摘要：永久船閘主體段直立邊坡錨固工程量大，結構復雜，技術難題多，工期短，質量要求高，施工條件差；施工中，較好地處理了錨固與開挖的關系，突出解決了錨束造孔、驗孔、穿束、高排架搭設及安全管理問題。

關鍵詞：三峽永久船閘；高邊坡錨固工程；施工技術

1 工程概述

三峽工程永久船閘主體段長1607m，均在山體開挖中修建，形成最大邊坡高176m，最高直立墻68.5m。雙線船閘間保留寬60m，高45～68m的直立巖石中隔墩，直立閘墻邊坡結構為1.5～2.4m的混凝土薄襯砌墻，墻體通過系統(tǒng)結構錨桿與巖體連接。

永久船閘主體段巖石以前震旦紀閃云斜長花崗巖為主，其間分布少量的片巖捕虜體、花崗巖脈、偉晶巖脈、輝綠巖脈和石英巖脈。巖性雖然很好，但是由于受斷層裂隙切割和高直立坡巖體開挖后的應力回彈、巖體擴容等因素的影響，對邊坡穩(wěn)定構成很大隱患。為改善開挖后山體巖石應力調整狀態(tài)，確保高邊坡施工期巖體穩(wěn)定和運行期的結構穩(wěn)定，設計采用了預應力錨束和系統(tǒng)結構錨桿加固的措施。

永久船閘開挖與錨固典型斷面圖

原設計和動態(tài)設計預應力錨束4367束，系統(tǒng)高強錨桿9.28萬根，系統(tǒng)普通錨桿7000余根。

2 工程特點和難題

永久船閘主體段直立坡錨固工程量大，線長面廣，結構復雜，工序干擾大，技術難題多，是三峽工程關鍵性施工技術難題之一。

2.1 工程特點

(1)高質量：永久船閘是長江通航的控制性工程其邊坡穩(wěn)定又是關鍵。因此必須高質量施工錨固工程。

(2)高強度：錨束平均施工強度為140束/月，高峰期達200束/月；高強錨桿施工強度為8000根/月，高峰期達10000根/月。

(3)高難度：錨束、錨桿結構復雜，技術含量高，高空作業(yè)，施工難度大，環(huán)境條件差，又無類比工程施工經(jīng)驗，全靠集體智慧結合實際研究解決。

(4)高排架：由于錨束施工的程序是在閘槽第一梯段開挖完后，再進行錨束造孔和隨機支護，第二梯段開挖完后進行錨束安裝；高強錨桿的結構有外露段，閘室槽開挖未完成之前，不宜安裝；因此高排架施工是必然的。

(5)高水平：在狹窄的閘槽內，既要進行開挖施工，又要進行錨固施工；既要有科學的嚴密的施工組織設計，又要有高素質的組織協(xié)調，才能保證施工正常有序。

2.2 工程難題

(1)錨固與開挖的互相干擾和制約問題。由于錨固工程施工必須緊跟深槽開挖同步進行，因此存在著互相干擾和施工進度互相制約的問題。這是錨固工程能否按計劃實施的關鍵性難題。

(2)水平錨束孔的造孔問題。由于閘墻結構復雜，錨束孔稍有偏移就會影響到墻后排水孔幕、浮式系船柱和閘墻混凝土結構分縫，所以，錨束孔造孔精度要求高，除少量斜孔外，大部為水平孔。要求端頭錨孔斜率≤2%，對穿錨孔斜率≤1%；終孔孔徑1000kN級為φ115mm，3000kN級為φ165mm。如此高精度的造孔要求，在國內尚屬首例，國家行業(yè)標準對孔斜率要求≤3%。因此，要高質量完成好預應力錨束工程施工，必須首先解決造孔的技術難關。

(3)高直立坡穿束問題。閘室寬37m，直立墻高45～68.5m，錨束長度18～66m；在沒有交通道路的條件下，完成高直立墻的穿束，尤其是中隔墩的穿束問題，也是錨束工程施工中的又一大技術難題。

(4)高排架的搭設及安全使用問題。永久船閘錨固工程施工中的高排架的搭設及安全使用，既是技術問題，又是管理問題。因此，高排架的搭設及安全使用也是錨固工程施工中的一大難題。

