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【摘 要】本文通过对京珠南高速公路预应力锚索施工的实践经验,分析了预应力锚索施工的工艺及部分注意事项.
【关 键 词】预应力锚索；施工工艺
1.地质工程概况
本标段工程线路总体走向NE向、NS向,沿构造沟槽穿越花岗岩低丘区,位于流溪河河谷盆地以北,岩性比较简单,除山间谷地、小溪及其两侧山塘覆盖有少量第四系冲洪积物外,主要花岗岩及其风化残积物――砾（砂）质粘土.花岗岩性以中粗粒黑云母花岗岩为主,局部为中细粒或细粒黑云母花岗岩.风化带深厚,最大厚度50m以上,边坡表层松散.许多边坡中存在不利结构面,坡脚出水,有水塘、湿地,有坍塌、滑坡等不良地质现象.
2.预应力锚索设计原理
当施工开挖了高路堑之后对自然应力状态产生了重大改变,是造成边坡失稳的直接原因,因此路堑边坡的设计措施是否合理是决定路堑边坡稳定的关键.
根据工程地质条件及防护面积较大的实际情况,设计采用预应力锚索这一新型受拉杆件对高边坡进行“护腰固脚”防护.预应力锚索一端与工程结构物质（钢筋砼地梁）联结,另一端锚固在地基的土层或岩层中,以承受结构物的上拉力、拉拔力及土压力,它利用地层的锚固力作用于地梁以使边坡稳定.
锚索所以能锚固在土层中作为一种新型受拉杆件,主要是由于锚索在土层中具有一定的抗拔力.当锚固段锚索受力,首先通过锚索与周边的水泥浆或水泥砂浆握裹力传到砂浆中,然后通过砂浆传到周围土体.传递过程随着荷载增加,锚索与水泥砂浆粘结力（握裹力）逐渐发展到锚索下端,待锚固段内发挥最大粘结力时,就发生与土体的相对位移,随即发生土与锚索的摩阻力,直到极限摩阻力.
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抗拔试验证明,拔力小时锚索位移量极小,拔力增大,位移增大,拉拔力达一定量时,位移不稳定,甚至不加力,位移仍不停止,此时以为锚索已达到破坏阶段,也就是锚索与土层间的摩阻力超过了极限状态.
3.预应力锚索施工工艺
3.1工艺流程
预应力锚索根据设计要求采用无水干钻作用以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能.
预应力锚索施工工艺流程图
3.2施工工艺及注意事项
3.2.1施工前的准备工作
施工前除做好锚索施工分项工程组织设计外,还应做好以下工作：
①边坡开挖达到施工作业要求,并平整好锚索操作范围内的场地以便于钻孔施工.
边坡开挖前首先要做好坡顶截水工程及必须的监时防排工程；开挖时严禁从上而下全断面开挖,应采取开挖一级,加固一级的施工方法,对于特殊的具有变形迹象边坡的开挖应考虑同级中分段跳槽开挖或由两侧逐渐向中间推进开挖并及时进行支锚的方式进行；对于岩质边坡开挖时严禁采用大爆破,在接近设计坡面时,应采用光面控制爆破.
②布置好施工场地和制索场地,机械设备和材料经标定检验后进场.
③搭设工作平台并安装防护栏杆挂网以确保施工过程中的安全.
④移机就位,根据测量结果校正孔位和角度,以防间距偏小不均匀将造成群锚效应而降低锚固力.锚索的倾角与施工机械性能和地层土质有关系.一般来说倾角大时,锚杆可以进入较好的土层,但垂直分力大,对支护桩及锚桩地梁受力大.因此设计锚索倾角一般在13°～30°之间为好.
3.2.2锚索孔的钻凿
有效高速地钻凿满足要求的锚孔是预应力锚索技术的关键之一,也是锚索施工中控制工期的关键工序.
首先,选择机具是关键.根据地层的类型、钻孔（直孔）、施工方案（干作业）选择我国自行设计制作的MGJ50型压缩空气动力的水平潜孔冲击钻机,其优点是机身小巧,移动方便；在干作业时有较大的优越性.
其次,锚孔钻进采用无水干钻,以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能.
第三,钻进过程应对每个孔的地层变化,钻进状态（钻压、钻速）,地下水及一些特殊情况作现场记录.对以下一些特殊问题要作特殊处理：
渗水处理.
在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时,从孔中吹出来都是一些小石粒或黄色粒而无粉尘,说明孔内有渗水,岩粉多粘于孔壁,这时若孔深已够,则注入清水,以高风压吹净,直至吹出来清水；若孔深尚浅,虽冲击器工作仍有进尺,也必须停钻,拔出钻具,清孔后再继续钻进,如此循环,直至结束,否则易产生卡钻.如孔内渗水量大,有积水,吹出的是泥浆和碎石,这种情况岩粉不会粘住孔壁,可采用跟套管湿作业施工,即增加水冲钻入,采用内外套管钻进并拔出,反复提内钻杆冲洗到预定深度.此外可先在周边钻排水孔以降低水位减少渗水量,然后再施工锚孔.
