龙场渡槽出口侧地锚系统布置及地质评价

　　摘要:龙场渡槽是黔中水利枢纽工程总干渠C3标控制建筑物，渡槽总长340m，主拱净跨200m，是世界第一大跨拱式渡槽，工程采用缆索吊装结合斜拉扣挂的施工方法，为保证施工安全，施工单位编制了临时专项施工方案。根据地锚系统的专项设计，地质按现场地形、地质条件，对地锚系统采用钻探、物探、室内及现场锚杆抗拔试验等专项地质勘察，结合地锚系统设计、施工期地基处理、变形监测等，对渡槽出口侧主缆地锚系统勘察、设计、施工全过程进行综合分析对比总结，可为岩溶地基地锚系统的勘察设计、施工提供参考。

　　关键词:龙场渡槽;地锚系统;岩溶地基;地基处理;变形监测;综合分析

　　0引言

　　混凝土拱式结构渡槽能充分发挥混凝土的受压性能，为水利输配水工程跨越深大沟谷的重要结构形式。借鉴于拱式桥梁的施工方式，混凝土拱式结构渡槽也可根据场地地质条件、结构特征、施工控制等因素采用有支架现浇法、转体施工法、悬臂拼装法等方法。文章针对施工中主缆试拉过程中地锚局部锚索出现破坏现象的实际情况，找原因、系统分析、结合工程实例介绍出口岸岩溶地段地锚系统的布置，地锚系统设计、施工期地基处理、变形监测等工作进行总结，供同行参考。

　　1工程概况

　　龙场渡槽为贵州省黔中水利枢纽一期工程总干渠C3标中过水建筑物之一，是世界第一大跨拱式渡槽，总长340m。上游接大水井隧洞、下游接明渠。渡槽为拱式渡槽，拱圈轴为悬链线，拱箱为变截面拱箱，拱高3.5m，拱宽由12m渐变为5m，主拱净跨200m，离地面最大高度120m，世界上单跨最大的混凝土拱式渡槽。原设计为现浇混凝土，因渡槽所处的地形特点，考虑到安全、工期、成本等方面问题，渡槽主拱圈改为预制吊装法施工。

　　主拱圈除0#现浇段19.6m外，其他截断均采用整体分段预制和悬臂安装方案，纵向分为26段进行预制吊装。但由于起吊重量特大，且在主缆试吊时，地锚的局部锚索出现破坏现象，故需要地锚系统进行详细的勘察设计及地基处理，为设计提供可靠的保障[1]。

　　2工程地质条件

　　龙场渡槽横跨龙场小河，小河为不对称的"V"型斜向河谷，谷底宽15m，谷底冲洪积砂卵砾石层厚2-3m。出口岸(右岸)地形坡度均匀，约40°左右，基岩裸露，为硬质岩构成的斜向坡，自然边坡稳定，出口岸(右岸)坡顶高程为1362.2m，相对高差约200m。出口岸的覆盖层为残坡积、冲洪积物，成分黏土夹碎石以及砂卵砾石层，厚0-5.7m;下伏基岩有白垩系(K):块状角砾岩，砾石成份以灰岩、泥质灰岩为主，砾石粒径2-10cm，分选性差，磨圆度差，砾石含量约占70%，为紫红色泥砂质胶结，厚度小于148m。主要分布在出口侧主缆索重力锚处。

　　三叠系下统夜郎组第二段(T1y2):中厚至厚层灰岩，顶部夹厚约3m泥岩，厚度约80m，分布于扣挂背索的锚碇及锚索基础处;岩体强风化层下限深度3-5m(法向)，弱风化层深15-20m(法向)。建筑物基础总体多布置在T1y2灰岩的强岩溶地层上，地表岩溶形态主要表现为溶沟、溶槽、溶洞等较发育。其中溶洞K4分布于渡槽出口侧，ZKS11号钻孔旁，溶洞口呈椭圆型，长轴长约10m，短轴宽约6m，深度约10余m，底部被黏土及块石充填，经勘探，并通过电磁波CT实测。

　　3出口岸地锚

　　3.1锚碇及锚索、隧洞内锚固墙的布置

　　出口侧的地锚采用了3个混凝土锚碇和1个隧洞内锚固墙。出口侧背索锚碇布置在EL1256.5m以上，从下至上分别为1#、2#、3#锚碇，锚碇紧贴坡面并采用预应力锚索与坡体连接，其中1#锚碇有57束锚索，2#锚碇有28束锚索，3#锚碇有25束锚索，锚索采用8根1860级直径为15.24mm的钢绞线，锚索长度约38-44m，锚固段长度10m，每束锚索张拉至1100kN。

　　0#-4#背索通过预埋件锚固在1#锚碇上，5#-6#背索锚固在2#锚碇上，7-8#背索锚固在3#锚碇上。出口侧临时锚碇采隧洞内加锚固墙的形式，隧洞深25m，锚碇尺寸长8m，后侧高6.5m，厚4m。嵌固在山体岩石中≥4.0m。9#-13#背索锚固在锚固墙上。

