋼鉸線楔 住，故此夾片也稱為楔片，錨具錐孔的錐度為1： 0.109，由此可知，夾片在徑向上偏差1絲，則在軸向上便產生10絲的誤差，錨具錐孔及夾片在加工制作時不可 避免地會存在著加工偏差，兩者在配合時也會有配合公差，導致鎖定時鋼鉸線會超 量回縮而大于夾片的跟進量，但由此產生的預應力損

16、失甚微。當錨具錐孔內及夾片 不潔凈，如附有塵土沙粒時，在徑向上產生大的配合公差，貝恠軸向產生的誤差更 大，從而會導致錨索在鎖定時產生較大的預應力損失。3）操作方面原因引起的預應力損失操作人員在操作過程中，操作經驗不夠豐富或稍有馬虎大意，都會不同程度的使錨 索在鎖定時產生預應力損失，如在安裝夾片時，若夾片安裝不平或不均勻對稱，導 致夾片不能夠很好的咬合鋼鉸線和人為增大夾片與錨具錐孔的配合公差，從而在錨 索鎖定時產生預應力損失。4）限位板與工作錨具的配合不好，如限位板的腔槽過深，張拉時工作錨具夾片伸出 量較大，鎖定時不能隨同鋼鉸線及時跟進夾持緊鋼鉸線，鋼鉸線的回縮量較大從而 導致鎖定時的拉力損失較

17、大。如8#山梁50#錨索所處部位巖石條件較差，孔深 20m以上為強風化巖石，孔口為坡 積層，張拉到1100KN鎖定，測力計反應出錨索鎖定后只有 929.38 KN，張拉力降 低了 170.62 KN，夾片隨鋼鉸線往孔內回縮值按 6mn計算，損失42.86KN,屬于張 拉工藝正常損失。尚有127.76 KN屬于非正常損失，張拉鎖定后，經對鋼鉸線在張 拉前、后的測量，鋼鉸線張拉后的實際回縮值為20mm即非正常地多往孔內回縮量為14mm換算為應力損失101.15 KN，其余的26.61KN為其他次要原因導致的應 力損失。由圖1即可看出，鎖定時張拉力出現(xiàn)急速衰減，后又呈現(xiàn)出相對穩(wěn)定的趨勢，由此 表明，

18、錨索在鎖定時，鋼鉸線的回縮量遠大于夾片的跟進長度，即夾片未與鋼鉸線 同步跟進回縮，而是鋼鉸線先回縮14mm后，夾片才跟進并鎖緊鋼鉸線，經對夾片 滯后于鋼鉸線跟進的原因進行研究分析后認為，置于工作錨具上的專用限位板的空 腔槽深度過大，鋼鉸線張拉時，夾片隨同鋼鉸線伸出量過多，夾片與鋼鉸線的間隙 也就過大，夾片不能及時隨同鋼鉸線回縮跟進，在鎖定時鋼鉸線先回縮，夾片滯后 跟進，導致鎖定時錨索產生較大的應力損失。也是錨索應力損失的主要原因。7.7.2解決措施4）采取補償張拉措施,3）提高超張拉系數(shù)，將超張拉系數(shù)由1.1提高到1.15，增大超張拉力。經采取防 治措施后的10#錨索張拉情況良好，見圖2。7.

19、8張拉后應力損失過大的原因分析與防治措施7.8.1原因分析1）鋼鉸線與孔壁之間摩阻產生的預應力損失由于地層軟硬不均，斷層、破碎帶、鉆具重力鉆頭磨損等諸多方面的原因，鉆孔不 可避免的會出現(xiàn)不同程度的彎曲或孔徑不均，造成錨索預應力部分損失。2）地質條件原因造成的預應力損失當對錨固體對象施加預應力后，被錨固對象因受壓而會產生不同程度的壓縮變形， 變形量的大小與地質條件有著直接的關系。當?shù)貙訋r石完整且抗壓強度較高時，產 生的變形量相對較小，相應的錨索預應力損失也就相對較?。粡婏L化巖石、破碎巖 石及坡積層的抗壓強度低，空隙率大，錨索張拉后受壓因變形量較大，產生的預應 力損失也就相對較大。7.8.2防治措

