浅谈预应力锚索施工技术

引    言

预应力锚杆加固技术及格栅边坡处理已在国内外岩土工程中获得广泛应用，但是，由于广东江门地区对边坡处理的应用较少，很多建筑同行对预应力锚杆（索）加固技术的应用仍较陌生，为此，我想浅谈预应力锚索加固技术及格栅施工技术。

一、锚杆（索）的使用

首先，永久性边坡的设计使用年限应不低于受其影响相邻建筑的使用年限。锚杆使用年限应与所服务的建筑物使用年限相同，其防腐等级也应达到相应的要求。永久性锚杆的锚固段不应设置在下列地层中：1、有机质土，淤泥质土；2、液限ωl﹥50%的土层；3、相对密实度﹤0.3的土层。在工程设计中，我们在审图时要特别注意地质勘察报告，永久性锚杆必须穿过淤泥层。另外，锚杆施工坡体的破裂角按450+￠/2确定（￠是指外倾结构面内摩擦角），Ⅰ类岩体边坡可取750左右。我施工过的一个工地，边坡土质为强风化，设计图纸取820，按规范强化风岩一般取450～600左右，设计图纸已超规范，但专家论证审核通过。设计图纸取角度这么大且超规范是较少见的，图纸会审时，我们必须再次特别强调这些问题。同时，要注意图纸中有没有明确表达坡顶及坡底坐标。

二、锚杆基本试验(破坏性试验)

1、锚杆基本试验的地质条件、锚杆材料和施工工艺等应与工程锚杆一致。锚固体灌浆强度达到设计强度的90%后，可进行锚杆试验。

2、基本试验时的试验荷载应为2.2～2.5倍。验收试验应为1.5倍。

3、基本试验主要目的是确定锚固体与岩土层间粘结强度特征值、锚杆设计参数和施工工艺。试验锚杆的锚固长度和锚杆根数应符合下列规定：

①当进行确定锚固体与岩土层间粘结强度特征值、验证杆体与砂浆间粘结强度设计值的试验时,为使锚固体与地层间首先破坏,可采取增加锚杆钢筋用量(锚固段长度取设计锚固长度)或减短锚固长度(锚固长度取设计锚固长度的0.4～0.6倍,硬质岩取小值)的措施；

②当进行确定锚固段变形参数和应力分布的试验时，锚固段长度应取设计锚固长度；

③每种试验锚杆数量均不应少于3根。

4、锚杆基本试验应采用循环加、卸荷法，并应符合下列规定：

①每级荷载施加或卸除完毕后，应立即测读变形量；

②在每次加、卸荷时间内应测读锚头位移二次，连续二次测读的变形量：岩石锚杆均小于0.01mm，砂质土、硬粘性土中锚杆小于0.1mm时,可施加下一级荷载；

5、锚杆试验中出现下列情况之一时可视为破坏,应终止加载：

①锚头位移不收敛,锚固体从岩土层中拔出或锚杆从锚固体中拔出；

②锚头总位移量超过设计允许值；

③土层锚杆试验中后一级荷载产生的锚头位移增量，超过上一级荷载位移增量的2倍。

6、试验完成后,应根据试验数据绘制荷载-位移(Q-s)曲线、荷载-弹性位移(Q-se)曲线和荷载-塑性位移(Q-sp)曲线。

7、锚杆弹性变形不应小于自由段长度变形计算值的80% ，且不应大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。

8、锚杆极限承载力基本值取破坏荷载前一级的荷载值；在最大试验荷载作用下未达到第5规定的破坏标准时，锚杆极限承载力取最大荷载值为基本值。

9、当锚杆试验数量为3根，各根极限承载力值的最大差值小于30%时，取最小值作为锚杆的极限承载力标准值；若最大差值超过30% ，应增加试验数量，挖出95%的保证概率计算锚杆极限承载力标准值。锚固体与地层间极限粘结强度标准值除以2.2～2.7(对硬质岩取大值,对软岩、极软岩和土取小值；当试验的锚固长度与设计长度相同时取小值,反之取大值)为粘结强度特征值。

10、基本试验的钻孔,应钻取芯样进行岩石力学性能试验。

11、边坡工程质量检测报告应包括下列内容:

①检测点公布图;

②检测方法与仪器设备型号;

③检测资料整理和分析;

④检测结论。

三、锚杆（索）的一般组成

采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时，称为锚索，也是将拉力传至稳定岩土层的构件。它通常包括杆体（由钢绞线、钢筋、特制钢管等筋材组成）、注浆体、锚具、套管和可能使用的连接器。假若作为业主单位与施工单位签定施工合同，必须注意锚索包括的内容。曾经有个施工单位与业主合同产生纠纷时提出，锚索包干价只是裸杆，不包括锚具等其他东西，如果了解规范即能解决问题或在合同里详细注明以免引起纠纷。整套锚索组装杆体由筋材、防腐保护体以及隔离架和对中支架等组成，一般来说，对中支架在施场施工中很少采用，施工单位一般都会采用已有对中作用的隔离架施工（隔离架宜兼有对中和分隔作用）。

四、锚杆灌浆材料性能应符合下列规定：

1、水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，其强度不应低于42.5MPa；

2、砂的含泥量按重量计不得大于3%。

3、水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水；

4、外加剂的品种和掺量应由试验确定；

5、浆体配制的灰砂比宜为0.8～1.5，水灰比宜为0.38～0.5；

6、浆体材料28d的无侧限抗压强度，用于全粘结型锚杆时不应低于25MPa，用于锚索时不应低于25MPa。

五、锚具及其使用应满足下列要求：

1、锚具应由锚环、夹片和承压板组成，应具有补偿张拉和松弛的功能；

2、预应力锚具和连接锚杆的部件，其承载能力不应低于锚杆杆体极限承载力的95%；

3、预应力筋用锚具、夹具及连接器必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具及连接器应用技术规程》JGJ85的规定。

六、套管材料应满足下列要求：

1、具有足够的强度（第一次注浆管应能承受1.0MPa的压力，第二次注浆管应能承受不小于5.0MPa的压力），保证其在加工和安装过程中不致损坏；

2、具有抗水性和化学稳定性；

3、与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

4、隔离架、导向帽和架线环应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。

七、防腐材料应满足下列要求：

1、在锚杆使用年限内，应保持耐久性；

2、在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体；

3、应具有化学稳定性和防水性，不得与相邻材料发生不良反应；

4、当锚固段岩体破碎、渗水量大时，宜对岩体作固结灌浆处理。永久性锚杆的防腐蚀处理应符合下列规定：

①非预应力锚杆的自由段位于土层中时，可采用除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤缠裹其层数不少于二层；

②对采用钢绞线、精轧螺纹钢制作的预应力锚杆（索），其自由段可按本条1款进行防腐蚀处理后装入套管中，自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；

③对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段应除锈，砂浆保护层厚度应不小于25mm；

④对位于腐蚀性岩土层内的锚杆的锚固段和非锚固段，应采取特殊防腐蚀处理；

⑤经过防腐蚀处理后，非预应力锚杆的自由段外端应埋入钢筋混凝土构件内50mm以上；对预应力锚杆，其锚头的锚具经除锈、涂防腐漆三度后应采用钢筋网罩、现浇混凝土封闭，且混凝土强度等级不应低于C30，厚度不应小于100mm，混凝土保护层厚度不应小于50mm。

