高边坡支护无粘结锚索施工工法

1、.高边坡支护无粘结锚索施工工法赵新民一、前言锚索作为岩土工程高边坡加固支护措施，随着复杂地质条件下大型、特大型水利枢纽工程的开发建设和大断面洞室的安全措施之一，在水电站工程施工中得到越来越广泛的应用，对锚索的各项技术指标和施工工艺、设备提出了更高的要求。锚索支护工程技术的发展经历了锚索长度由 20 米到 100 多米，锚固力由 500kN 发展到 10000kN 甚至更高，内锚受力型式由拉力集中型发展到拉力分散型、拉压结合型、压力分散型等，锚索结构由粘结型发展到无粘结型等等。在锚索技术的发展过程中，钢绞线、锚具的材质优化和材料力学性能的提高、施工机具的工作性能和环境适应性的改善均发挥了很大作用

2、。三峡水利枢纽、溪洛渡水利枢纽、小浪底水利枢纽、小湾水电站、锦屏水电站等一批大型水电工程中高边坡和地下工程大批量使用大吨位锚索，对提高锚索施工工艺水平和发展锚索施工技术提供了实践依据。我局在小浪底、锦屏等项目的锚索工程施工中，积累了一定的施工经验，特总结为工法，以便相似锚索工程施工组织时借鉴。二、工法特点该工法特点主要体现在锚索的编索制作工艺上解决应力集中问题；在造孔工序上解决工效和塌孔问题；在孔口锚固端提出新的工艺；在张拉工序采用二次补偿张拉工艺。三、适用范围锚索支护适用于各种需要深层加固和支护的岩土边坡、地下洞室高边墙。四、工艺原理锚索支护的工作原理是通过对锚索施加预应力的手段，形成锚墩与

3、深层锚固端对拉，使锚索附近的外侧岩体在外锚端作用下承受压力，控制岩体向外侧的位移量和变形速率，达到岩体稳定的目的。本工法的工作原理主要有以下内容：1.通过选用合适的施工机具，确定在不同岩体中的钻进工艺和孔内护壁技术；2.通过设计优化将锚固端由一个点分散为多点，改善内锚头应力集中问题；3.用二次张拉工艺解决锚索受力后的前期松弛变形问题；4.根据多个工程实践，实施不同的锚墩型式，减少工作量的同时达到工程目的。工艺原理是工序组合的最终效果，根据不同的岩性和地质条件选择与之相适应的钻机和灌浆设备，一般情况下采用双动力冲击、回转钻机，注浆采用大流量泵，其扬程根据工作现场条件确定。五、施工工艺高边坡锚索施

4、工和大断面洞室内锚索施工工作内容相似，不再分章节叙述。1.施工工艺流程预应力锚索施工工艺流程见图1。钢绞线检测施工准备、测量放点精选范本下料钻孔.立埋砼件拌安模制配装合比锚墩砼浇筑设计机具标定、 锚具检验张拉锚固图 1预应力锚索施工工艺图2.施工准备在锚索工程开工前，需要做以下准备工作。（ 1）技术准备施工技术交底；施工前应进行性能试验或生产性试验，以验证设计参数，完善施工工艺。检查原材料、锚夹具的出厂合格证、检验报告；复核混凝土、水泥、水泥净浆配合比和强度试验报告；准备施工记录（包括钻孔记录、超前灌浆记录、注浆记录和张拉记录）表格；预应力锚索张拉试验成果（检验锚具、钢绞线、千斤顶系统性能）；

5、（ 2）材料与设备预应力钢绞线采用标准型1860MPa（ 270 级）无粘结、无涂层、高强度低松弛钢绞线，其力学性能应符合 GB/T5224 规定，应有出厂合格证书和标牌。钢铰线的防腐油脂应化学稳定性好，不得含有有害成份，其涂敷量不应小于 50g/m 。 PE 套管厚度为 1.0 1.2mm，应有一定的韧性和硬度，并有抗腐蚀、抗老化性能。精选范本.水泥采用及以上强度等级的水泥，质量符合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999）或更新的规定。锚具质量应符合GB/T14370 相关规定。 现场应进行预应力钢铰线锚具组装件静载试验，其锚固性能应满足： 锚具效率系数不小于0.95，实测极限拉力

