基于預應力錨索設計和施工要點

蒲振旗

(新疆額爾齊斯河流域開發建設管理局，烏魯木齊830000)

隨著我國近些年來建筑產業經濟的迅猛發展以及建筑市場的全面對外開放，各種新技術、新工藝等浮出水面，在項目工程施工中廣泛被投入使用。其中，預應力錨索技術以它具備的施工便捷性能、占用作業空間小、加固性能良好等基本特性，在不少項目工程建設階段被廣泛采用，進而保證了基礎巖體工程的加固效果，為工程安全性能與質量控制標準體提供了有利實施基礎。如果以灌漿次數劃分應用種類，它可劃分為兩次灌漿全長黏結式與一次灌漿雙層保護自由式。可以說，這兩種灌漿作業方式在我國工程中得到的應用效果非常好，且造價相對均衡。其中，雙層保護預應力的應用的造價成本相對偏高，在我國不少大型水利電站中應用較為常見，但在多數工程施工中還未能普及使用此施工方法，即多數運用的是兩次灌漿的全長黏結式錨索。

1 錨索具備的基本特性

可以說，雙層保護預應力錨索具備的特性要比全長黏結式錨索的應用性能更為良好。主要體現在以下5點:①抗腐蝕能力突出。前者相較于后者全長黏結式錨索而言，其抗腐蝕能力更為突出。這是因為在其錨索內的錨固段有著波紋管與水泥膠凝體，并以這種材質作為抗腐層。此外，在張拉區域還有PE保護套、波紋管、水泥膠凝體三道抗腐蝕防線，進而使錨索的整體抗腐性能得以體現。②重復張拉特性。由于張拉區域鋼絞線處有PE保護套，且在保護套內填充了一定防銹蝕制劑，所以相對膠凝體而言是自由的，即使錨索張拉處于鎖定狀態，必要作業時也可根據需求去反復張拉，提高了錨索加固成效。③灌漿工藝便捷。由于張拉區域有著PE保護套，所以張拉段能夠運用一次灌漿工序進行，并等到漿液已經穩定凝固后達到基本標準強度要求就可以繼續張拉鎖定，進而要比兩次灌漿省去了不少工藝步序，即工藝相對便捷與簡化。④能夠預防邊坡變形。主要因為張拉部分是自由的，進而能夠在外錨部位安裝測力計，用以維持其正常變形的應力情況，起到防范、監測其應力變形的實用效能。⑤張拉區域的錨索受力均勻。

2 錨索設計研究分析

2.1 錨索長度選取

首先應結合懸吊理論做好支護設計。總體而言，錨索支護作用的發揮與巖層穩定性有關，所以要利用上部穩定巖層結構，將下部的不穩定性能巖體吊在上部巖層中，進而能夠體現錨索的支護性能。但在實踐中，不少工程設計單位為了能夠確定支護參數，就會刻意將錨索長度懸吊為15 m甚至更長。也就是說，這種懸吊長度雖然能夠發揮一定效用，但相比錨固部位和錨索托板間而言，其對巷道巖體發揮的是一種擠壓性質的加固效用，刻意設計懸吊高度發揮出的作用是次要的。所以，錨索設計應當盡量采取擠壓加固機理。此外，在錨索安裝作業部分，應當盡量確保熟練工種安裝，把握好安裝規律，并以6～7 m錨索錨固的長度為宜。

2.2 錨固時間

鋼絞線錨索是一種常用的錨固錨索，且這種錨索的直徑和錨索的延伸率有很大關系，即延伸率決定著巷道巖體變形的適應情況如何。如，15.25 mm直徑的錨索，其延伸率一般在3.5% ～3.7%，這種錨索也就并不適用于變形程度較大的巖體結構中。也就是說，確定錨索時間需要看錨固錨索與圍巖構造之間的變形適應情況。即過早安設錨索說明圍巖變形程度較高，從而極易導致錨索折斷，而太晚安設錨索會引起錨桿與錨索的加固段巖層離合。此外，通過錨桿和圍巖構造表面之間在變形期內的測驗，也可以看出圍巖變形的情況，如果其變形期內變形劇烈，是不宜采取錨索支護的。所以，這就要等到錨桿錨固的性能良好時，即其變形程度逐漸緩慢時，就是錨索支護安設的最佳時期。

