预应力锚固技术在岩土工程施工中的应用

彭 军

（福建省水文地质工程地质勘察研究院，福建 漳州 363000）

现阶段，预应力锚固成为岩土工程重要的技术支撑，该技术的应用与实现依托的是岩土体的稳定性。预应力锚固技术不仅适用性强，而且技术稳定性高、成本低，在岩土工程施工中可起到安全保障的作用，显著提高了施工效率。实际应用中，为了提高预应力锚固的技术水准，保证工程施工质量，需系统掌握该技术要点，保障岩土工程经济效益。

1 预应力锚固技术原理

锚固技术应用已久，目前已经是较为成熟的防护和加固技术，主要是凭借锚杆等构件完成有效的加固，提升岩土土体稳定性，消除坍塌和变形。该项技术稳定性好，在岩土工程的辅助施工中优势突出。在具体的岩土工程项目中，在预应力锚固技术应用阶段需先完成构件的预应力施加，借助科学的预应力施加等级设计，提高岩体的抗剪程度，消除后续的施工隐患。和传统工艺对比，在复杂的岩土工程项目中采用预应力锚固可降低施工难度，该技术体系实操性很强，具有可靠性和规范性，借助预应力的传递，达到边坡防护的效果[1]。另外，在隧道等施工项目中，采用预应力锚固可降低施工成本，消除支护体系的安全隐患，保障施工有效性，夯实工程建设基础。

2 预应力锚固体系的架构

2.1 预应力锚杆基本构造

预应力锚杆构造复杂，其中张拉段非常关键，除此之外还有内外锚固段。锚根分为2 类，一种是适应性较强的黏结式锚根，其承载速度缓慢，可保障理想施工效果；另一种是机械式锚根，该锚根局限性较大，但其优点是施工进度快，需结合工程实际灵活选择。张拉段是产生段，锚固力主要来源于此，所以较为关键。在张拉过程中，其中最核心的要素是张拉长度。结合预应力张拉的理论，关于张拉长度的计算，要借用公式ΔL=Fp×L/Ap×ES，式中：Fp为平均张拉力（预应力筋）；L为长度；Ap为截面面积；ES为弹性模量。

从公式中可以看出，张拉长度受多种因素左右，如实际的弹性模量、张拉力等，均会影响张拉长度，这一点不容忽视。锚杆张拉段会产生锚固力，外锚固段的作用显著，主要起位置固定功能，同时可为设备性能检验提供空间。

2.2 内、外锚头的确定

内锚头的位置、角度均会影响锚固力大小，直接影响工程建设质量。为确保锚固技术水准，要在测量技术保障下准确放置内锚头，避免内锚头的偏移。结合实际工况，坚固岩层中的内锚头质量应该达标，需满足锚固力持续性的要求。

外锚头及张拉机具的设置会影响锚索的应用水平，随着锚固技术应用领域的扩展及岩土工程施工标准升级，相关的外锚头类型也逐渐增多。现实施工中，为确保锚头的应用质量和施工的精准性，要结合工程条件对外锚头进行合理选择。在选择和确定外锚头时，需遵循安全性及支护便捷性的原则，合理强化锚固效果，提升施工效率[2]。此外，选择张拉设备时，要综合考虑多种因素，了解待选机具的特点，现实施工中经对比选出可靠性最高的张拉设备，按照技术要求减少锚索张拉时间，借助科学的措施，优化张拉效果。张拉端锚具示意图如图1 所示。

图1 张拉端锚具图示

2.3 锚杆张拉程序设计

结合施工经验可知，因为群孔锚固，现实结构中各锚杆的张拉力需增加至超张拉荷载，科学达到施工标准。除此之外，每级张拉荷载下，为达到理想的效果，应持荷5 min，待完成最终的锚杆锁定后，意味着张拉程序设计合理。当预应力损失过大，应用时超过张拉力10%时，按照设计要求，应进行补偿张拉，为后续施工提供保障。补偿张拉应在原始基础上进行，张拉至超张拉荷载。预应力损失计算公式为式中：a 为钢筋内缩值；l 为张拉到锚固点产生的距离；ES为弹性模量。该公式适用于先张法中预应力损失的计算。

值得注意的是，补偿张拉最多可完成2 次。结合实际工况考虑张拉条件时，需实时保障应力向远端分布的状态与时效性，借此降低施工风险。同时，加载速率不应太快，现实操作中达到每一级张拉应力后，就要留足一定的时间去稳定张拉设备，这是非常关键的。系统出力值不变可作为重要参考，只有达到上述要求，才可以继续锁定操作。

