个性化预应力锚索在那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的应用
个性化预应力锚索在那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的应用
张全保
（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司）
摘要：大坝右岸边坡滑坡日最大位移1200px、累计位移1.98m,正面产生三道剪切破坏，侧坡多处鼓胀变形，治理根据钻孔情况个性化设计预应力锚索内锚段，充分利用锚索及时进行支护，取得了显著的工程效果，为边坡加固处理提供了成功的范例。
关键词：个性化 预应力锚索 高边坡 加固 应用
1.引言：那邦水电站位于云南德宏州盈江县西部勐乃河上，是勐乃河水电开发四级的最后一个梯级。电站装机3×60MW，属引水式电站，枢纽布置由大坝枢纽、引水工程和厂区枢纽三部分组成。大坝枢纽为混凝土重力坝。工程为三等中型工程。
2.大坝右坝肩地质情况评述及加固方法选择
2.1右坝肩地质情况：坝址区两岸地形不对称，左岸边坡陡峭。坝址岩性为黑云角闪斜长片麻岩、眼球状混合片麻岩及条带状、条痕状斜长角闪片麻岩，其间夹多层黑云片岩或石英片岩，边坡的工程地质条件较差，尤其右岸坝基边坡的稳定问题尤为突出。
2.2右坝肩边坡加固方法选择：坝址区多年平均降雨量在4700.00mm左右，2009年6月份总降雨量1202.3mm， 7月份总降雨量854mm，。连降大雨之后右坝肩边坡滑坡启动，日最大位移1200px、累计位移1.98m。边坡临时加固采用底部压脚、坡脚打设2排排水孔、下游开挖一条排水洞、顶部封闭拉裂裂口和卸载；永久加固采用锚索结合锚拉板进行处理，。1000.00KN级无粘结预应力锚索设计中，灵活确定锚固段长度进行锚固。
3.锚索设计
3.1锚索设计材料利用强度：岩土工程锚索设计，一般考虑材料强度均有一定的安全储备，常采用保证强度的60%。现行《水工预应力锚索设计规范》（SL212-98）对岩锚、锚索设计张拉强度系数不大于0.69。经了解，国内已建工程的锚索材料利用强度为0.55~0.65倍，平均约为0.62倍，超张拉时为0.66~0.75，平均约在0.71左右。本工程1000KN级预应力锚索索体由7股Ф15.24mm1860级高强度低松弛钢绞线组成，锚索设计利用系数也具有相应的安全储备。
3.2动态化设计、内锚固段长度的确定：确定内锚固段的长度，主要考虑内锚固段能否满足锚索不会从胶结体中被拔出、锚索胶结体不会顺着孔壁产生位移，同时必须考虑必要的安全储备。
拟定锚固段的锚索等直径，锚索可以从胶结体中被拔出，则据下公式计算锚固长度Le。
当胶结体与锚索同时沿孔壁滑移时，则
k……锚固段安全系数;P……锚索的设计超张拉力;d、D……分为锚索材料、钻孔直径
c1……钢绞线与胶结材料的设计握裹力;c2……胶结材料体与孔壁的粘结强度设计值。
锚固段是为锚索提供抗拔力的地段，加固滑坡时一般置于滑动（或剪切）面（潜在滑动面）以下的稳定岩体中，通过灌浆将钢绞线与岩体连为整体以提供抗拔力。锚固段提供的抗拔力大小与锚索钢绞线强度、钢绞线与胶结体的握裹力以及胶结体与孔壁岩体的结合力有关。设计中以剪应力沿锚固全长分布，采用平均粘结强度来计算锚固段的长度。但事实上，剪应力在锚固段并非均匀分布，而是呈单峰曲线状分布，按剪应力均匀分布计算锚固段长度趋于不安全。目前，这一曲线的机理和模型尚在探讨中，锚固段设计只能变通地解决。