压力分散型预应力锚索施工要点分析

(福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州350003)

压力分散型预应力锚索施工要点分析

■吴建业

(福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州350003)

在工程实践中，压力分散型预应力锚索锚固工程鉴于其结构复杂、施工关键工序多，从而对施工技术及质量控制提出了更高的要求。本文结合厦蓉高速漳州段改扩建工程和溪互通A匝道边坡工程，分析了压力分散型预应力锚索施工要点，就常见的施工质量问题提出了解决措施，结论可为类似工程施工管理提供借鉴。

压力分散型预应力锚索施工工艺

1 引言

压力分散型预应力锚索一般采用2至4个结构单元组成一个单孔复合型锚固体系，每个结构单元采用两根同样长度的无粘结钢绞线对称固定在钢制承载体圆盘同一直径上，相邻结构单元一般间隔3～6m。预应力张拉时，通过钢绞线顶端的承载体圆盘将拉应力转为压力作用在水泥芯柱(灌浆体)上，利用锚索孔壁的粘结力来分散张拉力，使得每根钢绞线的受力都均匀而平衡进而实现对边坡松动岩土体的锚固。压力分散型锚索具有分段受压，承载力高，耐久防腐性能好的特点，以其出色的安全性、经济性和有效性广泛地运用于高边坡的支撑与加固工程中。但同时，压力分散型预应力锚索由于其结构的复杂性且主体为地下隐蔽性工程，一旦失效边坡将失稳造成滑坡、溜坡等灾害，带来极大的安全隐患和风险。

下文将结合厦蓉高速漳州段改扩建工程和溪互通A匝道边坡工程的实际施工管理，重点分析了压力分散型预应力锚索施工要点，并提出常见的施工质量问题及解决措施。

2 工程概况

新建厦蓉高速漳州段改扩建工程A2合同段作为单向下行线穿行于高落差的群山峻岭之中，全长8.13km无隧道。设计路段高边坡预应力锚索加固工程15处。该工程所在地南靖县和溪镇受地形地貌结构影响，常年降水量丰沛，导致地下水发育丰富，次生断裂带较多，山体岩层产状较紊乱，岩体破碎松散，节理裂隙发育，高边坡以砂土状强风化花岗岩质为主。已开挖未加固高边坡受雨水冲刷，水土流失痕迹明显。

其中和溪互通A匝道最高约68.1m，为二元结构边坡，上覆坡积粉质粘土、残积砂质粉土、强风化花岗岩；下伏碎块状强风化花岗岩。由于该边坡高度较大，稳定性较差，设计采用以四束、六束、八束压力分散型预应力锚索进行加固。

3 压力分散型预应力锚索施工要点

3.1 施工工序

压力分散型预应力锚索施工的内容包括施工准备、造孔、锚索制作与安装、注浆、砼结构钢筋制安及砼浇筑、锚索张拉锁定、验收、封锚等7个环节。施工工序如图1所示。

图1 压力分散型预应力锚索施工工序

3.2 造孔

主要内容包括孔位测放、钻机就位、施钻、锚孔清理、锚孔检验。

锚孔钻造成孔技术关键在于如何防止孔壁坍塌、卡钻，一般可采用跟管钻进技术或注浆固结后再次成孔来处理；在钻孔施工过程中认真做好记录，内容包括钻进深度，地质情况描述以及富水情况等；钻孔在达到设计深度后要超钻50cm，并稳钻3～5min防止孔底尖灭，及时利用高压空气将锚孔中的岩(土)粉尘排出孔外。严禁水钻。

3.3 锚索制作与安装

锚筋制作安装锚筋制作前应搭建高于地面50cm的制作平台，下料应整齐准确，确保长度偏差不超过± 50cm。特别要强调的是，不同单元的钢绞线在下料时的标记一定要清晰、准确、牢靠，防止不同单元混淆以致被超张拉而拉断。挤压头的组装，挤压套、挤压簧应安装准确，挤压顶推进应均匀。另外下索时锚孔孔口处位置必须设置一个架线环，保证张拉时锚孔中的钢绞线顺直不扭曲。