2.4 锚索制作与安装

钢绞线平顺是关键，不能打绞。现实操作中想要实现钢绞线的顺直，只能采用机械切割，尽可能规避电焊工艺，在切割过程中确保无散头现象，切口平整，表面不能有银屑。除此之外，锚固使用前，锚索自由段刷防锈漆，外绕工程胶布固定，延长锚固的使用寿命。锚固段先要除锈，然后结合工程概况设置隔离架（按设计间隔），将钢绞线依次放入，用铁丝将其与定位架绑扎牢固[3]。在绑扎的过程中，不能发生分叉的情况，特别是锚固段底部的绑扎要到位，用铁丝将钢绞线捆住，借助合理的手段，防止下锚时出现质量问题。待锚索绑扎完成后，下一步是将PVC 管沿锚索线路向孔洞底端穿进，需要强调的是注浆管与钢绞线应保持同步，牢牢捆扎在一起，采用优化控制措施，防止下锚时脱落。

施工阶段，锚索编制完成后需要合理存放，最好是随编随用，以免存放时间过长，影响了锚索性能。将其放在通风的位置，同时采取防水防油污的综合保护措施。在正式放置锚索前，为获得最佳的施工效果，应检查索体钢绞线的整体情况，确保其顺直性，这是施工质量保障前提。进出浆管的位置一定要畅通，将高风压注入孔底，起到完全清孔的作用，直至没有粉末流出，意味着清孔工作合格。锚索运输中，要实施全方位保护，严防与硬质物体摩擦，减少PE 套管损伤，先将锚索体的底端缓慢均匀向孔内推进，安装完毕后进行钢丝的临时防护，强化整体施工效果。

3 实际案例分析

A 市某大型水电站服役时间较长，建设规模较大，经过长时间的使用其结构出现了隐患，存在坝体渗水等情况。现实中为节约建设成本，实现安全供电，持续发挥该水电站功能，保证大坝坝体的稳定，要对大坝基底进行修复。甲施工单位在勘察地质后制定了优化方案，针对本次工程的复杂性，拟采用预应力锚固技术，消除坝基基座修复时的风险，延长水电站使用寿命。为达到此时项目的修复目标，预应力锚固技术应用前，需对锚固材料选择和检测，构建预应力锚固体系，排除各类影响因素，保障施工顺利开展。

3.1 锚孔钻造

锚孔钻造的时候需考虑的因素众多，除了土层结构和地质环境外，还要结合精密仪器，计算和分析孔洞的直径、大小，确保孔洞的位置和各项参数正确。孔洞开挖之前，想要达到施工效果，需要进行测量找平，在此项工作前提下标记好锚孔的位置，为钻孔做足准备。钻孔进度要匀速推进，合理保障成孔质量。钻孔结束之后，需将杂质清除干净，要及时进行冲洗，重点清除掉孔洞中残留粉末。检测完成之后，可着手实施锚固杆件的安装。

3.2 钻杆冲洗

现实施工环节，钻杆冲洗影响较大，关乎钻孔作业顺利程度，因此可作为岩土工程实施的基础性保障。岩土工程相对特殊，因为土体较为坚硬，所以可应用洗气法对钻杆冲洗，确保理想的冲洗效果。此外，对于旋转式钻凿，施工现场选用水冲法更为合适，该方法可降低岩土土体和灰浆的黏性，为后续施工提供保障。

3.3 预应力锚索施工

在本工程施工中，为达到预期施工效果，要采用高性能钢绞线完成施工，其强度为1 700 MPa，可满足实际承载要求。使用XM15 型锚具并施加预应力。同时进行锚索荷载等级测试，其测试结果见表1。试验后没有问题便可正式使用。锚索扩张材料至关重要，使用直径为1 cm 钢板作为主要原料，由上向下进行注浆，确保注浆之前的压强满足要求。

表1 锚索加荷等级测试

锚索的自由段管内应用的钢绞线需用黄油热缩管包裹，强化钢绞线的使用性能。实际操作中，为了防止锚索偏移，可用焊接机对重要构件焊接，连接扩张件和注浆管。锚头混凝土垫板想要保持稳定性，要使用C20钢筋混凝土，合理满足使用要求。强度达到25 MPa 后需结合实际情况进行锚索预应力张拉。值得强调的是，在张拉完成之后要辅助防腐技术措施，延长支撑结构的寿命。特别是锚头两端要涂刷油漆，实现防腐的目的。

3.4 喷锚混凝土施工

最后一道工序是喷锚混凝土作业，在需要支护的工作面，实施喷锚技术，使用混凝土C30 喷射，现场作业厚度为100 mm。挂网所用的钢丝网直径为6 mm 的钢丝网，锚杆使用直径22 mm 钢筋。想达到理想施工效果，需控制好水灰比，按照合适的水灰比调配水泥砂浆，严格控制喷注工艺，按照1 m×1 m 的方格网施工。钻孔的仰角方位至关重要，要结合岩石的缝隙、孔洞确定，始终确保钻孔仰角垂直于构造成孔。使用水泥对所钻孔洞注浆，调整好施工的抗压强度值。与此同时，为了强化施工效果，保证注浆注满，要及时清理干净钻孔。锚杆安装采用25 cm 的螺纹钢筋，喷锚前先清洗护面，保证护面在14 d 之内水分达标。