6、时的总应变不大于2%，且夹片未出现肉眼可见的裂纹或破碎。张拉机具应与锚具的类型、锚索的设计张拉力相匹配。张拉机具配套的压力表精度不应低于1.5 级，张拉时压力表读数不超过表盘刻度的75%。灌浆设备须与预应力锚索孔道灌浆的浆液类型、浓度及施灌强度相适应，且能保证稳定均匀连续灌浆。制浆设备应采用高速搅拌机，以提高浆液的均匀性，增加其流动度和可灌性。灌浆泵的排浆量应能满足锚索孔道的灌浆强度的需要，压力稳定，其允许工作压力应大于设计灌浆压力的 1.5 倍，压力波动范围宜小于灌浆压力的 20%。钻机性能与锚索孔直径、孔深和岩体地质特性相匹配。（3）现场准备施工通道： 有条件时优先选择采用施工便道方案，没

7、条件时采用人行爬梯、垂直运输缆索、 吊车等方案。施工平台：在坡面上根据锚索布置情况，搭设工作平台。对于洞室边墙或明挖边坡高度大，坡度陡，排架搭设的稳定性十分重要。为保证排架和施工人员及设备的安全，搭设排架时一定要严格做到以下几点：a.排架坡面投影网格最大为 1.2× 1.5m，垂直于坡面方向间距为 1.5m，内侧排架离坡面不大于 0.3m。b.整个排架必须打间距 1.2× 1.5 米的插筋孔，孔深 1m，并且每根立杆架管与岩面接触处设置防滑钢筋，插筋直径不小于25mm，孔布于坡面横竖管交点之上方0.3m。c.各作业平台、通道等必须满铺马道板（木板厚度不小于45mm），外挂安

8、全网，要求外观整齐。d.钻机托架管采用双根，以保钻进过程中钻机不晃动。e.架管、管卡质量必须有保证，满足规范要求，架管壁厚不小于3.5mm。f.采用斜支撑、拉锚筋、剪刀架和承载部位增加立柱密度相结合的措施，保证管架刚度，满足承载要求。g.管架上应设置明显安全标志。风、水、电供应：一般与主体施工配套统一布置。需要注意的是供电应采用电缆，易于搬移，供水主管路用钢管时，应布置在开挖工作面以外。3.造孔（1）锚索孔造孔参数1000kN 级锚索孔孔径为115mm；1500kN 级和 2000kN 级锚索孔孔径为130mm。在此基础上钻孔角度、锚固段长度、锚索孔深度均应符合设计要求。（2）造孔设备、机具设

9、备： YXZ-70 型、 YG-80 型锚索钻机。机具：采用ZD110 、 ZD130 冲击器，并配置与之相适应的钻头和钻杆。（ 3）钻机就位为使锚索孔在施工过程中及成孔后其轴线的倾角、方位角符合设计及规范要求，必须保证钻机就位的准确性、稳固性。精选范本.调整钻机立轴轴线,使其与锚孔设计中心轴线的方位角及倾角保持一致；方位角及倾角满足要求后,用卡固件将钻机卡牢固稳。试运转后再次测校钻机立轴轴线与锚孔设计中心轴线，使其保持一致。（4）钻进工艺参数a.钻进压力：开孔时，使钎头紧贴岩面低压冲击，平稳缓缓推进即可；正常钻进时钻压Pf 2 4kN 。b.转速：开孔转速n=0 ；正常钻进转速，n。c.风量

10、：单机Q 风 =10 12m3 /min 。（5）造孔注意事项a.开孔前，清除孔口附近松动岩块。b.开孔时，在设计孔位上，人工或用风钻凿出与孔径相匹配的10cm 左右深的槽（孔），以利于钻具定位及导向。c.每钻进 1m 左右，必须缓慢回钻吹孔，往返不少于2 次，直至孔口无岩粉返出，以利充分吹粉排渣，避免卡钻及重复破碎。d.勤检查钻杆、钻具磨损情况，对磨损严重的钻杆、钻具应予以更换，尽量避免孔内事故的发生。e.在钻进过程中，为防止孔径相差过大，使得下锚时困难。可备4 个钎头，每个钎头打10 15m 左右，就轮换一个。f.在钻进过程中，认真、真实地做好钻孔记录，为分析判断孔内地质条件提供依据。记录