2.3 錨索安設后的緊固方法

結合行業相關規程規范可知，錨索安設作業后應當及時供應100 kN為單位的預應力，并在距迎頭存有20 m間距時再展開2次緊固，進而能夠到2次緊固后的150 kN效果，降低了頂板變形的可能。但實踐中，由于專業安設錨索的設施不足或者施工中2次緊固工藝步序的省略，加上1次緊固后的預應力效果不夠，所以很難使其預應力要求得以滿足設計標準，最終降低了支護效果。所以，在場地作業管理中，就要重點對錨索施工作出重點質檢監督，并要重點抽查錨索作業的2次緊固，目的是監管施工方能夠按照行業標準、規程、設計要求去完成錨索2次緊固。

2.4 樹脂錨固劑卷選取

如果在錨索安設作業期間，用同種規格的樹脂錨固劑就會為其拌和帶來難度。此外，現場安裝作業人員中，很少有對樹脂錨固劑卷的凝結時間加以清晰了解的，所以難免會在安設階段采用同一規格的錨固劑卷。一般而言，樹脂錨固劑卷是一種常用錨固凝結錨固劑卷，其速凝時間大概在30 s，而錨索在攪拌直至穿過底孔的時間一般為1 min。所以，如果用同種規格的樹脂錨固劑卷，就會出現內部拌和均勻，而外部錨固劑卷超過凝固時間的現象，進而使錨固效果性能大幅度減半。所以，在使用樹脂錨固劑卷時應要盡量搭配中速與快速凝固規格的錨固劑卷，即快速的錨固劑卷用在里面拌和，從而解決了拌和困難費勁的局面，并加強了錨固質量。

2.5 樹脂錨固劑卷拌和時間

錨索安設時會出現安裝工在錨索和錨桿鉆機連接好后就進行攪拌或者直接把錨索穿過樹脂錨固劑卷推到錨索孔底后再開始攪拌的現象，前者因樹脂錨固劑卷過早拌和造成大量的樹脂附著在孔壁上，有效錨周長度減少;后者造成錨固劑攪拌不充分，兩者都不能很好地達到錨固效果。正確的做法為錨索和錨桿鉆機連接好后應緩慢升起錨桿鉆機，把樹脂錨固劑卷推到孔底后再啟動錨桿鉆機開始攪拌樹脂錨同劑卷。邊攪拌邊推進錨索直至孔底。此段攪拌時間應占整個攪拌時間的70%;錨索到達孔底后攪拌一段時間再停機，此段時間應占整個攪拌時間的30%左右。

3 主要施工技術要點探討

3.1 張拉與鎖定

錨索張拉以及錨索鎖定是預應力錨索巷道作業中的一個關鍵環節，具體應當堅持以下步序進行作業:①要用壓力計或者載荷儀等力學控制設施對其均勻加強荷載，以使載荷要求達到設計標準，即1.25倍，且要保持加載速率控制在40 kn/min。②維持加壓荷載20 min后，測量出這20 min中內的錨索漸變位移量，位移量如果測出超出了2 mm，則可以客觀判定其錨索為不合格，如果測量值在2 mm內，則可以將載荷值降到作業標準即可。③當錨索不合格時，應當繼續加大保持加壓載荷的時間，一般以45 min為宜，同樣要測量出錨索的位移量，監理檢查荷載與位移及位移與時間的關系，如果在荷載峰值時，錨索的彈性變形在上下限(上限對應于錨索的伸長值等于自由長度加50%黏結長度時的理論彈性伸長值，下限對應于錨索的伸長值等于80%自由長度的理論彈性伸長值)之內，則認為錨索是合格的;否則，為不合格，需另設置一根代替。