3.4 注浆施工

锚孔钻造完成后，应及时安装锚索体并进行锚孔注浆，原则上不得超过24h。要严格控制浆液的水灰比，一般采用0.4～0.5的纯水泥浆，必要时可以加入一定量的外加剂或掺加剂。

锚孔灌浆作业必须施行孔底返浆方式注浆，直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气时，方可停止。必要时采用二次高压注浆，即劈裂注浆。注浆压力不宜低于2.5MPa并分段依次由下至上进行。

3.5 锚索框架

主要内容包括坡面刻槽、框架梁钢筋绑扎、模板制作及安装、砼浇筑。

控制要点有框架梁刻槽须严格按设计要求深度嵌入坡体，经砂浆调平后方可进砼结构钢筋制作安装。在横梁与竖梁交汇处锚孔孔口处钢筋布置时须给予锚索张拉提升时的活动空间，严禁钢筋勒住锚索，防止锚筋受到意外剪切力而被拉断，因为预应力钢绞线在高应力作用下的抗拉强度非常大但抗剪切性能非常脆弱。外锚头处锚垫板，加强钢筋网片和螺旋筋应可靠连接。

3.6 张拉锁定与封锚

锚筋张拉锁定是锚索施工中最重要的环节，直接决定锚索框架防护工程的成败。在注浆体与框架梁混凝土强度达到设计强度的80%以上后方可进行锚孔的张拉锁定。张拉之前应先进行差异荷载的张拉计算。

现以和溪互通A匝道AK1+460-AK1+720段右侧二级边坡(2-1-1号)锚孔为例进行分析。

该孔锚索总长24m，锚固段长度12m，设计拉力600kN，单孔束数6束。压力分散型锚索规格为以15-7Φ5的预应力钢绞线为主筋，单根直径为5.0mm的钢丝，7根钢丝组成一股钢绞线，每股钢绞线的直径为15.2mm，单束钢绞线的截面积为140mm2，抗拉强度为1860MPa，每股钢绞线的理论破断值为260.4kN，按0.7的安全系数每股钢绞线可承受的安全荷载为182kN。

压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式如下。

差异伸长量:

差异荷载增量：

其中，L1，L2，L3——分别为第一、二、三单元锚索的长度(应为有效张拉长度，即考虑锚具张拉千斤顶限位板的长度0.408m),L1=24.408m＞L2=20.408m＞L3=16.408m；

ΔL1,ΔL2,ΔL3——各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的伸长量,ΔL1=107.3mm,ΔL2=107.3mm, ΔL3=107.3mm；

ΔL1-2,ΔL2-3——各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的差异伸长量,ΔL1-2=17.58mm,ΔL2-3= 17.58mm；

σ——给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力，σ=0.857MPa；

P——给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载，P=120kN；

A——单根钢绞线束的截面面积，取140mm2；

E——钢绞线的弹性模量，取195MPa/m2；

ΔP1，ΔP2——分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量，计算得ΔP1=39.33kN,ΔP2=86.36kN。

根据压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式，计算结果见表1。

4 常见施工质量问题分析

4.1 钢绞线位移不收敛

锚索张拉时出现外锚头处钢绞线位移不收敛的情况(图2)，其原因大概涉及工程地质条件、建筑材料、施工工艺等三方面。

表1 锚索张拉计算结果表

(1)工程地质条件方面。锚固段实际地质为土层或砂土状强强风化岩层等不符合设计的软弱地层，锚固力达不到设计要求.