11、中要详细标明每一钻孔的尺寸、返风颜色、钻进速度和岩芯记录等数据。（ 6）破碎地层段的钻进措施在钻遇破碎地带时，为保证成孔质量、防止塌孔及保证钻进效率，对岩体块度较大、整体性好的个别掉块问题，可以重新扫孔或用干硬性砂浆团顶入孔内解决，对破碎岩体则在钻孔时分段进行超前固结灌浆，待凝等强后扫孔继续钻进。对松散岩体、未完全固结的块状岩体，可以采用套管跟进的护壁方式造孔，但在张拉前必须保证外锚墩和张拉段围岩稳定。（7）终孔验收钻孔完毕，用压缩风冲洗钻孔，直至孔口返出之风，手感无尘屑，延续 5 10 分钟。钻孔清孔完毕，进行钻孔检测，合格后及时进行下锚工作。4.预应力锚索制作（1）钢绞线选用符合预应力混凝

12、土用钢绞线GB/T5224-1995 和 ASTM A416-98 标准要求的1860MPa高强度低松弛无粘结钢绞线。无粘结钢绞线为防腐油脂敷裹并用PE 套包裹，具有良好的防腐效果和可全孔一次注浆等优点。高强度低松弛无粘结钢绞线性能指标见表1。表 1高强度低松弛无粘结钢绞线性能指标强度级别公称直径截面积弹性模量极限1%伸长最小载荷延伸率MPammmm 2kN/mm 2荷载 kN强度 MPakN%186015.24140195 102661900234.63.5精选范本.（2）全长无粘结压力分散型锚索编索制作a.全长无粘结压力分散型锚索基本组成为：导向帽、单锚头、锚板、隔离架、注浆管、高强低松弛

13、钢绞线等（图2）。全长无粘结单孔多锚头（防腐）型预应力锚索1000kN 级分 4 组锚头，每组锚头间距0.8m，钢绞线根数量7 根； 1500kN 级分 5 组锚头，每组锚头间距0.8m 钢绞线根数量10 根，； 2000kN 级分 6 组锚头，每组锚头间距0.8m，钢绞线根数量12 根。D第一组锚头第二组锚头第 n组埋头0.8 m钢绞线外露长度锚头间距锚固段长度自由段长度图 2全长无粘结压力分散型型预应力锚索结构示意图b.下料：使用砂轮切割机下料。各级锚头钢绞线下料长度为：L= 锚固段长度Lm-距第 1 级锚头距离Ld+ 自由段长度Ly+ 锚墩长度Ld+ 张拉长度Llc.将每根钢绞线端部的塑

14、料保护套切去适当长度，清理干净防腐油脂，用挤压机将挤压套安装在承压板后方，逐个制作单锚头。d.组装将钢绞线顺直排列在加工平台上。按照要求间距装配单锚头、承压板、托板进行锚头部分的制作。按照要求间距安装隔离架，隔离架上对应位置安放顺直注浆管，同时注意使注浆管在锚索体中的相对位置满足要求，按不大于2m 的间距安置隔离架，并用黑铁丝捆扎。在锚索体外侧安置对中架，使得预应力锚索体在钻孔内居中放置。锚固段顶部安装导向帽。组装好的锚索见图3。对组装好的锚索按照对应的锚索孔进行编号，并妥善放置备用。（ 3）全粘结预应力锚索的组装将钢绞线顺直排列在制作平台上，保持长度一致。钢绞线下料用砂轮机切割，切口整齐，无

15、散头。精选范本.图 3编制成型的锚索细部结构顺直装置I 、II 期灌浆管和内锚固段排气管，I 期进浆管距孔底0.5m，II 期进浆管距内锚固段止浆环0.20.5m ，内锚固段排气管穿过止浆环0.1m。灌浆管安装后进行畅通性检查，检查合格后临时封口。锚索位于锚孔中心，内锚固段每隔1.0m 穿一对中支架， 两对中支架间绑扎黑铅丝一道，张拉段每隔5.0m穿一对中支架，两对中支架间绑扎无锌铅丝一道，绑扎时保证钢绞线不得交叉。在内锚固段和张拉段间安装止浆环，环内用环氧砂浆封填密实，最后在锚索端头上装上导向帽。成型锚索经检查满足要求后，对进回浆管分别编号，按锚孔编号挂牌，架离地面0.5m 存放，支点间距1