3.2.3锚索制作安装
本工程锚索材料选用高强度、低松弛预应力钢绞线,一根锚索由四根7×5的钢绞线组成,单根钢绞线标准强度不小于1460Mpa.
锚索编束前要对钢绞线进行筛选,有死弯、机械损伤及锈坑的应剔除,然后将钢绞线顺直、均匀地排列,按设计长度,采用机械切割钢绞线,严禁电弧切割及焊接,以确保钢绞线的强度.
锚索编排时要确保每根钢绞线都顺直排放不缠绕,锚固段架线环与紧箍环每隔1m间隔交替设置.锚固段绑孔完成后,在自由段每根钢绞线上涂抹防锈漆和黄油,将四根钢绞线绑孔成索,再外套壁厚不小于2mm的热缩型塑料管,与锚固段相接处用热缩带绑孔,最后进行加热使热缩管、热缩带紧固于锚索上.
自由段每隔1m设置一处定中件,以保证钢绞线顺直、居中,保证锚索周边有一定的保护层厚度.注浆管采用柔软能承受2.0Mpa以上压力的PVC管,锚索制作时将其与索绑扎在一起,注浆管距孔口距离在50～100mm为宜.
锚索水平运输中各支点间距不得大于2m,锚索弯转半径不宜太小,以不改变锚索结构为限,垂直运输时,除主吊点外,其他吊点应能使锚索快速、安全脱钩；运输、吊装过程中,应细心操作,不得损伤锚索及其防护涂层.安放锚索入孔时,可在锚索头部加开孔导向头,安放到位后在孔中设置注浆塞,预埋注浆排气孔.
3.2.4注浆
压力注浆对锚索的抗拔力起决定性作用.当注浆塞内强度大于20Mpa后方可注浆.本工程设计采用525#水泥浆进行灌注.注浆液应搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,并严防石块、杂物混入浆液.注浆作业开始和中途停止较长时间后,再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路.采用孔底返浆法注浆,先用0.4Mpa的注浆压力注浆至排气管溢浆,然后封闭排气管再用1～2Mpa的注浆压力注浆,直至稳定.
灌浆压力使水泥浆颗粒渗入到周围土层中去增加了锚固体与土层的摩擦力,从而增加锚杆的抗拔力.
在抗拔力要求较大的情况下可采用二次高压劈裂注浆技术.二次高压劈裂注浆就是在一次注浆完成后,砂浆体达到初凝值时,利用高压泵进行二次注浆,劈裂注浆主要是利用压力将浆液似利斧般劈开一次注浆体,然后再进入软弱岩土层和裂隙中；浆液在劈入土层过程中,对岩土体产生充填、挤压、扩散、骨架、离子交换等几种加固效应.
3.2.5张拉与锁定
预应力锚索张拉的预应力与预应力混凝土不是一个概念,预应力混凝土是增强混凝土的性能,而预应力锚索只是减少位移,并不增强锚索的抗拔性能,为此对预应力锚索的张拉要求,也不能等同于预应力混凝土.
锚索张拉采用穿心式千斤顶,必须待孔内水泥浆及钢筋砼地梁的强度分别达到25、22Mpa后方可进行锚索预张拉.
为避免相邻锚索张拉的应力损失,可采用“跳张法”即隔1拉1的方法.因锚索间距较近,引起锚固土层中应力叠加作用使土体向基坑一侧变形,相邻后张拉的锚杆使已张拉锚杆预应力降低,同时作为整体地梁,在相邻锚索施加预应力后向迎土方向变形大,使原已加预应力的锚杆受变位而损失预应力,这部分应力损失较大.
故采用“跳张法”超张拉力为设计拉值的1.1倍,以确保前期预应力值.张拉分为二次五级张拉.第一次张拉力为预张拉值的一半,待每根锚索张拉完第一次后,再依次进行第二次张拉,直到张拉吨位,每次张拉应分五级每级需要稳定5分钟,最后一级需稳定10分钟,再无变化可以锁定.
锁定锚具采用XM15-4型,锁定后,若发现有明显预应力损失时,应进行补偿张拉.
4.总结
锚固技术目前在我国岩土工程中得到广泛应用,被作为治理边坡病害、深基础处理和隧道围岩加固等工程措施的主要手段之一.因其工程效果好,施工灵活和经济合理等等优点.因此被越来越多的应用在特殊条件下岩土工程地质病害问题上.