压力分散型预应力锚索加固边坡的技术应用2

1、压力分散型预应力锚索施工技术中铁十八局集团公司华东工程公司 金 学摘要 本文简单阐述了压力分散型锚索的基本原理，并通过压力分散型锚索的施工技术的实际应用，说明压力分散型锚索施工中应注意的问题。关键词 压力分散型锚索 锚固长度一、前言锚索是一种主要承受拉力的杆状构件，它是通过钻孔将钢绞线固定于稳定的地层中，并在被加固体表面通过张拉产生预应力，从而达到使被加固体稳定和限制其变形的目的。锚索技术源于国外，它是锚杆技术发展的产物。我国的锚索加固技术始于20世纪40年代，60年代开始在国内用于工程实践。近几年来，随着我国经济的快速发展，大量基础设施的建设，特别是一些大型水电设施建设和山岭重丘地区高速公路

2、的建设，以及潜孔钻机的广泛应用和无粘结钢绞线的开发使用等因素，促使预应力锚索在结构、材料和施工工艺方面进行了改进，向受力合理、快速承载、效率高的方向发展，并广泛应用于岩体的深层加固。压力分散型锚索是将施加的预应力分散在整个锚固段上，使应力应变分散减小，从而充分利用了锚固段岩体的受力性能，提高了锚索的适用性。该项技术的开发与应用，在许多方面取代了传统岩体加固方法，为岩体加固与支护开辟了一条全新的途径。二、特点压力分散型锚索是在同一锚孔中安装几个单元锚索，而每一锚索又都有自己的锚筋体，自己的锚固段和自由段，而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施加的，并且通过预先的补偿张拉使所有的单元锚索始终承受

3、相同的荷载。因此，压力分散型锚索能最大限度的调用整个锚固段范围内的地层强度，而不会出现应力过度集中现象。普通锚索与压力分散型锚索锚固法的比较见图1。 三、施工工艺预应力锚索施工主要由锚孔钻造、锚索制作、锚索安装、注浆、锚墩施工、封孔注浆、封锚等工序组成。压力分散型锚索结构图见图2。1、测量放样根据设计提供的边坡立面布置图进行放样。因边坡开挖误差等原因，实际放样过程中为保证锚墩（框架、格子梁）美观应考虑坡面超、欠挖对锚孔位置的影响。放样结束后可用钢筋头直接钉于坡面锚孔位置，挂线检查。孔位误差要求坡面纵、横向不大于5cm，高程误差不大于10cm。2、锚孔钻造锚孔钻造是锚索施工中的关键工序。为提高效

4、率和保证钻孔质量，一般采用潜孔冲击式钻机。钻机选择应根据设计提供的地质资料和孔深等数据合理选择搭配。钻进过程中应根据钻进速度、钻机吹出粉尘等确定孔内地质情况，及时记录，看孔内地层情况是否符合设计要求，如孔内地质为土质则应按照要求采用二次高压劈裂注浆。钻进中可按照设计长度将所需钻杆摆放整齐，做到钻杆用完，孔深刚好到位。为保证锚孔深度，实际钻进中，锚孔深度要比设计深度大，但不宜大于0.2m。钻孔结束，逐根拔出钻杆和冲击器备用。两种特殊情况的处理：渗水的处理：在钻进过程中或在钻孔结束后，若吹孔时无粉尘，而是一些小石粒或灰黄色团粒，则说明孔内有水，岩粉多贴附于孔壁，此时若孔深已经到位，可注入清水用高压

5、风进行吹孔，直至吹出清水。有时孔内渗水量大，甚至有积水，钻机工作时能吹出泥浆和碎石粒，这种情况岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，可继续钻进。如果渗水量太大，甚至淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，此时应拔出冲击器进行压力灌浆处理。塌孔的处理：当钻孔穿越地质破碎带是往往会产生塌孔现象。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉并夹杂一些原状的石块，这时，应立即拔出钻具，进行灌浆固壁，浆液可采用搀有水玻璃的水泥浆，24小时后重新钻进。3、锚筋制作锚索加工前可在现场用42钢管搭设加工平台。钢绞线截取长度应按照单元锚索长度、千斤顶长度、工具锚和工作锚及张拉操作余量的总和，一般可取1.2-1.5m。钢绞线截取时

6、采用机械切割，不宜采用焊割。将截好的钢绞线放置在操作台上，准确量出锚固段和自由段长度，分别安装承载体。安装承载体过程中，剥离钢绞线表面PVC套管，将钢绞线表面防腐油脂清洗干净，然后用挤压机将挤压套和钢绞线进行机械连接。压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，张拉伸长量不同，因此应对各单元锚索需进行标记。编号可采用三重编号的原则，避免因施工中因锚索拖动将标记磨损。一是将钢绞线端头10cm的外套剥离，将隔离油脂清洗干净后用不同颜色油漆标记，二是对钢绞线外露段PVC管用不同颜色油漆标记，三是对外露段外套管分别采取切除若干段1/3部分的方式，以上三种方式应配套使用，特别要注意，因锚索张拉时外露钢绞线套管要

7、全部剥离，此时只存有第一种标记，实际施工中在张拉前应对第一种标记进行重新标识。4、锚索安装锚索安装前应再次采用高压风对锚孔进行清孔，然后安装该孔号对应的锚筋。下索时应按设计倾角和方位平顺推进，严禁抖动、扭转。5、注浆注浆用BW-150注浆泵进行，一般注浆压力为2 MPa，浆液采用水泥浆或水泥砂浆，采用孔底返浆法注浆。当孔口出现溢浆且持续时间不小于2min后，方可停止注浆。水泥浆固结收缩后，要多次补浆，以保证浆体充满钻孔。注浆完毕后，将锚索固定在孔口中央。二次高压劈裂注浆：锚固段遇土质或砂土质强风化岩层时，为提高锚固力，应采用二次高压劈裂注浆。采用劈裂注浆工艺的，应在锚筋内空预留钢质注浆管并按照