(5)高強錨桿施工的技術難題。高強錨桿既具有錨固巖體。又具有穩(wěn)定結構混凝土的雙重作用。錨桿設有自由段，自山段的防腐處理和壽命問題，同樣是錨固工程施工中的一大難題。

2 開挖與錨固工程施工的關系及措施

3.1 施工關系

二期錨固工程量大，線長面廣，結構復雜，技術含量高，周期長，互相干擾的因素多，環(huán)境條件差。由于深槽開挖與高邊坡錨固的特殊性，對開挖與錨固工程的施工，也提出了特殊的要求。錨固工程施工必須緊跟深槽梯段開挖同步進行，技術要求規(guī)定，上一梯段的錨固支護工程未完成的部位，不得進行下—梯段的開挖。因此，要在狹窄的深槽內組織好開挖與錨固工程施工，排除相互干擾和相互制約的影響，必須嚴格按照施工秩序施工，并根據(jù)現(xiàn)場實際，協(xié)調開挖與錨固工作面，其施工程序關系為：

協(xié)調原則為：①先開挖，后錨固，開挖為錨固創(chuàng)造條件。②自上而下，先支護后錨束，再高強錨桿。③先閘首，后閘室，保重點，促一般。④錨固工程已經(jīng)注漿，但強度達不到70%時，該部位20m內不準進行爆破作業(yè)。

3.2 技術措施

(1)提前造孔，縮短錨束施工周期。二期布設系統(tǒng)對穿錨1229束，其中中墩有283束，南北坡有946束。南北坡的對穿錨分別與山體排水洞對穿，我們采取提前進入排水洞進行錨束造孔的措施，避開錨束施工高峰期，縮短錨束的施工周期，減少了錨固與開挖施工的干擾。

(2)優(yōu)化配合比，縮短施工工期。砂漿和水泥漿的強度要求是R28350#，混凝土墊墩的強度是R7350#或R28350#。為了縮短工期分別優(yōu)化配合比，砂漿和水泥漿優(yōu)化為R7350#，混凝土墊墩配合比優(yōu)化為R3350#和R7350#，但是冬季不準用R3350#的配合比。由于優(yōu)化配合比，縮短工期4～21天，同時又開挖創(chuàng)造了條件和爭取了時間。

(3)懸空排架，減少干擾。在錨束工程施工中，施工周期較長。雖然采取以上措施大大縮短了工期，但是，在正常情況下，也要1520天/束。南北兩側邊坡的對穿錨可以在排水洞內提前造孔，但是端頭錨和中隔墩的對穿錨必須在深槽內搭設排架施工。只要在閘槽內進行錨束施工，就占壓工作面2個多月，尤其是中隔墩，由于雙線開挖進度不能完全協(xié)調一致，占壓時間就更長。因此，局部采取懸空排架措施，進行錨束后續(xù)工序的施工。這個措施雖然造成排架加固投入加大，施工安全管理難度加大，但是從全局上看是有利的，減少施工干擾和縮短工期。

4 預應力錨束施工中的幾個關鍵技術問題

4.1 水平孔造孔技術

永久船閘對穿錨束施工條件特殊、精度要求高，工程量大，強度高，是控制錨束工程施工進度的關鍵工序。因此，解決好水平孔鉆孔的技術問題，是確保工程施工質量和進度的關鍵。為了解決好這個問題，針對本工程高直立墻，高排架和小隧洞(洞寬3m)的特點，我們采取了如下措施：

4.1.1 鉆機的研制和改造

鉆機是解決造孔問題的關鍵手段。整個工程施工主要使用DKM-1型鉆機。

水平孔設計參數(shù)與DKM-1型鉆機主要技術參數(shù)對照表

4.1.2 鉆孔質量控制

(1)排架加固：在搭設好的施工排架的基礎上，對鉆孔孔位5m范圍內的施工平臺進一步加固，保證鉆孔過程排架不變形，不擺動。

(2)鉆機定位：用測量儀器測放孔位后，在開孔前，利用2mm/m精度的水平尺及鉆具置于水平，使鉆具軸線與鉆孔軸線在鉛垂面內重合，將鉆機固定。

(3)開孔：開孔時，使鉆頭接觸巖面不回轉或采用人工輕微回轉，待鉆頭將巖畫鑿出凹形坑時。再使沖擊器正常回轉工作。進尺20～30cm時，重新校核鉆具軸線與鉆孔軸線在鉛垂面內是否重合。

