软岩地下工程预应力锚索支护设计及技术应用

陈松、黄群杰

（江西交通职业技术学院，江西南昌330013）

0 引言

软岩地下工程，施工要求高，施工人员自身素质需达到工程施工要求，工作人员在操作各项施工技术方面也要按照标准流程落实，才能有助于实现既定工程目标。科学应用软岩地下工程中预应力锚索支护技术，按照工程质量要求提高施工方案设计的质量，为后续的技术应用打下基础，如为后续的锚索制作及安装和灌浆等系列的操作打下基础，这对实现既定工程目标有着积极作用。

1 软岩地下工程状况及预应力锚索支护技术特征

1.1 软岩地下工程状况

软岩地下工程在实际施工方面应用到多样技术，对各类技术的应用要求较高，预应力锚索支护技术就是较关键的工程应用技术之一。某软岩地下工程全长6.12km，最大高度有8.9m，最大的宽度6.2m。通过相关地质勘查得到结果，其地下的内部地质构造较复杂，有软弱围岩及断层破碎带等地质状况，基岩的裂隙水多，孔隙潜水多，断层的含水量也较高，为避免地下施工发生软岩变形情况，就需科学运用预应力锚索支护技术，从而提高工程施工质量安全，加快整体工程施工效率。

1.2 预应力锚索支护技术特征

预应力锚索支护技术在软岩地下工程施工中发挥着重要作用。该技术有着鲜明的优势特征，以下从几点优势特征层面进行阐述。如应用预应力锚索对高边坡的基础开挖及隧洞洞脸开挖有强化边坡的稳定性、最大程度地减少开挖工程量、缩短开挖的工期的作用。在坝基以及岸坡的抗滑稳定加固当中，能在不扰动基岩的状况下提供可靠抗滑力[1]；也能有助于修补混凝土裂缝，把过大集中荷载能分散到较大的范围中，在不增加自重的状态下提高工程抗震及抗冲击性能；通过预应力锚索也能替代部分的混凝土压重，有效减少混凝土的用量，保证设计的断面更为合理化。软岩地下工程建设施工中对预应力锚索支护技术应用，其设计合理、施工便利，有着较突出的经济的优势。

2 软岩地下工程预应力锚索支护设计和技术应用

2.1 预应力锚索支护设计要点

软岩地下工程施工中为能加快工程施工进度，预应力锚索支护设计需要抓住要点，从以下几点加强重视。

2.1.1 科学设计锚固力大小

为促进软岩地下工程施工活动顺利开展，这就需要在具体设计中对锚固力大小进行科学设计。锚固力大小由不同方法确定：一种是类似土钉设计方法，主要是结合地层滑动最小稳定性系数，进行对比需要的稳定性系数，采用锚索锚固力来实现地层稳定及满足设计要求的稳定系数[2]；另一种是工程类比方法，结合稳定需要的锚固力就是工作锚固力，设计锚索其他尺寸中的安全系数，TW·Sf公式计算各部分尺寸参数，可参照如下安全系数表1 参数设计（工作锚固力TW，安全系数Sf）。

表1 安全系数相关参数（*有现场试验结果可取2．0，**黏性土中应取4．0）

2.1.2 科学设计锚固段长度

预应力锚索支护设计中，针对锚固段长度设计也是比较重要的。由于锚固结构存在不同，所以锚固段长度设计也会有不同之处。如完整岩体或是硬质的黏土层，通过低压力或无压力灌浆，这时候的浆液会固结成规整圆柱体，基本与孔径大小一致，锚固力靠固结体和地层黏结力提供。如果浆液固结的整个过程没有出现体积收缩，低压力的注浆也不改变孔径，锚固段受力时候应力沿着孔壁均匀分布，破坏是浆液固结壁以及孔径黏结力不足所致，或黏结壁附近土体突发性剪切破坏[3]。锚固段的长度计算需要按照相应的计算公式，如：L=TWSf/πDτs或L=TWSf/απDCu。对于裂隙岩体以及非黏性土采取较低压力注浆，浆液发生渗透作用，固结范围超过钻孔孔径，破坏发生在钻孔锚固段地层的周边部位，这就需要结合桩设计方法。锚固段的长度设计中要按照相应的要求，通常对硬岩石中锚固力＜200kN 时，锚固的长度不能＜2m，锚固力＞200kN时候不能＜3m，过小就会影响其可靠性。土中锚固最短不能＜3m，最长不能＞10m，最佳长度在6～7m。