8、设计预留出浆孔并用胶带封堵6、框架梁施工（锚墩）施工程序为：测量放线锚梁开挖支立模板绑扎钢筋安装锚索孔口波纹管安装螺旋筋及孔口钢筋网安装锚具（钢垫板）现浇混凝土混凝土养护。7、锚索张拉（1）张拉设备的选型与标定根据锚索锚固设计吨位选择合适的千斤顶及油压泵，在张拉前需对张拉设备进行标定，绘出千斤顶顶力与压力表指示的压强曲线，作为锚索张拉时的依据。（2）张拉荷载和伸长量计算张拉荷载计算根据设计和施工规范要求，锚索设计荷载采用平均法进行分配，即每单元锚索承受的荷载为设计荷载的1/n（n为单元锚索数量）。忽略孔道摩擦和其它不利因素。伸长量计算根据虎克定律L=PLi/EA，确定每单元锚索的最终伸长量。压

9、力分散型锚索之锚固段视为零，其自由段应分单元按实际全长计算。差异荷载和伸长量计算压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载计算公式：（以三个单元锚索共六束压力分散型锚索为例）：差异伸长量： L1-2 =L1-L2 L2-3 =L2-L3 Li =（/E）·Li ，（式中=P/A；i=1，2，3）差异荷载: P1 =E·A·（L1-2/L1）·2 P2 =E·A·（L2-3/L2+L2-3/L1）·2 其中：L1，L2，L3分别为第一、第二、三单元锚索的长度，且L1L2L3；L1，L2，L3各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷

10、载作用下的伸长量；L1-2，L2-3各单元锚索在给定最终张拉（投计锁定）荷载作用下的差异伸长量；给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力；P给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载;A单根钢终线束的截面面积；E钢绞线的弹性模量；P1，P2分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。（3）张拉程序预张拉在正式张拉前，先按照初始荷载为0.1×A×fptk（A为锚索的截面积，fptk为锚筋承载力标准值）对锚索进行12次整体张拉，使锚筋拉直，然后松开。差异分步张拉第一步：先按照差异荷载P1张拉第一单元最长一组锚索，并采用L1-2进行控制，张拉到位后锁定施工锚和工作锚；在

11、千斤顶行程内可不回油，压力表不归零，继续进行第二步张拉。第二步：再按照差异荷载P2同时张拉第一单元最长一组和第二单元次长一组锚索，并采用L2-3进行控制，张拉到位后锁定施工锚和工作锚；在千斤顶行程内可不回油，压力表不归零，继续进行整体同步分级张拉。整体同步分级张拉按照上述第一、二步分单元进行补足张拉后，将三组锚索（即一、二、三单元）整体同步按照设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%五级张拉锁定。锁定后48小时若发现明显的预应力损失现象，则应进行补偿张拉。（4）张拉时间控制在张拉过程中，当荷载每增加一级，均应稳定510min，记录位移读数。最后一级张拉荷载应维持10min。在每级加

12、荷等级观测时间内，锚头移量不大于1.0mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至头位移增量2.0h小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次。（5）张拉破坏控制标准锚索张拉过程中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出；锚头总位移量超过设计允许位移值；后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍；锚索材料拉断。8、封孔灌浆、封锚预应力张拉达到设计值后，做好记号，观察三天，没有异常情况即可对波纹管进行有压循环封孔灌浆。封孔灌浆后，用手提砂轮机切除多余钢绞线（从锚具起预留

13、5cm），然后支模，用混凝土封锚。9、质量标准锚孔钻造的允许偏差和检验方法 表2项次项目允许偏差检验方法1孔位坡面纵向±50mm用经纬仪和拉线和尺量检查坡面横向±50mm孔口标高±100mm用水准仪或拉线尺量检查2孔向孔轴线倾角±1.0°用测角仪或地质罗盘检查孔轴线方位±2.0°用测角仪或地质罗盘检查孔底偏斜满足设计要求用钻孔测斜仪检查3孔径满足设计要求验钻和尺量检查4孔深大于设计深度验钻和尺量检查锚筋组装的允许偏差和检验方法 表3项次项目允许偏差检验方法1锚筋长度±50mm尺量检查2锚固段长度±50mm

14、尺量检查3塑料套管端头定位±50mm尺量检查4注浆管中心定位±10mm尺量检查端头定位±50mm5支架、环箍、导向帽制作尺寸±5mm尺量检查接装定位±20mm锚筋安装的允许偏差和检验方法 表4项次项 目允许偏差检验方法1入孔方向倾角±1°地质罗盘检查方位±2°2入孔深度±200mm尺量检查地梁或框架的允许误差和检查方法 表5序号检查项目规定值或允许偏差检查方法1孔距偏差±50mm每20m用经纬仪检查3点2孔口高程±100mm每20m用水准仪检查3点3锚索轴线误差±3°查施工记录，每20m查2根4框架地梁砼强度满足设计要求每个工点取3组试件试验5框架地梁断面尺寸满足设计要求每5根抽查1根四、结语山岭重丘地区高速公路的大量建设给压力分散型锚索提供了一个广阔的舞台，它以不受地形、地质条件限制，对于岩层较为破碎的边坡能及时有效、因地制宜的深层加固的优点，以及柔性可调、随机补强、深层和主动控制、超前预支护、施工快捷等特点，迅速得以推广应用，以京福高速公路福州段FA1标段为例，因边坡较高（最高