基于预应力锚索设计和施工要点

蒲振旗

(新疆额尔齐斯河流域开发建设管理局，乌鲁木齐830000)

随着我国近些年来建筑产业经济的迅猛发展以及建筑市场的全面对外开放，各种新技术、新工艺等浮出水面，在项目工程施工中广泛被投入使用。其中，预应力锚索技术以它具备的施工便捷性能、占用作业空间小、加固性能良好等基本特性，在不少项目工程建设阶段被广泛采用，进而保证了基础岩体工程的加固效果，为工程安全性能与质量控制标准体提供了有利实施基础。如果以灌浆次数划分应用种类，它可划分为两次灌浆全长黏结式与一次灌浆双层保护自由式。可以说，这两种灌浆作业方式在我国工程中得到的应用效果非常好，且造价相对均衡。其中，双层保护预应力的应用的造价成本相对偏高，在我国不少大型水利电站中应用较为常见，但在多数工程施工中还未能普及使用此施工方法，即多数运用的是两次灌浆的全长黏结式锚索。

1 锚索具备的基本特性

可以说，双层保护预应力锚索具备的特性要比全长黏结式锚索的应用性能更为良好。主要体现在以下5点:①抗腐蚀能力突出。前者相较于后者全长黏结式锚索而言，其抗腐蚀能力更为突出。这是因为在其锚索内的锚固段有着波纹管与水泥胶凝体，并以这种材质作为抗腐层。此外，在张拉区域还有PE保护套、波纹管、水泥胶凝体三道抗腐蚀防线，进而使锚索的整体抗腐性能得以体现。②重复张拉特性。由于张拉区域钢绞线处有PE保护套，且在保护套内填充了一定防锈蚀制剂，所以相对胶凝体而言是自由的，即使锚索张拉处于锁定状态，必要作业时也可根据需求去反复张拉，提高了锚索加固成效。③灌浆工艺便捷。由于张拉区域有着PE保护套，所以张拉段能够运用一次灌浆工序进行，并等到浆液已经稳定凝固后达到基本标准强度要求就可以继续张拉锁定，进而要比两次灌浆省去了不少工艺步序，即工艺相对便捷与简化。④能够预防边坡变形。主要因为张拉部分是自由的，进而能够在外锚部位安装测力计，用以维持其正常变形的应力情况，起到防范、监测其应力变形的实用效能。⑤张拉区域的锚索受力均匀。

2 锚索设计研究分析

2.1 锚索长度选取

首先应结合悬吊理论做好支护设计。总体而言，锚索支护作用的发挥与岩层稳定性有关，所以要利用上部稳定岩层结构，将下部的不稳定性能岩体吊在上部岩层中，进而能够体现锚索的支护性能。但在实践中，不少工程设计单位为了能够确定支护参数，就会刻意将锚索长度悬吊为15 m甚至更长。也就是说，这种悬吊长度虽然能够发挥一定效用，但相比锚固部位和锚索托板间而言，其对巷道岩体发挥的是一种挤压性质的加固效用，刻意设计悬吊高度发挥出的作用是次要的。所以，锚索设计应当尽量采取挤压加固机理。此外，在锚索安装作业部分，应当尽量确保熟练工种安装，把握好安装规律，并以6～7 m锚索锚固的长度为宜。

2.2 锚固时间

钢绞线锚索是一种常用的锚固锚索，且这种锚索的直径和锚索的延伸率有很大关系，即延伸率决定着巷道岩体变形的适应情况如何。如，15.25 mm直径的锚索，其延伸率一般在3.5% ～3.7%，这种锚索也就并不适用于变形程度较大的岩体结构中。也就是说，确定锚索时间需要看锚固锚索与围岩构造之间的变形适应情况。即过早安设锚索说明围岩变形程度较高，从而极易导致锚索折断，而太晚安设锚索会引起锚杆与锚索的加固段岩层离合。此外，通过锚杆和围岩构造表面之间在变形期内的测验，也可以看出围岩变形的情况，如果其变形期内变形剧烈，是不宜采取锚索支护的。所以，这就要等到锚杆锚固的性能良好时，即其变形程度逐渐缓慢时，就是锚索支护安设的最佳时期。

2.3 锚索安设后的紧固方法

结合行业相关规程规范可知，锚索安设作业后应当及时供应100 kN为单位的预应力，并在距迎头存有20 m间距时再展开2次紧固，进而能够到2次紧固后的150 kN效果，降低了顶板变形的可能。但实践中，由于专业安设锚索的设施不足或者施工中2次紧固工艺步序的省略，加上1次紧固后的预应力效果不够，所以很难使其预应力要求得以满足设计标准，最终降低了支护效果。所以，在场地作业管理中，就要重点对锚索施工作出重点质检监督，并要重点抽查锚索作业的2次紧固，目的是监管施工方能够按照行业标准、规程、设计要求去完成锚索2次紧固。

2.4 树脂锚固剂卷选取

如果在锚索安设作业期间，用同种规格的树脂锚固剂就会为其拌和带来难度。此外，现场安装作业人员中，很少有对树脂锚固剂卷的凝结时间加以清晰了解的，所以难免会在安设阶段采用同一规格的锚固剂卷。一般而言，树脂锚固剂卷是一种常用锚固凝结锚固剂卷，其速凝时间大概在30 s，而锚索在搅拌直至穿过底孔的时间一般为1 min。所以，如果用同种规格的树脂锚固剂卷，就会出现内部拌和均匀，而外部锚固剂卷超过凝固时间的现象，进而使锚固效果性能大幅度减半。所以，在使用树脂锚固剂卷时应要尽量搭配中速与快速凝固规格的锚固剂卷，即快速的锚固剂卷用在里面拌和，从而解决了拌和困难费劲的局面，并加强了锚固质量。

