预应力锚固技术在岩土工程施工中的应用

戴选锋

（中国冶金地质总局青岛地质勘查院，山东青岛 266000）

1 引言

近年来，预应力锚固技术凭借其成本低、强度高、稳定性强、适用性强等优势应用于岩土工程施工中，在保证工程质量的前提下，显著提高了施工效率。为了进一步提高预应力锚固技术的应用水平，保证施工质量，需要立足岩土工程施工实际探索该技术的应用要点，使施工企业实现经济效益和社会效益双赢。

2 锚固技术概述

锚固技术，指的是借助锚固构件对岩土体进行加固的技术[1]。该技术应用范围广，并且施工成效显著，既能保证岩体结构的稳固性，又能优化工程质量。尤其是将锚固技术应用于边坡岩体加固时，具有周期短、成本低的优势。鉴于岩土工程施工环境日趋复杂化，以及施工要求的多样化，出现了多种锚固技术，如预应力锚固技术、锚索边坡技术、短锚杆技术等，扩大了锚固技术的应用范围。其中，预应力锚固技术的优势显著，既能取代立桩支护技术，又具有极强的适用性和安全性，赢得了岩土工程施工单位的认可。另外，锚固技术的应用，有利于从多方面优化配置资源，减少成本投入，使施工质量大幅提高，技术人员在实践阶段应注意相关事项，当锚固技术用于隐蔽工程施工时，应保证与质量管理人员的协同配合，在保证安全的前提下完成施工任务[2]。

3 预应力锚固体系设计

预应力锚固技术作用的发挥得益于锚固体系的科学设计。锚固结构是技术的核心，对于设计人员，要了解预应力锚杆的组成，并根据岩土工程项目合理选择内锚头、外锚头、张拉机具，保证锚固体系的完整性。

3.1 预应力锚杆的基本构造

一般来说，预应力锚杆由锚根（内锚固段）、张拉段、外锚固段构成。其中，张拉段又被称为自由段。锚根分为2 种类型：黏结式和机械式。黏结式锚根具有环境适用性强、承载速度缓慢等特点；机械式锚根应用范围较为有限，但施工速度较快。张拉段是锚固力的产生段，在张拉过程中，张拉长度受多种因素的影响，包括张拉设备的吨位，锚筋的弹性模量、拉伸率等。锚杆张拉段自由状态的维持，要以完好隔离、精细防护为前提条件。外锚固段主要起位置固定的作用，并且为相关检测设备置放提供空间。

3.2 内锚头的确定

内锚头的位置、角度等因素直接影响了锚固力的大小，因此，为保证锚固技术作用的发挥，要准确置放内锚头。通常情况下，坚固岩层中的内锚头应满足锚固力持续性平稳供应需求[3]。

3.3 外锚头及张拉机具的确定

随着预应力锚固技术应用经验的累积，以及岩土工程施工要求的提高，外锚头的类型也越来越多，为保证张拉施工的准确性，应合理选择锚头机具与锚头类型。一般来说，应遵循实用性、安全性、便捷性等原则，使锚固效果最佳化。选择张拉设备时，需了解待选机具的特点，经对比选出可靠的张拉设备，大大减少锚索张拉时间，优化张拉效果。

4 预应力锚固技术在岩土工程施工中的应用要点

为了更好地应用预应力锚固技术，应结合工程实例重点探究该技术的施工要点，从中总结技术应用规律，通过发挥预应力锚杆技术的优势提升岩土工程的施工质量。以下结合工程实例，从多方面分析预应力锚固技术的应用要点。

4.1 工程概况

某水电站于2005 年建成，建成投用至今，存在坝体渗水、坝基位移等现象，在一定程度上增加了安全隐患。为继续发挥水电站在农田灌溉、电能供应等方面的作用，岩土工程施工企业制订了预应力锚固技术应用方案，以此保证坝体稳固性。

4.2 预应力锚固技术的应用要点

4.2.1 预应力锚固体的检测

技术应用初期，检测人员应动态记录预应力锚固体系的变化情况，根据最佳锚固状态维持要求，参照记录信息调整锚固体的位置，使实际锚固力与工程需求一致。在此期间，制订长效检测方案，以保证预应力锚固体能够正常发挥作用。此外，坚持全过程、全时段监测原则，尤其是预应力锚固施工阶段，针对锚索应用、锚杆张拉力变化、锚杆松弛度、锚固体系移动情况进行记录，为技术实践方案调整提供依据。锚固施工完成后，仍要进行持续性监测，以便全面、系统地掌握锚固体系的工作状态，一旦发现技术风险，要及时启动应急处理方案，保证坝体耐久性和安全性。

4.2.2 边坡治理

该水电站坝体边坡高度在50～65 m，边坡岩层分别为玄武岩、黏土岩。受外界风力以及内部水流的影响，岩层产生了不同程度的位移，因此，施工环节要做好安全防护，降低岩土滑落的风险。经测算可知，边坡安全系数均值为0.4，可见预应力锚固措施刻不容缓[4]。预应力锚固技术用于边坡治理时，需要施工人员与技术人员进行沟通，优选适合的技术类型，并按照技术规范运用预应力锚固技术。一般来说，施工前应做好准备工作，根据工程施工实际以及设计要求，准备足量的施工材料，并将材料放到规定区域，确保材料有序利用。材料应用全过程要做好管理工作，以防材料丢失，或者材料低效投用。然后，按照规定完成高精度钻孔工作，以固定锚杆、锚索。在此过程中，要确保锚杆与岩体固定良好，使二者成为一个整体，以充分提供锚固力。锚杆张拉环节要适当控制张拉参数，如张拉长度，从而使锚杆的预应力满足需求。另外，施工人员应平稳操作张拉设备，直到精准锁定钻孔，为注浆加固做准备。