5、临时性锚杆的防腐蚀可采取下列处理措施：

①非预应力锚杆的自由段，可采用除锈后刷沥青防锈漆处理；

②预应力锚杆的自由段，可采用除锈后刷沥青防锈漆或加套管处理；

③处锚头可采用处涂防腐材料或外包混凝土处理。

八、锚杆（索）的一些细致做法

锚索总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，我们在看设计图时要特别注意锚索的总长度如何，现场施工中，外锚段是不计算入设计总长度的，同时，外锚段长度一般为60～80mm，主要是预留锚索检测仪器长度。还有一个细节要特别注意的，锚杆施工时的钻孔深度超过锚杆设计长应不小于0.5m，这是很多参建单位没有注意到的，这个不小于0.5m就是锚头的保护层。另外，预应力锚索自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面。土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不应大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不应大于45D和6.5m，或55D和8m（对预应力锚索）。锚杆施工钻孔时，一般的钻孔角度为100～350，现场的施工机械钻孔最大角度一般只为250，锚孔偏斜度不应大于5%；锚孔定位偏差不宜大于20mm。锚杆上下排垂直间距不宜小于2.5m，水平间距不宜小于2m；当锚杆间距小于上述规定或锚固段岩土层稳定性较差时，锚杆宜采用长短相间的方式布置；第一排锚杆锚固体上覆土层的厚度不宜小于4m，上覆岩层的厚度不宜小于2m。第一锚点位置可设于坡顶下1.5～2m处；立柱、挡板和格构梁的混凝土强度等级不应低于C20；格构梁截面尺寸应按强度、刚度和抗裂要求计算确定，且格构梁截面宽度和截面高度不宜小于300mm；永久性锚杆挡墙现浇混凝土构件的温度伸缩缝间距不宜大于20～25m；锚杆挡墙立柱的顶部宜设置钢筋混凝土构造连梁（压顶梁）。锚杆尽头（边缘）必须设置加强杆。

锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准

1、灌浆前应清孔，排放孔内积水；

2、注浆管与锚杆同时放入孔内，注浆管端头到孔底距离宜为100mm；

3、浆体强度检验用试块的数量每30根锚杆不应少于一组，每组试块应不小于6个；

4、按设计要求确定灌浆压力，应确保浆体灌注密实；

在第三点“锚杆灌浆材料性能应符合下列规定”中已提出水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，其强度不应低于42.5MPa；因此，现场施工中锚杆灌浆材料应取42.5MPa普通硅酸盐水泥。另外，一些其他混凝土配合比问题也应该注意（现场为自拌混凝土时），如格构梁、排水沟若为C25强度等级，按预算定额一般为采用32.5MPa普通硅酸盐水泥配比，若施工单位送检采用42.5MPa普通硅酸盐水泥配比必须及时签证得到监理及业主单位认可，否则，结算时按定额只取32.5MPa普通硅酸盐水泥计算。

锚杆注浆是一个很重要的环节，一般情况下，注浆时只是锚固段入浆，自由段是没有浆的，那么自由段与锚固段分隔位置就应该设置止浆器。止浆器一般用布条捆扎为宜，并增设一条小胶管（这条小胶管是用来检测锚固段的浆是否满浆，若锚固段满浆了这个小管会流出浆体来）。第一次注浆是不用压力的，2～4小时内进行第二次劈裂注浆，一般压力≥2.5MPa。有个工地锚杆检测不合格，后来经专家论证得出了结果：锚索材料的质量和锚索的抗拔力均符合要求，锚索的拉拔伸长值亦符合小于锚索自由段长度与1/2锚固段长度之和的索体理论弹性伸长值的要求，仅个别锚索的拉拔伸长值偏小，达不到预应力锚索自由段长度理论弹性伸长值的80%的要求。也就是说，锚杆的抗拔力合格，但自由段不够自由。由于自由段不够自由属于违反强规，即锚杆不合格。分析造成不合格的原因（自由段不够自由），施工单位锚杆施工中，自由段处理不好，自由段入浆，同时，施工单位自由段套管是塑料软管，自由段入浆后由于水泥浆的收缩挤压和握裹而令到自由段的锚杆不够自由。《专家论证》中针对上述情况，建议采用环向刚度较大和内径符合设计要求的管材作套管，确保锚杆在套管内不受套管外水泥沙浆的挤压和，使自由段长度范围内的锚杆真正起到自由段的作用。施工单位采取了《专家论证》的意见，改进了施工方法，把自由段塑料软管换成了金属套管，同时，也用了上述较好的止浆方法，并增加了一条小钢筋检测（于注浆后把小钢筋伸入锚孔内，再拔出小钢筋检查有无入浆）。结果，施工完成后的锚杆全部合格。锚杆施工中还得注意过渡管，过渡管就是在锚具到自由段的过渡区段中起防腐保护作用的管子。