4 预应力锚固应用要点

4.1 预应力锚固体系检测

技术应用初期，需加强锚固技术的检测，确保锚固的应用质量。现实中，结合最佳锚固状态，记录信息调整锚固体的方位，合理提升施工品质。为达到科学的检测效果，要结合实际完善锚固体系的检测方案，确保预应力锚固体发挥功效。具体应用中，坚持全时段监测原则，特别是在锚固施工重要阶段，要结合张拉力变化、锚索应用情况、锚杆松弛度等对应用的锚固体系调整，使其达到最佳支护效果。锚固施工完成后，关于位移的监测同样不可松懈，仍要进行持续性监测，确保监测的全面性和合理性，借此评估锚固体系的稳定状态。工作实践中，一旦发现技术风险，需全面启动应急方案，通过预应力锚固体系的参数调整，保证坝体耐久性。

4.2 边坡治理

案例项目中的水电站建设高度较高，经测量高度范围在50～65 m，再加上边坡岩层非常敏感，以玄武岩、黏土岩为主。在长时间风力侵蚀作用下，岩层的位移距离较大。基于此，施工环节需落实好防护措施，降低岩土滑落风险。结合现实经验可知，边坡安全系数越小，预应力锚固措施越重要。边坡治理工作中，要优选适合的技术类型，灵活使用锚固技术[4]。通常情况下，需结合实际工况，准备足量的施工材料，确保材料有序利用。完成高精度钻孔工作，固定锚杆、锚索，发挥预应力锚索的优势。在此过程中，需要牢牢结合锚杆与岩体，使二者成为一个整体，以此作为基础充分提供锚固力，消除施工中隐患。锚杆张拉环节的核心要点是要对张拉参数有所控制，如张拉长度等，借此满足预应力需求，发挥锚固体系的最大作用。另外，平稳操作张拉设备，确保施工的稳定性，直到精准锁定钻孔，前提条件达标后，才能为注浆做准备，提高边坡稳定性。

4.3 地下工程支护

锚固体系应用中，还有一项重点内容，那就是地下工程支护。现如今，随着资源的严重紧缺，工程逐渐深入，地下工程越来越多。在此背景下，为保证工程施工稳固性，消除地下施工的风险，应借助预应力锚固高标准实施工程支护，降低施工复杂度，清晰掌握施工难点，消除风险隐患。案例中水电站建设地点特殊，附近地下结构较为复杂，此类建筑多采用锚固技术施工，可合理控制施工风险。锚固体系技术要点可总结为：①具体项目中一旦遭遇连续墙施工时，需明确技术规范要求，结合DB 11/489—2007《建筑基坑支护技术规程》调整施工方向和内容，对技术应用进行约束。参照其中相关规定，完成钢筋制作等操作，同时提升预埋件等施工品质，强化施工效果。②防水工程施工阶段，注意事项较多。为取得理想的施工效果，要结合所在施工区水源性质和地下水位分布等，巧借防水施工方法，控制施工成本[5]。③土方工程施工时，要科学遵照施工流程。选择上要先进行土方开挖，在开挖阶段要匀速，采取分层开挖的策略，释放周边土体载荷，借助高效、稳妥的方式保证支护结构的安全，保证整体结构耐久性。④结构洞口加固施工较为关键，在具体的施工中，需综合考虑多种因素，根据孔洞大小设计理想的支护方案。现实中，应用钢筋混凝土边梁做框架的方法比较适用。此外，应用锚固施工技术时，最理想的方法是人工与机器配合，准备速凝锚固剂，并完成人工精准拌和。基本工作完成后，需按施工规范要求，对锚固施工质量进行检验，测量锚杆强度。在此前提下将实际强度（重要参数）与张拉要求进行对比，得出指导数据，并进行锚索张拉锁定。⑤现实施工中，后浇带施工是重点。锚固技术应用期间，想要提升后浇带施工品质，需结合结构面大小高质量规划后浇带位置，在此前提下合理设置诱导缝。结合现实经验可知，后潘带位置预留宽度至关重要，应留出10 cm 的凹槽，抑制形变与裂缝。锚固体系应用期间，只有明确上述技术要点，才能较好应用预应力锚固技术。

5 结束语

综上所述，随着岩土工程增多，预应力锚固也开始使用频繁，经过多年的技术发展，预应力锚固体系较为成熟，可为岩土工程施工提供强有力的保障，成为助推建筑业稳定发展的关键技术。实际施工过程中，预应力锚固技术应用过程中，需综合考虑多种因素，为达到预期的支护效果，需要从工艺细化入手，同时加强质量监管，发挥锚固技术的优势。结合工程实践经验可知，利用预应力锚固技术可对传统技术不足进行弥补，提高边坡稳定性，在技术保障下降低企业施工成本，实现工程效益最大化。