3.2 質量控制

預應力錨索加固技術的質量控制點應側重對加固效果的評定，在諸多對其加固邊坡成果造成影響的一系列要素中，錨索本身質量是關鍵。即錨索錨固工藝要求最為嚴格。因此，應當做好以下幾點工作，來確保錨索錨固的整體成果。

1)提交文件。圍巖結構開挖≥60 d，施工方應能向第三方監理組織單位提供錨索安裝以及預應力錨索設計方法等技術檔案。此外，還要保證錨索開工前≥20 d，施工方應當按照作業流程把好鋼絞線質量驗證關，即把錨索鋼絞線的質檢試驗相關報告遞交到第三方監理單位。在試驗報告中能夠指明鋼絞線的強度性能、極限屈服強度、以及延伸率、彈性模量等指標是否達到標準。同時，在相關試驗開始10 d前，施工方應能向第三方監理單位遞交關于使用的安裝工具設施的報告文件，如千斤頂、壓力計、載荷儀、以及作業泵等相關設施的技術資料復印件。

2)現場實驗。施工單位應當至少在圍巖、巖體結構開挖前的60 d左右進行場地試驗，目的是檢驗錨索預應力技術是否能夠在當地施工環境下達到合理的預應力標準或要求。對于選定的試驗對象而言，應以監理單位提供的選定支護結構、巖體類型進行試驗，直到試驗錨索使用報廢為止。此外，應當按照相關規程技術規范對預應力錨索進行質量規格試驗，目的是評定其載荷、屈服強度等是否達到質量控制標準。

3)記錄。開挖循環作業過程中，施工方應能配備專人負責記錄施工日志，用以錨索施工安裝后能夠向第三方提供詳細的施工日志。具體記錄的施工日記內容中應當包括:首先是時間、日期、場地、錨索規格、鉆孔與安裝工序內容、鉆孔過程所遇到的巖層地質情況等。其次，還有關于鉆孔的檔案記錄，如鉆孔工藝方法、孔徑與長度、鉆頭與鉆機型號等。再者，對于灌漿過程中的漿液成分、灌注時間、以及灌注量等也要做好必要日志。最后是試驗結果記錄，試驗結果均應以監理同意的格式和可以接受的方式記錄;試驗結果的復印件最遲應在試驗完成的當班結束時提交給第三方監理單位。同時，對每根預應力錨索的試驗應提供下述資料:荷載與錨索自由端變形的關系，恒載作用下徐變與時間的對數坐標關系，彈性變形和永久變形的分配，各級荷載作用下承壓板的沉降變形與時間的對數坐標關系。

4)確保錨索施工工藝質量。錨索工藝主要包括鉆孔測點定位、固結灌漿、壓水試驗、編索及送索等。在鉆工測量定位中，應能保證清孔質量，必要時可以兼用水洗及風干方式;在固結灌漿過程中，應側重看其防滲性是否良好，可在錨索孔處配套設置止漿包，止漿時可以采取水壓和孔壁密貼，以保證錨索錨固段的質量、防滲性、以及抗腐能力等;壓水試驗要保證固結灌漿質量，從而才能使壓水實試驗合格;編索和送索環節要保證鋼絞線與灌漿管不受破壞，沒有開裂、裂隙存在，并做好錨索送孔等。

4 結語

預應力錨索技術在當前已經廣泛投入到巖體構造施工作業中，并在巖體加固工程及其他專業工程中所得了不小成果。因此，為了保證錨索施工工藝的質量與成果，相關參建單位要結合實際作業環境、條件等做好錨索加固作業，以此才能逐步積累實踐作業經驗，使我國的預應力錨索技術體系更加完善，確保錨索工藝作業完工后質量與成果。

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