浅析预应力锚索施工的技术要点

浅析预应力锚索施工的技术要点

张嘉辉

广州市城市建设工程监理公司广州510060

摘要：以广州市某实验大楼的预应力锚索施工为例，从锚索成孔、杆体制作、注浆、张拉等方面细节进行分析，探索和总结了一些预应力锚索施工过程中的质量控制要点，为类似工程提供参考。

关键词：预应力锚索；施工；技术要点

引言

锚杆是在边坡、岩土深基坑等工程施工中采用的一种加固支护方式，我国锚杆支护技术可追溯到20世纪50年代后期应用在矿山巷道工程，60年代后开始在铁道隧道、边坡工程、水库大坝、地下工程等大量地采用，70年代开始在深基坑支护工程中应用了土层锚杆，先后有北京国际信托大厦、上海展览中心、沈阳中山大厦等基坑工程采用了土层锚杆支护。至今，锚杆支护技术在我国建筑工程中应用较为广泛。

当采用钢绞线或高强丝束做杆体材料时可称为锚索，本文实例中的锚杆杆体便是由钢绞线组成的锚索。在广州市某实验大楼深基坑支护体系的预应力锚索施工过程中，结合设计图纸、技术规范和相关技术经验，对其中的一些细节进行分析，总结了一些预应力锚索施工过程主要质量控制要点，供同行参考与借鉴。

1工程概况

广州市某实验大楼建设项目总用地面积为7643平方米，规划总建筑面积约32763平方米，地上14层，地下2层。由于现场地势呈东高西低，基坑东侧最深处为15.75m，基坑西侧浅处为9.4m。该基坑的支护体系为：工程基坑北侧、东侧北段采用支护桩排桩（直径1200mm）+两道钢筋混凝土内支撑；基坑东侧南段、南侧为最深部位，采用支护桩排桩（直径1200mm）+三道高强预应力锚索；基坑西侧为最浅部位，采用支护桩排桩（直径800mm）+两道高强预应力锚索。全部锚索总根数为183条，具体规格主要为4*7Φ5、5*7Φ5两种，设计抗拔力与锁定力根据不同深度设定。

2预应力锚索的施工过程

2.1锚索定位、钻孔

本工程锚索钻孔前先绘制出锚索编号图，测量员根据编号图和设计要求，定出孔位、做出标记。钻孔按标记的位置，根据设计孔径、长度和方向进行。锚索成孔采用专业履带式锚杆钻机进行钻孔，根据地质勘查报告内容，钻进采用泥浆护壁成孔，利用泥浆压力平衡地下水压力，以防止塌孔。

2.2锚索杆体制作、杆体安放

锚索杆体的下料长度根据设计标注长度和入岩条件（需进入连续强风化岩5m）综合考虑，取最大值。杆体材料为钢绞线，所以，严禁使用焊枪断料，本项目使用切割机根据已确定的杆体长度一次断料，无接头。杆体制作时，将一次注浆管和二次注浆管放置于杆体中心，其中一次注浆管的端部距杆体端部为50-100mm，二次注浆管与之同长并在底部5m范围内设置出浆孔，用胶带将注浆孔封堵。杆体自由段套有塑料波纹管并扎紧。杆体放入孔内的深度不小于成孔深度的95%，不可以超过这个深度。

2.3清孔及注浆

本项目清孔采用一次注浆管，将清水注入一次注浆管内，给与常压后清水由孔底返到孔口，直至孔口的水变清。然后采用一次注浆管进行第一次注浆，根据设计要求使用42.5R普硅水泥，按设计水灰比0.6拌制的水泥浆。第一次注浆压力为常压，待浆液从孔口溢出后停止注浆。第二次注浆根据设计要求在第一次完成后4-6小时进行，压力为2-3MPa，直到孔口返浆为止。

2.4锚索张拉与锁定

根据设计要求，待锚固体及台座混凝土强度均大于设计强度80%时方可进行张拉。由于是先进行锚固体注浆成型，后进行台座（冠梁、腰梁）施工，所以，本项目是等台座完成7天后才进行锚索张拉。正式张拉前取设计抗拔力的20%进行预张拉，无异常状况后根据设计锁定力进行锁定。张拉施工过程中留一定数量的锚索，待完成抗拔检测后再锁定。