20、施1）對錨索孔進行固結灌漿處理，以提高巖石的完整性、抗壓強度及彈性模量。2）適當提高錨索的超張拉系數(shù)，即通過提高超張拉力，來彌補部分預應力損失。3）當預應力損失較大時，待地層充分變形之后，即待錨索預應力損失趨于穩(wěn)定之后 再做補償張拉。7.9張拉過程中錨固段被拉松的原因分析與防治措施7.9.1原因分析錨固段被拉松動主要有五個方面的原因：1）錨固段的漿液結石強度不夠，達不到張拉所需的強度，就會將錨固段拉松，因漿 液結石強度低而將錨根拉松分為如下兩種情況：錨根段內的水泥結石與孔壁的粘 結力小于錨索的張拉力，當錨索的張拉力大于漿液結石與孔壁的粘結力時，錨根段 內的水泥結石產生破壞，錨根便會被拉出；水泥

21、漿液結石對鋼鉸線的握裹力小于 張拉力，當張拉力大于水泥漿液結石對鋼鉸線的握裹力時，鋼鉸線便會從水泥漿液 結石內被拉出；從理論計算和實踐經驗來看，水泥漿液結石與孔壁之間的粘結力遠 大于水泥結石對鋼鉸線的握裹力，即鋼鉸線從水泥漿液結石中被拔出的可能性大于 整個錨根被拔出的可能性；水泥漿液強度偏低的原因有如下幾點：錨固段灌漿所使用的水泥標號偏低或灌入 的水泥漿液未嚴格按照試驗配方配置，實際配置的水泥漿液濃度偏小，漿液灌入 孔內后在凝固之前受到人為擾動；孔內存在裂隙水，灌入孔內的水泥漿液被裂隙 水稀釋，被稀釋后的水泥結石強度降低，其對鋼鉸線的握裹力或與孔壁的粘結力小 于張拉力時，在錨索張拉時便會將錨索

22、根部拉松；2）錨固段內存在寬大的裂隙通道，當錨固段內灌漿時，水泥漿液被灌入裂隙內，即 出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，所灌入的漿液量不能完全充滿錨固段，所形成的錨固段長較小，較 小的錨固段長內的水泥結石與孔壁的粘結力也較小，當張拉力大于錨固段長內的水 泥結石與孔壁的粘結力時，便可將錨根拔出。3）錨索下入孔內之后，出現(xiàn)塌孔，碎石及塌落物埋住鋼鉸線，錨固段內所灌入的水 泥漿液，不能完全握裹住鋼鉸線，即水泥漿液對鋼鉸線的有效握裹面積減小，水泥 漿液對鋼鉸線的握裹力自然減小，當對錨索施加的張拉力大于水泥漿液對鋼鉸線的 握裹力時，即可將鋼鉸線從水泥漿液結石中拔出或將整個錨根拔出。4）錨索孔伸入到完整巖石內的深度不夠，甚至

23、還未伸入到完整巖石內，錨根段內的 巖石強度偏低，或低于水泥漿液結石的強度時，即可將錨索的錨固段拉松。5）錨固段鋼鉸線捆扎過緊鋼鉸線之間沒有間隙或間隙過小，水泥漿液對鋼鉸線的握 裹層厚度較小，水泥結石對鋼鉸線的握裹力小于張拉力，導致錨固段被拉松。7.9.2防治措施1）使用能夠滿足張拉所需強度要求的高標號水泥；2）嚴格按照試驗室提供的配方配置水泥漿液；3）水泥漿液灌入孔內后，再未凝固之前，不得人為擾動錨索；4）錨索孔全孔鉆完之后，在錨索下入孔內之前，對全孔進行一次固結灌漿，減少孔 內滲水，以防止灌入孔內的水泥漿液被稀釋；5）在鉆孔過程中，當遇到寬大裂隙或斷層破碎帶時，應停止鉆進，對鉆孔固結灌漿 之后再行鉆進，以防漿液漏掉；6）在鉆孔過程中，當遇