(2)材料方面。所使用的挤压套、承载体、工具锚夹片等质量不合格。

(3)施工工艺方面。

①清孔不彻底，造成锚索下索后锚固段地层局部塌孔，泥沙淤塞，灌浆体无法包裹锚固段锚索。

②锚孔注浆未实行孔底返浆或虽实行孔底返浆但因注浆管内局部压力过大而爆管，锚固段浆体不饱满、不密实。

③内锚头承载体锈蚀破坏，不能承受张拉荷载。

④挤压操作时挤压压力不足，质量不合格。

图2 钢绞线断丝

4.2 钢绞线断丝、断束

张拉过程中在未达到预定张拉荷载时钢绞线出现断丝、断束，其原因涉及材料、施工工艺等两方面。

(1)材料方面，所使用的钢绞线存在尺寸偏差，实际截面积偏小，弹性模量实际过小。

(2)施工工艺方面。

①锚孔孔道不是一条理想直线，而是受重力等影响呈抛物线状或螺旋状等。

②钢绞线编制过程中，钢绞线缠绕扭曲，张拉时局部应力集中。

③锚索编制过程中锚索不同单元标记不清晰、不牢靠，而出现张拉过程中某单元索体本应后张拉却先行补偿张拉导致受到超张拉破坏。

④框架梁钢筋制作安装时孔口处横梁钢筋勒住锚筋使其在张拉时意外受到较大剪切力。

⑤锚斜托处混凝土浇筑时，混凝土浆液进入波纹管和锚垫板内发生粘结，张拉时未进行清除而使锚筋受到剪切力破坏。

4.3 锚斜托破裂

张拉过程中，锚斜托承载力不足而破裂变形(图3)，原因有两方面。

(1)锚斜托处钢筋安装不符合要求，加强钢筋网片、螺旋筋、锚垫板未紧密结合在一起。

(2)混凝土强度不足，砼浇筑后未达到龄期而提前张拉或混凝土浇筑时振捣不到位，混凝土不密实，与加强筋结合不紧密。

图3 锚斜托破裂变形

5 解决措施

(1)所有材料进场后须检验合格后方可使用。

(2)重视基本试验对锚固设计和工程施工工艺、施工质量的验证检验作用。

(3)钻孔过程中不时调整钻机、钻杆角度、方位，保证锚孔孔径尽量近似直线运动降低锚孔轴向压缩与锚固段孔壁剪切变形影响。

(4)编索时不同单元锚索标记清晰、牢靠，必要时采取双重标记。

(5)注意监控挤压质量，确保最大挤压压强达到30MPa以上。

(6)严格执行孔底返浆，在锚孔富水时采用二次劈裂注浆法，遇地层裂缝时加大水泥供应量，加大注浆量和强度。

(7)注浆时孔口处设置架线环，保证孔道内锚索顺直不扭曲。

(8)注意孔口处横梁与竖梁交结处也就是锚孔处钢筋绑扎，适当调整钢筋间距，保证锚索张拉空间。

(9)确保孔口处波纹管长度、防止振捣时混凝土进入波纹管内，注意锚斜托处混凝土振捣，保证锚斜托混凝土密实。

(10)将锚垫板加强钢筋网盘和螺旋筋用14#铁丝绑扎固定成一整体后再套入模板内浇筑。

(11)加强混凝土浇筑厚的养护工作，养护不达到规定时间不张拉。

(12)锚斜托处钢筋模板安装完毕后孔口设置一定位环，让不同单元锚索自然分离不粘结。

6 结论

(1)锚筋张拉锁定是压力分散型预应力锚索施工中最重要的环节，直接决定锚索框架防护工程的成败。

(2)压力分散型预应力锚索施工中易出现钢绞线位移不收敛、钢绞线断丝、断束、锚斜托破裂等三方面问题。施工中应详细了解工程地质条件，确保建筑材料符合要求，严格把关施工工艺流程。

(3)和溪互通A匝道边坡已经开挖完成，边坡的加固措施正常发挥作用，坡体稳定性得到了保证。

[1]福建省高速公路施工标准化管理指南第二分册:路基工程(第二版).北京：人民交通出版社，2013.

[2]岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范.北京：中国计划出版社，2016.

[3]杜绍军,王洪洋.关于锚索施工应注意的几个问题.青海交通科技, 2003.