3浅析预应力锚索的作用机理

预应力锚索将张拉力传递到稳定的或适宜的岩土体中，利用地层承受结构所产生的拉力和施加预应力来为结构建立有效的支承工程。巧妙利用了预应力钢材的高抗拉强度和调用，并提高了岩土体自身的强度及自稳能力，充分挖掘了岩土体的潜能，成为提高岩土工程稳定性和解决复杂困难的岩土工程问题的最经济最有效的方法之一。预应力锚索主要由锚固段、自由段和锚头三部分构成，锚头将预应力由杆体传递到地层面或支撑结构表面的锚杆外露端，自由段是利用弹性变形将拉力传递到锚固体，锚固段是通过注浆体将拉力传递到周围岩土体。

4分析预应力锚索施工的几个关键点

4.1杆体自由段套有波纹管的作用

预应力锚索杆体制作时将自由端套有波纹管的作用，是为了有效地将注入的浆液与自由段杆体的钢绞线进行隔离。隔离的作用主要体现在以下：

为了将拉力传递到锚固体内。自由段的作用是利用弹性伸长将拉力传递给锚固段，根据《建筑基坑支护技术规程》中的规定“锚杆锚固段的上覆土层厚度不宜小于4.0m”，锚索自由段不宜过小。如果自由段长度过小或没有自由段，使得靠近孔口的一部分自由段变为锚固段，此时锚固段处于土体的潜在滑动面，削弱了锚固效果。在基坑开挖过程中，当坑壁在主动土压力作用下，会出现较大变形。只有当锚固段离潜在破坏面足够远，才能有效发挥锚索的作用。

4.2泥浆护壁成孔后清孔的作用及效果

泥浆护壁的作用是泥浆对孔壁的静压力和泥浆在壁上形成的泥皮，可以有效地防止孔壁坍塌。钻进到底后清孔，主要就是为了最大地减弱泥皮对注浆体的影响，因为泥皮的存在会减少注浆体与周围土体的黏结，减弱锚固效果。所以，清孔减弱泥皮的影响，可尽量减少泥浆的比重。实际施工过程中对清孔后泥浆的比重可参考《建筑桩基技术规范》，小于1.25。

4.3二次注浆的时间及效果

因为第一次注浆的水泥浆液凝固后会产生一定的体积收缩，造成锚固体与周边的土体有一定的间隙，减少两者之间的摩擦粘结阻力，对后续的张拉和开挖后土体位移产生的应力有着不利影响，因此，必须进行第二次注浆。二次注浆的作用主要有两个：①补偿第一次注浆水泥浆液凝固后产生一的体积收缩；②是取一定压力（不低于2MPa）对锚固段进行劈裂注浆，能够形成纺锤状固结体，以加强锚固体与周围土体的粘结，增加抗拔力。

对于第二次注浆与第一次注浆的时间间隔的确定，查阅《岩土锚杆（索）技术规程》和《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》得知“二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5MPa后进行”。但是在实际的施工过程中，对一次注浆体的强度达到5MPa不易确定。《建筑基坑支护技术规程》中“二次压力注浆应在水泥浆初凝后、终凝前进行”，此条规范的规定与上述对二次注浆作用进行结合，即满足预应力了锚索的机理，同时可指导实际施工中二次注浆与一次注浆的时间间隔的确定。水泥浆的初凝时间可由水泥送检报告中得知。

4.4二次注浆管的长度及出浆孔的设置

《建筑基坑支护技术规程》中的规定“采用二次眼里注浆工艺时，注浆管应在锚杆末端L/4-L/3的范围内设置注浆孔，孔间距宜取500mm-800mm，每个注浆截面的注浆孔宜取2个。”

但是由于锚索杆体、注浆体和周围岩土体的弹性特征不一致，导致锚固段受拉后应力分布不同。杆体受拉后，锚固段起始部位与周围岩土体的黏结应力会出现应力集中，逐渐向深处越来越小，而非沿纵向均匀分布。锚固抗拔力并不是与锚固段长度成正比，当锚固体足够长时，会出现的现象为：锚索受拉力后，应力传递深度未到锚固体底部便已满足抗拔力要求。所以，对二次注浆管的长度可不必到达锚固体底部，在具体施工过程中，结合设计抗拔力、岩体特性和规范设置。

出浆孔是二次注浆时浆液带有压力泄出的部位，设置间距应按设计和规范要求，并结合岩土体的特性。如果施工过程中出现二次注浆难度大，可加密出浆孔的设置。

5结语

预应力锚索的锚固效果由锚索的承载力决定，而锚索的承载力取决于锚固段的锚固力，锚固力则表现为锚固段于周围岩土体的结合状态。实际施工过程中，应着重加强锚固段的质量控制。重视自由段的隔离套管、清孔的效果、二次注浆的质量及后续张拉的控制。