　　3.2地锚工程地质条件及评价

　　对于锚碇地基，根据锚索的钻孔记录，均出现不同程度的掉钻现象、裂隙漏风、塌孔等现象，根据记录:1#锚碇钻孔多在深度为20-28m之间出现掉钻现象，掉钻深度多为2-3m;2#锚碇多在深度为25-30m之间出现掉钻现象，掉钻深度多为3-5m;3#锚碇多在深度为20-40m之间出现掉钻现象，掉钻深度多为3-5m，且掉钻部位较多。

　　对于隧洞内锚固墙，根据钻孔ZKS8揭露地质条件，结合ZKS1与ZKS11号孔的电磁波CT资料，进行综合分析，下游锚碇范围岩体溶蚀破碎严重，局部发育有溶洞，对锚碇稳定性有较大影响。根据勘探钻孔和物探资料，结合锚索钻孔施工情况及勘察分析的岩溶发育情况，勾画出溶洞分布的大致范围，并划出岩体溶蚀破碎区域。

　　3.3地基处理

　　根据钻探及物探揭露，锚碇锚索布置的位置，受力岩体均位于T1y2中厚层灰岩中，岩层倾向龙场小河下游，倾角35°-40°其岩溶发育、岩体破碎，锚索方位角与岩层走向夹角约30°，即锚索孔小角度穿过岩层面，在锚索拉力的作用下，岩体侧向受剪切力，而非垂直于层面受剪，这对岩体整体稳定性有利。

　　4地锚结构设计成果

　　根据勘探取样常规试验和直剪试验、现场锚杆张拉试验的黏结强度，结合规范和工程类比确定地质参数，计算锚索力和锚碇面积，锚索张拉后，1#锚碇、2#锚碇和3#锚碇的基底应力为362kPa、253kPa和299kPa，均小于中风化岩石地基承载力特征值。

　　根据背索索力和锚索的承载力对比，1#锚碇、2#锚碇和3#锚碇的安全系数均在3.0左右;另外，按现场锚杆试验，单根预应力锚索锚固段按8m计算，其稳定性系数约2.7。由于有明显的三维特征，项目设计还采用Flca3D三维差分法进行分析，锚固墙按悬臂考虑。锚索采用锚单元模拟，拉力F直接作用在锚单元端部节点上，本构模型采用莫尔库仑模型。根据地质提供参数及设计分析成果锚索及锚固墙变形和应力满足规范要求。

　　5现场监测

　　龙场渡槽边坡的监测项目主要有两岸边坡表面变形监测、边坡深部位移监测以及巡视检查等。对比数值分析和监测资料，位移变化均在毫米级，差异不大。主缆地锚系统变形在设计控制范围内，施工过程安全、平稳。说明龙场渡槽出口岸岸坡地锚系统布置范围存在岩溶洞穴、溶蚀风化破碎岩体，完整性较差的情况下，查明了地质条件，提供地质参数可信。经针对性工程处理后，项目安全获得保证。

　　6结论

　　1)本工程前期主缆试拉过程中地锚局部锚索出现破坏现象的原因是现场岩溶地基地质条件复杂，施工对临时工程的重视程度不够，也可能存在操作问题。因此，对这种重要建筑物及重大施工方案进行专项勘察设计是必要的。2)龙场渡槽出口岸岸坡岩溶强发育，受现场地形、地质条件限制没有采用隧道锚和桩锚。经勘探证明，地锚系范围存在较大规模岩溶洞穴、溶蚀风化破碎岩体。对地锚系统布置影响大，在无法避开不良地质条件的情况下，本工程通过对受力岩体内存在的溶蚀洞穴予以充填、溶蚀风化破碎带和锚固墙周边破碎岩体进行专门固结灌浆处理方式是成功的。

　　3)该渡槽施工专项方案根据地形和地质条件采用锚索与坡体相连的贴坡锚碇及洞内锚固墙的结构形式，便于施工和监测，在实际施工中，除了通过对单根锚索施工质量控制外，还通过地表及地下监测来控制锚碇的整体受力。4)施工过程中根据监测成果看，对比数值分析和监测资料，位移变化均在毫米级，差异不大。主缆地锚系统变形在设计控制范围内，施工过程安全、平稳。

　　5)岩体的完整性是地锚系统建设的重要条件，为了使整个工程安全可靠，应避免将地锚设置在岩体节理发育或有较多泥化夹层及卸荷带等地质缺陷的地带，而是要选择在岩体强度高、刚度大、风化少的地段。由于地锚系统中锚索抗拉黏结强度受地质条件影响大，对操作人员要求高，同时还可能产生群锚效应。因此，在条件许可的前提下，优先采用隧道锚和桩锚。

　　参考文献:

　　[1]贵州省水利水电勘测设计研究院.黔中水利枢纽一期工程总干渠龙场渡槽施工缆索地基及扣挂背索地基工程地质勘察报告[R]，贵阳:贵州省水利水电勘测设计研究院，2014.

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