2.5 树脂锚固剂卷拌和时间

锚索安设时会出现安装工在锚索和锚杆钻机连接好后就进行搅拌或者直接把锚索穿过树脂锚固剂卷推到锚索孔底后再开始搅拌的现象，前者因树脂锚固剂卷过早拌和造成大量的树脂附着在孔壁上，有效锚周长度减少;后者造成锚固剂搅拌不充分，两者都不能很好地达到锚固效果。正确的做法为锚索和锚杆钻机连接好后应缓慢升起锚杆钻机，把树脂锚固剂卷推到孔底后再启动锚杆钻机开始搅拌树脂锚同剂卷。边搅拌边推进锚索直至孔底。此段搅拌时间应占整个搅拌时间的70%;锚索到达孔底后搅拌一段时间再停机，此段时间应占整个搅拌时间的30%左右。

3 主要施工技术要点探讨

3.1 张拉与锁定

锚索张拉以及锚索锁定是预应力锚索巷道作业中的一个关键环节，具体应当坚持以下步序进行作业:①要用压力计或者载荷仪等力学控制设施对其均匀加强荷载，以使载荷要求达到设计标准，即1.25倍，且要保持加载速率控制在40 kn/min。②维持加压荷载20 min后，测量出这20 min中内的锚索渐变位移量，位移量如果测出超出了2 mm，则可以客观判定其锚索为不合格，如果测量值在2 mm内，则可以将载荷值降到作业标准即可。③当锚索不合格时，应当继续加大保持加压载荷的时间，一般以45 min为宜，同样要测量出锚索的位移量，监理检查荷载与位移及位移与时间的关系，如果在荷载峰值时，锚索的弹性变形在上下限(上限对应于锚索的伸长值等于自由长度加50%黏结长度时的理论弹性伸长值，下限对应于锚索的伸长值等于80%自由长度的理论弹性伸长值)之内，则认为锚索是合格的;否则，为不合格，需另设置一根代替。

3.2 质量控制

预应力锚索加固技术的质量控制点应侧重对加固效果的评定，在诸多对其加固边坡成果造成影响的一系列要素中，锚索本身质量是关键。即锚索锚固工艺要求最为严格。因此，应当做好以下几点工作，来确保锚索锚固的整体成果。

1)提交文件。围岩结构开挖≥60 d，施工方应能向第三方监理组织单位提供锚索安装以及预应力锚索设计方法等技术档案。此外，还要保证锚索开工前≥20 d，施工方应当按照作业流程把好钢绞线质量验证关，即把锚索钢绞线的质检试验相关报告递交到第三方监理单位。在试验报告中能够指明钢绞线的强度性能、极限屈服强度、以及延伸率、弹性模量等指标是否达到标准。同时，在相关试验开始10 d前，施工方应能向第三方监理单位递交关于使用的安装工具设施的报告文件，如千斤顶、压力计、载荷仪、以及作业泵等相关设施的技术资料复印件。

2)现场实验。施工单位应当至少在围岩、岩体结构开挖前的60 d左右进行场地试验，目的是检验锚索预应力技术是否能够在当地施工环境下达到合理的预应力标准或要求。对于选定的试验对象而言，应以监理单位提供的选定支护结构、岩体类型进行试验，直到试验锚索使用报废为止。此外，应当按照相关规程技术规范对预应力锚索进行质量规格试验，目的是评定其载荷、屈服强度等是否达到质量控制标准。

3)记录。开挖循环作业过程中，施工方应能配备专人负责记录施工日志，用以锚索施工安装后能够向第三方提供详细的施工日志。具体记录的施工日记内容中应当包括:首先是时间、日期、场地、锚索规格、钻孔与安装工序内容、钻孔过程所遇到的岩层地质情况等。其次，还有关于钻孔的档案记录，如钻孔工艺方法、孔径与长度、钻头与钻机型号等。再者，对于灌浆过程中的浆液成分、灌注时间、以及灌注量等也要做好必要日志。最后是试验结果记录，试验结果均应以监理同意的格式和可以接受的方式记录;试验结果的复印件最迟应在试验完成的当班结束时提交给第三方监理单位。同时，对每根预应力锚索的试验应提供下述资料:荷载与锚索自由端变形的关系，恒载作用下徐变与时间的对数坐标关系，弹性变形和永久变形的分配，各级荷载作用下承压板的沉降变形与时间的对数坐标关系。

4)确保锚索施工工艺质量。锚索工艺主要包括钻孔测点定位、固结灌浆、压水试验、编索及送索等。在钻工测量定位中，应能保证清孔质量，必要时可以兼用水洗及风干方式;在固结灌浆过程中，应侧重看其防渗性是否良好，可在锚索孔处配套设置止浆包，止浆时可以采取水压和孔壁密贴，以保证锚索锚固段的质量、防渗性、以及抗腐能力等;压水试验要保证固结灌浆质量，从而才能使压水实试验合格;编索和送索环节要保证钢绞线与灌浆管不受破坏，没有开裂、裂隙存在，并做好锚索送孔等。

4 结语

预应力锚索技术在当前已经广泛投入到岩体构造施工作业中，并在岩体加固工程及其他专业工程中所得了不小成果。因此，为了保证锚索施工工艺的质量与成果，相关参建单位要结合实际作业环境、条件等做好锚索加固作业，以此才能逐步积累实践作业经验，使我国的预应力锚索技术体系更加完善，确保锚索工艺作业完工后质量与成果。

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