边坡稳定分析中存在诸多不确定因素，随情况的不断变化应适时进行稳定复核，据此指导边坡支护工程的实施是边坡治理、加固设计的显著特点，开展个性化的动态设计是适应这一特点的有效方法。根据大坝右坝肩补充勘察的地质情况及锚索造孔过程中的岩粉情况分析，表明边坡内较深处岩体依然较为破碎，造孔过程中常伴有卡钻、落钻等情况，实际造孔过程中采取了跟管钻进的方法，严格实时记录每一钻孔进尺、回水颜色及钻进速度等数据，特别是对拟定锚固段始末采集的岩粉进行认真分析，以取得合理拟定锚固段长度的原始资料。造孔资料表明岩体内部风化较为严重，随孔深的不同岩石强度离散性强、强度偏低、岩性较为复杂，可能存在较大的构造裂隙或局部腔体，沿孔深甚至出现岩石与矿化粘土交替出现的状况。设计规范规定，正常情况下，一般锚固长度不宜超过10m。锚固段长度可以通过理论计算或采用工程类比法确定，亦可通过拉拔试验即破坏性试验来确定。经现场多次试验、分析、研究，并结合边坡具体地质情况，特别是锚索造孔过程中，孔内42m~48m深度范围内还存在风化较为严重、岩石强度较低的地质状况，参照潜在的滑坡面及局部滑坡面的工程特点，本着个性化的动态设计理念，拟定锚索孔深为60.0m，内锚固段长度为15.0m。较长的锚索内锚段在灌浆后，可以在边坡岩土体内形成一固结的较大块体，结合边坡坡面上的锚拉板整体受力，可以合理的改变整个边坡在开挖轮廓线内的应力状况，使边坡的力学边界条件得到合理改善，提高了整个右坝肩的整体稳定性。内锚固段对于较坚硬的岩质边坡采用等直径较好，方便施工。将锚索的内锚固段制作为连续的枣核状，在对锚索施加拉力时，钢绞线趋于调直，除核心段以外，其余胶结体即受挤压作用，此作用于内夹紧锚索，于外传至孔壁形成径向的辐射状压力，提供了内锚固段的摩擦阻力，以达到提高承载力的效果。
3.3外锚头设计
锚墩设计尺寸：顶部为0.3×0.3m，底部为1.1×1.1m（局部可能隐于锚拉板中）。
锚墩顶部设钢垫板，尺寸为300×300mm，厚50mm，其中心正交焊接一薄壁导向钢管，钢管外径φ160mm，壁厚5mm，长度0.8m。设置导向钢管是为了保证锚墩表面与锚索轴线垂直。 锚墩（正四棱台）内设置4层钢筋网，在导向钢管周围设置螺旋筋，钢筋直径均为φ14mm。
4.锚索施工技术要求简述
4.1锚索施工工序
编索
→穿索→内锚段灌浆→垫座混凝土浇筑→张拉→封孔灌浆
造孔→测斜
4.2锚索施工的技术要求：锚索施工技术要求高，专业性强，对编索、造孔、孔斜测量控制、内锚段灌浆、垫座混凝土浇筑、张拉、封孔灌浆等工序均有严格的施工要求，此处不再赘述。
5.锚索预应力损失的简要分析
5.1影响锚索预应力损失的主要因素：钢绞线外锚固端卡具产生滑移；围岩发生位移以及钢绞线松弛；混凝土的干缩、徐变，岩体的流变等因素都可能造成锚索预应力损失。
5.2锚索监测资料简要分析：右岸坝肩85束锚索共布置了5台锚索测力计，预应力损失过程表现为三个阶段：①急剧损失期6~12天，损失值-2%~-5%；②一般损失期2~5个月，损失值为-3%~-5%；③缓慢损失期锚索应力趋于稳定，下降幅度符合设计及相关规范要求。
6．结语：根据实际情况合理进行锚索内锚段长度的设计，动态灵活的设计理念取得了明显的工程效果；)锚索和锚拉板结合增强了锚索的加固群锚效果，对整体性差、内部结构复杂的边坡加固更具明显的工程效果；预应力锚索在工程加固、工程抢险中具有快捷、高效、经济合理优点。
【参考文献】
1.《土质学与土力学》 高大钊主编,2001年第三版，人民交通出版社。
2.《中国水力发电工程(施工卷)》 谭靖夷主编,2000年第一版,中国电力出版社。
3.《预应力锚索锚固段的应力分布规律分析》尤春安等，2005年第3期 岩石力学与工程学报。