16、.5m，保证存放库防水、防潮、防锈、防污染。5.预应力锚索安装及注浆（ 1）安装方式：人工下锚。（ 2）长锚索下锚时，操作人员要协调一致，用力均匀，只能往里推，不能往外拉，保证锚索体在孔内顺直不扭曲。（ 3）注浆方式：采用全孔一次注浆工艺。（ 4）设备材料a.设备： 100/3.5 搅拌机、 3SNS 泵灌注。b.材料水泥：采用不低于水泥。水：符合拌制水工混凝土用水。c.浆液配比： 采用 0.36 0.45:1浆液水灰比， 锚固段浆液结石强度指标满足设计要求。搅拌时间： t 3min。6.锚索孔灌注（ 1）锚索注浆前，应检查制浆设备、灌浆泵是否正常；检查送浆及注浆管路是否畅通无阻，确保灌浆过程

17、顺利，避免因中断情况影响锚固注浆质量。（2）灌注方法： 采用孔口阻塞器封闭灌注。浆液从直达孔底附近的注浆管向内灌入，气从孔口排气管直接排出。精选范本.（ 3）注浆结束标准： 注浆压力折算以孔口计， 按设计和施工规范要求进行， 排出的浆液浓度与灌入的浆液浓度相同，且不含气泡时为止。7.注浆浆液取样试验为给锚索张拉提供依据，注浆时对预应力锚索的灌浆浆液应取样做抗压强度试验。8.锚墩施工锚墩用钢筋必须符合国家标准、设计要求，钢筋的机械性能如抗拉强度、屈服强度等指标经检验合格，钢筋应除锈、除油并调直，外表面检查合格。锚墩钢筋制安时，先用风钻在锚索孔周围坡面上对称打孔4 个，插入 20 骨架钢筋并固定，

18、然后按照图纸要求焊接钢筋网并固定于骨架钢筋上（图4），焊接质量符合要求。焊接过程中，不得损伤钢绞线。图 4锚墩示意图钢垫板安装：钢垫板与套管焊好，并焊接在钢筋骨架上，其预留孔的中心位置应在锚孔轴线上，平面上与锚孔轴线正交，其误差不得大于0.5。锚墩、钢垫板规格按设计要求施工。在钢垫板与基岩面之间按照图示锚墩尺寸立模，验仓合格后，浇筑图示标号混凝土，边浇筑边用振捣棒振捣，充填必须密实。砼浇筑时，须现场取样，确保锚墩浇筑质量，并给锚索张拉提供依据。9.施加预应力（ 1）张拉基本要求锚索张拉应在锚固注浆结石体抗压强度达到设计要求的可张拉强度及锚墩混凝土的承载强度达到规定值后进行，张拉参数应满足设计要

19、求。（2）张拉程序a.锚索张拉按分级加载程序进行，即由零逐级加载到超张拉力，经稳压后卸荷到设计张拉力锁锚，0 m（稳压 4min）（m 为超张拉系数，由设计确定，为设计张拉力）。b.张拉工艺流程穿锚初始载荷（钢绞线调直）分级循环张拉至设计工作荷载补张拉（3）锚索张拉方式精选范本.压力分散型预应力锚索由于各根钢绞线长度不等，必须采用单根张拉千斤顶间隔对称分序张拉，确保各根钢绞线平均受载，如此一个张拉循环完毕，继续进行下一循环张拉，直至设计工作荷载。（部分锚索设计要求先张拉至80%，待开挖边坡稳定后再补张拉至设计工作荷载）每一循环张拉时，先张拉锚具中心部位钢绞线；然后张拉锚具周边部位钢绞线，张拉时