2.1.3 科学设计锚固力

预应力锚索支护设计点比较多，其中锚固段深度设计是比较关键的设计部分，锚固段深度设计的要求会结合不同的岩体有着不同的设计深度。如有的地质是均质岩体单根锚索，有的是锚索群锚固，也有的是断裂岩体单根锚索的锚固段深度。如，有地下水，就要考虑浮容重。锚固段深度的设计需要和具体的地质状况以及锚索的应用情况相结合，按照相应计算公式设计。而对锚固力的设计中，为有效增强锚固力，施工中常常会选择专门锚固剂，和水泥砂浆进行混合形成注浆材料，保证岩层和锚索间的连接强度。锚固力在实际设计中，选择合适的锚固剂尤为重要，如树脂锚固剂环境适应性强，承载力突出，突出的抗水防渗的效果。钻孔后把锚固剂注浆材料注入钻孔中，插入锚索，杆体的长度在满足施工要求的基础上增加L 值，有助于达到良好支护效果。

2.1.4 科学设计锚固段间隔和倾角

预应力锚索支护设计中在间距的控制方面要加强重视，预应力锚索密度大提供支撑力就会增加，间距小会造成原本局促的地下施工空间狭窄，会对机械作业产生不利影响，容易提高施工成本。另外，间距设计要能和支护要求相适应，结合压缩拱理论，压缩拱内径通过R=r+a/2 表达，R 为压缩拱的内径，a 为锚索的横线间距，r 为洞室的半径，进行对公式转化就能得到锚索间距a=2（R-r）；而在对锚固倾角的设计环节，也要把握设计的要点，锚索在水平面进行投影，和锚杆间夹角就是倾角，倾角在0～15o内，锚索倾角增加相邻锚索间有效压应力所叠加区域扩大，能够提供更强支撑力。而在15～30o倾角增大的时候，其提供的支撑力效果会降低[4]。

2.2 预应力锚索支护技术应用实践

其一，注重锚索成孔实践。预应力锚索支护技术实际应用实践中，锚索成孔是比较重要的环节，结合前期的地质勘查的结果发现，围岩裂缝发育、破碎严重，需要清理好施工面并进行整平处理，然后布设好钻孔的平台。岩石的表面进行摊铺20cm 厚度水泥砂浆，形成坚固地面。结合相应施工图纸标记各孔位点，第一个钻孔部位进行布设钻机，校正钻头、钻杆和点位，使之能保持在同一直线，保证钻头保持垂直。将钻机参数进行调整，钻到指定的深度后停止加压，让钻孔在深度继续转动3min 后拔出，提高钻孔质量。

其二，锚索制作和安装。锚索制作中采用φ16mm钢绞线加工，现场做抗拉强度实验，保证其强度符合施工要求。锚索施工采用的扩张环及注浆管，也一并与之一起制作完成。之后安装锚索中，为能缩短施工时间，安装前要核对成孔效果，保障孔内清洁，把准备好的自适应预应力锚索插入其中，达到钻孔底部后施工人员使用夹具固定锚索，然后准备好灌浆操作。

其三，灌浆加固处理。灌浆操作时，把锚固剂的浆液装入注浆泵当中，注浆泵出口端连接细导管，把导管另一端插入钻孔内，启动注浆泵，将浆液注入钻孔中，直到浆液溢出孔口后移动设备到下一钻孔中。预应力锚索注浆全部完成后需要静置一段时间，浆液在完全固结之后将夹具撤去，这一环节要把握注浆操作要点，一次完成，注浆后立即转动锚索使之和浆料充分结合，有助于提高抗拔性能。

其四，预应力张拉和封锚处理。施工操作中相关施工人员在预应力张拉环节，需要参考钢绞线相关性能参数，尤其极限承载力及屈服强度等参数，避免张拉力过大造成钢绞线出现断裂的问题。此次张拉操作，分成三级张拉，拉力分别设计值为60%、80%、100%，每个级别进行张拉都要安排专人就张拉方法及张拉力度等做好现场监控、操作，并要如实记录，保证张拉的效果。最后封锚操作中，完成三级张拉记录数据满足支护要求后才能进行封锚处理。要加强重视封锚防护，对钢垫板及锚具等加强防护，使用M30 水泥砂浆作为封锚材料，喷射砂浆封锚后简单维护，保障整个工程施工质量。

3 结语

总之，预应力锚索有着不同的类型，如张拉型的锚索、黏结式锚固形式以及机械式的锚固形式。张拉型锚索是锚索体施加预应力对水泥浆以及砂浆固结体产生张拉力作用，有助于对围岩实施主动支护作用。根据本工程施工中对预应力锚索施工要求，在具体锚固段的各设计要点加强控制，以及支护技术应用加强质量管理，能够有效提升工程施工水平。