预应力锚索设计和施工要点分析

江 超

（安庆市公路局直属分局，安徽 安庆 246000）

随着近年来我国建筑事业的发展，各种新技术新手段不断在工程建设中得以应用。由于预应力锚索具有施工方便快捷、占用场地少和加固效果好等特点，在许多行业的岩体加固工程中得到广泛应用。按灌浆次数划分，预应力锚索可分为两次灌浆全长黏结式和一次灌浆双层保护自由式两种。近年来，一次灌浆双层保护自由式预应力锚索在国外应用较为普遍，但由于其造价较高，在我国除二滩水电站等少数几个工程少量应用外，多数工程仍采用两次灌浆全长黏结式锚索。

1 锚索的特点概述

相对于全长粘结式锚索而言，双层保护预应力锚索具有如下特点：①防腐能力强；②张拉段锚索体受力均匀；③可重复张拉；④灌浆工艺简单；⑤可监测边坡变形。

2 锚索体设计要点分析

2.1 锚索长度的选择

用悬吊理论进行支护设计，锚索支护的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，锚索越长支护效果越好。不少工程在设计支护参数时，为找到稳定的坚硬岩层，刻意把锚索长度设计到15 m以上。笔者所在单位经过试验，锚索支护的主要作用是通过锚固段与锚索托板之间的作用对巷道上方不稳定岩层起到预防性挤压加固作用，而悬吊仅仅起到次要作用，最好不让锚索起到悬吊作用，因此，锚索主要应以挤压加固理论来设计。安装锚索时，应掌握其规律，工人操作熟练后，不需一定将锚索锚固在巷道上覆顶板坚硬稳定的岩层中，其长度一般为6～7 m为宜。

2.2 安设锚索时间

笔者所在单位目前使用的是直径15.24 mm的钢绞线锚索，这种锚索的延伸率仅为3.5 %，因此不适应较大变形的情况。在掘进工作面过早安设锚索会因巷道围岩的大变形而造成钢锚索被拉断，安设锚索太迟会造成锚杆锚固段与锚索锚固段之间的岩层离合。实践证明，在围岩表面与锚杆锚固段之间岩层急剧变形期内，锚索不宜支护；当围岩表面与锚杆锚固段之间岩层变形由急剧向缓慢变形转化时是锚索安设的最佳支护期。通过大量的工程实践及矿压观测，我们认为应该离迎头0.8～2个锚索排距之间的范围内安设锚索。

2.3 锚索施工后的紧固方法

根据技术规范要求，锚索安设后应及时给予100 kN的预紧力，在距离迎头 20 m时再进行二次紧固，使锚索预紧力达到150 kN，以减少顶板变形。但现场施工时常会不进行二次紧固或存在用非专业工具安设锚索等问题，预紧力达不到预计要求，失去了支护作用。为此，我们通过强化锚索施工质量检查、随时抽查已安设锚索的二次紧固质量等方法，监督施工人员严格执行技术规范要求，使锚索的紧固值控制在规定的范围之内。

2.4 树脂锚固剂卷的选用

锚索安设时用同一种型号树脂锚固剂卷造成搅拌困难。现场施工时，一些安装工人对各种树脂锚固剂卷的速凝时间不了解，安设锚索时使用同一种型号的树脂锚固剂卷。常用的树脂锚固剂卷凝固时间为30 s，而锚索钢绞线在穿过树脂锚固剂卷搅拌到孔底的时间一般为60 s左右，也就是说如果使用同一种型号的树脂锚固剂卷，当里面的树脂锚固剂卷搅拌均匀时，外面的树脂锚固剂卷已经超过凝固时间，因而造成锚固效果降低。因此我们要求使用快速型和中速型两种不同型号的树脂锚固剂卷，把快速型树脂锚固剂卷放在里面，从而解决搅拌困难的问题，提高锚固效果。

2.5 树脂锚固剂卷搅拌时间

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搅拌造成大量的树脂附着在孔壁上，有效锚固长度减少；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固剂卷，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 预应力锚索的施工技术要点

3.1 张拉和锁定

锚索张拉和锁定是锚索施工中最重要的一个环节，张拉按以下步骤进行：第一步，以压力计或荷载仪控制，均匀加载至设计工作荷载的1.25倍，加载速率保持在40 kN/min左右；第二步，保持荷载20 min，并测量20 min内锚索的徐变位移量，如果位移量不超过2 mm即认为此根锚索合格，即进行第四步工作，否则，进行第二步工作；第三步，继续保持荷载45 min，并测量锚索的徐变位移量，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；第四步，将荷载降到要求值锁定。

3.2 施工质量的控制

在影响锚索加固边坡效果的诸多因素中，锚索的施工质量是主要因素，因此在标书“技术规范”中，对锚索的施工作出了严格的规定，以保证锚索达到预期效果，主要内容包括以下几个方面：

第一，提交文件。岩石开挖前少于60 d承包商应向监理提交各种类型锚索及其安装方法等的详细资料；锚索加工开始前少于20 d承包商应将加工锚索所用钢绞线的工厂试验证明提交给监理工厂，试验证明包括钢绞线的极限强度、屈服强度、屈服延伸率、弹性模量；试验开始l0 d前和重新率定后5 d内，承包商应向监理递交泵和张拉设备、荷载仪率定证明的复印件。

第二，现场试验。承包商至少应在岩石开挖之前60 d进行预应力锚索的现场原型试验，以确定在现场现有岩石条件下预应力锚索是否与规定要求相符合。现场试验应在监理选定的、即将支护的、小同岩石类型的典型坡面上进行，直到有一根锚索试验破坏为止。

第三，质量控制试验。所有预应力锚索均应按标书“技术规范”中的规定进行检验荷载试验。

第四，记录对每一开挖循环。承包商应对所有预应力锚索的施工进行记录，最迟应在安装后的第二天向监理提交一份记录的复印件。对预应力锚索的安装应提供下述资料：①日期、时间、位置、预应力锚索的类型、钻孔及安装程序以及钻孔所遇岩层记录；②钻孔详细资料，包括钻孔直径和长度、钻孔方法、钻孔的特殊情况、钻机和钻头类型，以及钻机冲孔方法；③浆液类型和成份、灌浆日期、注浆量及灌浆压力。

所有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监理。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 结束语

锚索技术已广泛应用于建筑工程建设中，锚索技术的成功推广应用，为促使工程建设的顺利完成，有效地保证工程质量，实现工程的经济效益和社会效益都具有重大的现实意义。由于工程建设的特殊性，需要人们在实践中结合实际情况，对锚索设计和施工不断加以探索和完善。