20、按照间隔对称分序进行。（4）张拉设备仪器a.电动油泵： ZB4-500S。b.千斤顶： YDC240Q 。（5）锚夹具1000KN 级锚索由7 束钢绞线编成，锚具选用ESM15-7；1500KN 级锚索由10 束钢绞线编成，锚具选用ESM15-10；2000KN 级锚索由12 束钢绞线编成，锚具选用ESM15-12。（6）张拉注意事项a.加载速率：每分钟不宜超过设计应力的10%。b.卸荷速率：每分钟不宜超过设计应力的20%。c.预应力的施加：向张拉油缸加油使油表指针读数升至张拉系统标定曲线上预应力指。d.钢绞线伸长值：分级测量钢绞线伸长值并按要求做好记录。钢绞线调直时的伸长值不计入钢绞线实际伸

21、长值。（7）穿锚a.清理干净锚具、工作夹片及钢绞线表面，夹片及锚具锥孔无泥砂等杂物。b.将钢绞线按周边序和中心序顺序理出，穿入锚具，套上夹片。c.推锚具与钢垫板平面接触。d.用尖嘴钳、螺丝刀及榔头调整夹片间隙，使其对称。（8）初始载荷（钢绞线调直）a.初始载荷：为设计工作荷载的/5 。b.用单根张拉千斤顶YDC240Q将钢绞线逐根拉直预紧。张拉按照先中间后周边对称分序张拉的原则进行。0/5 （稳定 2 5min）（9）分级循环张拉至设计工作荷载（基本试验）a.分级加载等级：分别为0.25、 0.5、0.75、 1.0 倍设计工作荷载。b.第一循环张拉：初始荷载调直后，在 /5的基础上继续加载至

22、 /4锁定。/5 /4 （稳定 2 5min）c.第二循环张拉：第一循环张拉结束后，在/4的基础上继续加载至 /2 锁定。/4 /2 （稳定 2 5min）d.第三循环张拉：第二循环张拉结束后，在/2的基础上继续加载至3/4 锁定。/2 3/4 （稳定 2 5min）精选范本.待开挖边坡变形稳定后，再进行下一步张拉。e.第四循环张拉：第三循环张拉结束后，在3/4 的基础上继续加载至1.05锁定。3/4 1.05（稳定 10 20min）10.外锚头防护外锚头保护方式采用细石混凝土封锚，其强度按设计要求进行配比，封锚厚度不小于10cm。封锚时间由锚索测力计监测数值判断区域岩体变形稳定时进行。11

23、.锚索张拉与读数控制步骤（以2000kN 级为例） 锚索张拉在锚索灌浆结石体张拉台座砼达到设计强度后进行，张拉设备为YCW350A 、 YDC240Q液压千斤顶、 ZB4-500 电动油泵， ESM15 12 锚固体系。 采用单根预紧张拉然后整体张拉，预加应力为30kN ，预紧张拉由中心向外逐层对称张拉，使各根钢绞线应力值一致。 为保证张拉控制应力的准确，在张拉前，对张拉设备包括千斤顶、油泵、压力表、高压油管须进行“油压值张拉力”标定，绘制出压力表读数与系统出力关系。压力表精度1.5 级，压力表使用范围不超过表量程的75。标定值与理论计算值相差不大于3%。 张拉时千斤顶的安装轴线与锚索轴线一致

24、，锚环夹片和锚索体接触部位进行清洁处理，张拉分级加载按设计应力的15 20控制。 张拉过程中，每级张拉荷载下持压稳定5min，达到安装吨位后持压稳定20min 后锁定。锁定时，通过缓慢卸荷放张，将张拉力由工具锚传递给工作锚。 每级荷载下均测量了锚束伸长值，以理论伸长值校核，锚束伸长值误差控制在-5 +10 范围内。 张拉检查标准：达至控制压力，未发生断丝或滑丝现象，且实际伸长量未超过允许伸长值，视为合格。 每次张拉均应及时进行准确记录，并及时整理好资料备查。张拉锚固的过程为：单根预紧张整束张拉稳压 5min稳压 5min稳压 5min30kN500kN1000kN1500kN2000kN稳压