(4)鉆進參數(shù)：鉆壓：確定鉆壓的原則是加壓使沖壓器正常工作、沖擊器頻率不再增高時為止。一般鉆壓采用6～10kN，隨孔深增加而加大。

轉速：DHD-340A和DHD-360型沖擊器是高風壓沖擊器，應盡量減少管路風壓損失，保證較高風壓，有利于提高鉆進效率及保證鉆孔質量。風壓力0.8～1.1MPa；轉速為30～50r/min；風量為15m3/min左右。

鉆桿：鉆桿對φ115mm孔徑應不小于φ91mm、對φ165mm的孔徑應小于φ108mm。

4.2 水平孔驗孔技術

4.2.1 驗孔方法

所謂驗孔就是對錨孔的測斜驗收，是錨束施工中的工序驗收。對于水平孔孔斜的測孔，目前尚未有這種儀器和手段，為了解決水平孔驗孔問題，我們在總結經(jīng)驗的基礎上，用土方法和測量儀器相結合進行。

(1)端頭錨 將手電筒反向安裝放置孔底，利用經(jīng)緯儀測出燈炮的方位角和傾角，從而計算小鉆孔的孔斜率。當燈泡偏離出視線時，則采用多點照像測儀測斜。

(2)對穿錨：利用經(jīng)緯儀測出開孔及終孔孔位座標及高程，從而計算出孔斜率。

4.2.2 孔斜率計算公式：

K=(ΔL/L)×100%

K--孔斜率

ΔL——鉆孔偏移量(m)

ΔX——鉆孔水平偏移量(m)

ΔH--一鉆孔豎向偏移量(m)

4.3 高直立墻穿束問題

永久船閘閘槽開挖后，形成寬37m的南北兩個深槽，錨束布置在高45～68.5m雙線雙向直立墻上，在開挖施工未結束之前，溝通南坡-中隔墩-北坡的交通橋未建，豎直運輸門機設備尚未安裝，閘槽內錨束施工與開挖施工又相互矛盾，對錨束的運輸安裝提出了一大難題。為此采取在南北坡(或中隔墩)頂面設一支墩和斜拉樁，纜索連接到中墩支墩或錨束孔口附近錨桿固定。運輸錨束體時，按間距3m在纜索上布置帶鉤的滑輪，滑輪之間用一根粗麻繩連在一起，中間預留足夠左右移動的長度；一端用麻繩控制速度，另一端牽引，勻速把束體送至需要穿束的位置。對穿錨的穿束，在利用運送束體的纜索的同時，還在孔的另一端安裝小卷揚機配合牽引，完成穿束工序。端頭錨的穿束，利用運送束體的纜索，配以人工推完成穿索工序。由于采用纜索的施工方法，不但節(jié)省了人力、物力，而且避免了錨束體在運輸過程中的扭曲變形，解決了閘槽內施工矛盾問題，提高了功效。

4.4 高排架的搭設及安全使用問題

永久船閘系統(tǒng)錨束施工，施工組織設計安排滯后開挖1～2梯段施工，動態(tài)設計的錨束，在閘槽開挖成型后，根據(jù)地質編錄資料而布置，錨束孔位高度最高達60m。要在如此高的排架上利用回旋沖擊鉆(鉆機自重近1t，一套鉆桿近1.5t)進行錨束造孔安裝并保證施工安全，確實是非常復雜的問題，因此，高排架的搭設必須嚴格按設計圖紙施工，并滿足以下要求：①排架的自身安全與穩(wěn)定。②施工排架要求能抗沖擊、不搖擺。③能滿足承重要求。④使用的鋼管和扣件，必須滿足質量要求。

高排架使用前，必須經(jīng)過施工單位自檢合格，報指揮部安全處驗收合格發(fā)使用征，并掛牌明確現(xiàn)場責任人管理使用。

5 高強錨桿的施工工藝

5.1 自由段防腐保護

高強桿結構錨桿，由內錨段，自由段和外錨段等三部分組成。桿體材料為V級32mm精軋螺紋鋼筋。自由段長度有0.5m，1.0m和1.5m等三種形式，均安裝在巖體與結構混凝土接觸面處，起到適應變形、提高抗剪能力和穩(wěn)定結構作用。