锚杆杆体加固操作时，应先确定施工范围，在附近安全区搭建作业棚。杆体加固环节要做好清洁工作，在自由端设置隔离层和防腐层，从而保证锚杆质量。在空气温/湿度达标的环境中存储锚杆，避免因锈蚀、变形而影响锚杆的性能。锚孔钻孔期间，应按照确定钻孔位置→测量放线→钻空的步骤进行施工。钻孔期间，要使用性能合格的钻机，坚持边钻边清理原则，最后进行孔洞检验，待无误后进行锚杆安装。锚孔注浆过程中，要合理配置材料，结合材料种类和边坡治理要求适当优化泥浆的配比，从而提高材料的性能。注浆环节应优选返浆法，保证注浆的连续性，同时，做好监督与记录。锚杆张拉锁定后，针对锚孔、自由段进行浆液填充，从而强化锚固效果。

4.2.3 锚杆挡墙

锚杆挡墙的形式有多种，如案例工程中的小锚杆挡墙（锚杆直径约45 mm，深度为3～4.8 m）、竖向预应力锚杆挡土墙、重力式挡土墙等，个别施工区域根据挡土墙位置的不同，可应用山坡墙、路堑墙等。竖向预应力锚杆挡土墙的原材料包括浆砌片石、素混凝土、预应力锚杆等，其中，预应力锚杆两端分别处于墙身和岩质地基中，锚杆拉力来自锚具和圬工砌体。墙身施工期间应用重力式挡土墙，锚杆与墙背为同侧，构造形式为俯斜式、墙背形状为垂直式。锚杆施工时，通过锚孔灌注泥浆进行挡土墙基底加固。为减少应力集中问题，在钻孔上放置单元锚杆，达到复合锚固的效果。

4.2.4 地下工程支护

随着用地资源日益紧张，地下工程施工越来越多，为保证工程施工的安全性和稳固性，应借助预应力锚固技术进行工程支护，使施工风险最小化。案例中水电站附近地下厂房采用了预应力锚固技术施工，具体的施工技术要点总结为：（1）进行地下连续墙施工时，应参照JGJ 120—2016《建筑基坑支护技术规程》的相关规定，先后规范地完成钢筋制作、混凝土浇筑、墙段连接、预埋件等施工。其中，预埋件位置要合理、准确。（2）防水工程施工阶段，结合所在施工区的水质、地下水位等因素，有效应用防水施工方法，使防水工程具备低成本、高效率等特点。（3）土方工程施工时，先进行土方开挖，接下来分层、均匀开挖土方，缓慢释放周边土体载荷，保证支护结构的稳定性和安全性。（4）结构洞口加固施工中，根据孔洞大小分别应用钢筋混凝土边梁与对撑结合法以及钢筋混凝土边梁法。应用锚固施工技术时，使用人工与机器配合的方式进行泥浆灌注，在此过程中，应准备速凝锚固剂，在材料拌制阶段采用人工精准拌和。然后准备缓凝砂浆、注浆机以及锚杆安装工具，注浆动作结束后安装锚杆。基本工作完成后，精准测量锚杆强度，将实际强度与张拉要求进行对比，直到强度值达到要求，最后进行锚索张拉锁定。（5）后浇带施工时，根据被利用结构面大小适当确定后浇带位置，并合理设置诱导缝。基础结构施工阶段，后浇带位置留出宽度约10 cm 的凹槽，目的是控制结构形变与裂缝，发挥后浇带作用。

5 预应力锚固技术在其他工程中的应用

预应力锚杆技术多用于建筑基坑施工中，该技术对地层环境适用性较强，无论是黏土层、砂层，还是淤泥层、碎石层，均能进行预应力锚杆技术进行支护。施工过程中，应合理控制基坑挖掘深度与宽度，并且做好准备工作，如施工人员按照要求打入工字钢直立柱，接下来锁定预应力锚杆[5]。锚杆投用3个月后，应动态测定锚杆张力的变化，观察地面是否出现沉降或裂缝。在高层建筑深基坑工程中应用预应力锚杆技术时，主要借助直立式钢筋混凝土板桩进行预应力锚索支护，从而保证基坑稳定性，以最少的成本达到最佳支护效果，同时，工期会相应缩短，施工难度大大降低。对于技术人员，要掌握锚杆技术的工作原理，丰富自身技术实践经验，以便在技术应用环节熟练、规范地操作施工机械，实现锚杆与挡土墙、地基土层紧密相连，进而承受水平荷载，借助锚固力维持结构的稳定性，减少位移、变形等现象。

6 结语

综上所述，新时期下岩土工程迅速发展，在工程施工阶段应用预应力锚固技术可以弥补传统技术的不足，保证工程质量、降低施工成本。鉴于岩土工程施工情况不同，要从实际情况出发，科学把握预应力锚杆技术实践要点，确保高质量完成施工任务，促进建筑业繁荣发展。