25、10min稳压 20min2100kN锁定 (2100kN)。六、机具设备主要设备投入见表1。表 1主要投入设备名称型号规格数量额定功率精选范本.名称型号规格数量额定功率电动空压机75021.2m3/min 1.2MPa186kW钻机YXZ-70240H=70m25kW钻机YG-80300 H=100m30kW高速搅拌机ZJ-400400L8.5kW砂浆机100/3.5Q=100L/minP=3.5MPa16.5kW灌浆泵3SNSQ=100L/minP=10MPa11kW灌浆自动记录仪LHGY-2000电动油泵ZB4-500SP=50MPa24kW挤压机XJ-600千斤顶YCW350A350T

26、千斤顶YCW250A250T千斤顶YDC240Q24T电焊机BKX30033kW钢筋切割机405.5kW七、劳动组织根据工程规模和施工条件配置。一个工作面至少配置技术人员11 人。其中高级工程师 1 人，工程师2 人，助理工程师及技术员8 人。主要负责技术方案、质量检查、试验监测、测量控制、施工协调和安全监督。根据施工需要配置作业人员，本工程配置技术工人82 人。其中技师12 人，技术工70 人。普工50 人。八、质量要求严格按国家颁布的有关工程施工技术规范及设计要求进行施工质量控制，并认真接受业主的监督指导，以严格的管理方式和可靠的技术手段确保工程优质、高效、安全。1.质量保证体系参照 IS

27、O9002 质量体系认证要求，本工程质量按照局质量体系进行保证。2.工程施工全过程的质量控制措施（1）施工前准备阶段的质量控制组织员工熟悉施工图纸和施工方案，掌握施工技术和工程质量的关键控制点。对所有用于本工程的设备、仪器进行检修，防止因仪器、设备误差影响施工质量。（2）施工过程中的质量控制措施张拉实测伸长值与理论值偏差超出+10%或小于 -5%时，应停机检查，待查明原因并采取相应措施后，方可恢复张拉。锚索张拉采用单根张拉方式，确保各根钢铰线平均受载。先张拉锚具中心部位的钢铰线，然后张拉锚具周边部位的钢铰线，按照间隔对称分序进行。对同一承载体上的钢铰线采用多台单根张拉小千斤顶对称张拉。锚索张拉

28、应先进行单根预应力钢铰线预紧，使同一承载体上各股预应力钢铰线的应力均匀后，再进行分级张拉。精选范本.预紧采用单根钢铰线小千斤顶循环法，单根钢铰线预紧应力为30KN ，每根钢铰线至少进行两个循环预紧，要求两次预紧伸长值小于3mm，且每根钢铰线的伸长值不得小于理论值的10%，否则，进入下一循环继续预紧，直至满足要求才能进入整体张拉。（ 3）单根钢铰线分级加载张拉程序为：第一循环张拉：施加 /4 荷载稳定 5min,量测钢绞线伸长值；第二循环张拉：第一循环张拉结束，在 /4 的基础上继续加载至 /2 荷载，稳定 5min，量测钢绞线伸长值；第三循环张拉：第二循环张拉结束后，在/2 荷载的基础上继续加

29、载至3/4 ，稳定 5min，量测钢绞线伸长值；第四循环张拉：第三循环张拉结束后，在3/4 的基础上加载至荷载，稳定5min，量测钢绞线伸长值；第五循环张拉：第四循环张拉结束后，在荷载的基础上加载至 1.05荷载，稳定 10min，量测钢绞线伸长值；稳定后锁定。（4）张拉结束标准在张拉过程中应按设计要求逐级加载，最大张拉应力控制在105%。张拉加载及卸载应缓慢平稳，加载速率每分钟不宜超过0.1,卸载速率每分钟不宜超过0.2。锚索张拉锁定后，夹片错牙不应大于2mm，否则应退锚重新张拉。锚索张拉每级加载后应同步量测其伸长值，锁定后应量测预应力钢铰线的滑移量。长度超过24m 的对穿锚索采用两端同步张拉。在特殊情况下或设计要求采取一端张拉时，应制定详细的张拉操作规程，并通过试验和完善工艺后方可实施。九、安全措施1.安全管理方针各作业单位必须将“安全第一，预防为主”的方针贯彻执行到施工过程中的每一工序，做到生产必须安全，安全促进生产。加强安全教育、安全培训，提高全员的安全意