工藝流程

噴砂除銹→熱噴鋅→封閉涂料→橡膠套管→驗收

(1)噴砂除銹：噴砂除銹前，先清除桿體表面油污浮銹，后再進行噴砂除銹。噴砂除銹后桿體表面清潔度應達到GB8923-88中的Sa21/2級，表面粗糙度為40～80μm。

(2)噴鋅：噴鋅工藝采用先進的熱噴涂方法——電弧噴涂。電弧噴涂采用XDP--5型電弧噴涂機，主要選用φ3mm的鋅絲。噴涂層厚度為200μm。

(3)封閉涂料：封閉涂料采用BW9306為底漆，BW9355為面漆，封閉涂料層厚200μm。

(4)安裝橡膠套管：漆膜完全固化后，安裝橡膠套管。橡膠套管是根據(jù)設計要求參數(shù)，經(jīng)專門配方并生產(chǎn)性試驗合格后，指定專門廠家生產(chǎn)。安裝時，按設計自由段長度切割橡膠套管，按要求準確安裝后在兩端用高壓絕緣膠帶綁扎牢固。

(5)驗收：是指對錨桿自由段防腐處理工藝過程驗收。

5.2 錨固段中設托架

錨固段中安裝托架，主要是保證錨固段中桿體的砂漿保護層厚度，提高桿體的耐久性。托架的材料，采用10～12mm鋼筋下料加工成型后夾在桿體上。托架的布置，距孔底和自由段0.5m處各設一個，中間段每距2.0m設一個。

5.3 封孔灌漿工藝的改善

為了確保高強錨桿封孔灌漿質量，在高強錨桿內錨段增設進回漿管，孔口進行封堵。灌漿時，回漿管回濃漿后并漿10min，同時抬高回漿管高于孔口1m以上的位置綁扎好后，結束灌漿。

6 問題和建議

6.1 有粘結預應力錨索的耐久性問題

由于永久船閘直立邊坡(墻)，不同于一般工程的邊坡，既要保征施工期穩(wěn)定又要保證運行期間的穩(wěn)定。本工程運行后閘室水位變幅頻繁，結構受力復雜，對鋼絞線的耐久性顯得更加重要和突出，因此對如下問題應該引起注意：

(1)有粘結預應力錨索張拉段鋼絞線的保護偏于單薄，只采取水泥漿結石保護與建筑物的永久性和重要性有一定的差距。

(2)受水位變幅頻繁作用的影響，高應力狀況下的錨束應力變化頻繁，既造成鋼鉸線的疲勞，又可能產(chǎn)生局部保護水泥結石拉裂，造成有毒物質侵蝕影響局部鋼鉸線的壽命。

(3)由于船閘工況特殊，高直立墻，最底一排錨束長期處于水中，要采取補救措施相當困難，且影響也相當大。

6.2 關于二期進漿管堵塞問題

在施工過程中，由于多種原因造成少量錨束二期進漿管堵塞；為了保證二期進漿管堵塞后封孔灌漿質量，現(xiàn)場采用排氣管、備用管和加鉆排氣孔等措施進行處理。

在錨索工程施工灌漿方法上：原設計是孔底進漿，回漿管回濃漿后，并漿結束。采取補救措施后的灌漿方法為孔口內循環(huán)灌漿，實際吸漿量大于或等于理論吸漿量；灌漿時壓力提高至0.7MPa；回漿比重大于或等于進漿比重；回漿管回濃漿后，孔內不明顯吸漿，并漿30min結束。

一種意見認為這種灌漿方法和控制措施保證了封孔灌漿的密實度；也有一種意見認為很難保證封孔灌漿密實度。

6.3 建議

(1)3000kN級的預應力錨索，鉆孔終孔孔徑應不小于176mm。

(2)對于水平端頭錨索的二期進漿管最好從錨具中間引出，避免堵塞。

(3)對永久性工程的預應力錨索，應有提高防腐意識，采取2～3道防護措施。有關專家認為永久性工程應推廣使用無粘結錨束，這個問題值得加以研究。

(4)水平孔鉆孔難度太大，且不利于封孔灌漿。建議改為斜孔，既有利于鉆孔，又利于保證封孔灌漿質量。

[作者簡介]

作者簡介：陳孝英，男，武警水電三峽工程指揮部，高級工程師。