十、锚杆施工时的监测及排水措施

1、锚杆施工时，按规范及方案要求设置好边坡施工变形监测及记录，监测取垂直点及水平点监测，其监测频率于开工两天内作两次监测，顺延每周一次，并派专职安全员施工监控。

2、边坡锚杆施工时，应及时设置好排水沟，边坡工程的临时排水措施应满足地下水、暴雨和施工用水等的排放要求，有条件时宜结合边坡工程的永久性排水措施进行。边坡工程开挖后应及时按设计实施支护结构或采取封闭措施，避免长期裸露，降低边坡稳定性。

3、边坡工程在雨季施工时应做好水的排导和防护工作。采取有效的地表排水和地下排水措施。可采用在滑坡后缘外设置环形截水沟、滑坡体上设分级排水沟、裂隙封填以及坡面封闭等措施排放地表水，控制暴雨和洪水对滑体和滑面的浸蚀软化。当发生工程滑坡时宜在滑坡前缘被动区用土石回填，及时反压，以提高滑坡的稳定性。

4、边坡工程坡面泄水孔边长或直径不宜小于100mm，外倾坡度不宜小于5%；间距宜为2～3米，并宜按梅花形布置。最下一排泄水孔应高于地面或排水沟底面不小于200mm。在地下水较多或有大股水流处，泄水孔应加密。

5、在泄水孔进水侧应设置反滤层或反滤包。反滤层厚度不应小于500 mm，反滤包尺寸不应小于500mm×500mm×500mm；反滤层顶部和底部应设厚度不小于300mm的粘土隔水层。

十一、岩石锚喷支护

Ⅰ类岩质边坡宜采用混凝土锚喷支护；Ⅱ类岩质边坡宜采用钢筋混凝土锚喷支护；Ⅲ类岩质边坡宜采用钢筋混凝土锚喷支护；Ⅲ类边坡坡高不宜大于15m，且应采用钢筋混凝土锚喷支护。值得注意的是，坡面布筋必须双层设置才合理，符合内外受力的规范要求。同时，应按规范设置泄水管。

十二、控制边坡变形的技术措施

1、需控制变形的边坡工程，应采取预应力锚杆（索）等受力后变形量较小的支护结构型式。

2、位于较软弱土质地基上的边坡工程，当支护结构地基变形不能满足设计要求时，应采取卸载、对地基和支护结构被动土压力区加固等处理措施。

3、存在临空的外倾软弱结构面的岩质边坡和土质边坡，支护结构的基础必须置于软弱面以下稳定的地层内。

4、当施工期边坡垂直变形较大时，应采用设置竖向支撑的支护结构方案。

5、对造成边坡变形增大的张开型岩裂隙和软弱层面，可采用注浆加固。

6、若采用水钻成孔时可能诱发边坡和周边环境变形过大时，应采用无水成孔法。

    控制好边坡变形固然重要，但值得注意的是边坡设计时必须根据使用性能及早考虑骚动区的承载力，如小区边坡的骚动区一般设计要考虑行驶车辆的重量，施工时商品混凝土车的重量等。

十三、爆破施工

1、岩石边坡开挖采用爆破法施工时，应采取有效措施避免爆破对国坡和坡和坡顶建（构）筑物的震害。

2、当地质条件复杂、边坡稳定性差、爆破对坡顶建（构）筑物震害较严重时，宜部分或全部采用人工开挖方案。

3、边坡爆破施工应符合以下要求：

①在爆破危险区应该安全保护措施；

②爆破前应对爆破影响区建（构）筑物作好监测点和建筑原有裂缝查勘记录；

③爆破施工应符合边坡施工方案的开挖原则。当边坡开挖采用逆作法时，爆破应配合台阶施工；当普通爆破危害较大时，应采取控制爆破措施；

④支护结构面爆破宜采用光面爆破法。为避免爆破破坏岩体的完整性，爆破坡面宜预留部分岩层采用人工挖掘修整；

⑤爆破施工尚应满足现行有关标准的规定。

十四、施工险情应急措施

1、边坡工程施工出现险情时图，应做好边坡支护结构和边坡环境异常情况收集、整理及汇编等工作。

2、当边坡变形过大，变形速率过快，周边环境出现沉降开裂等险情时应暂停施工，根据险情原因选用如下应急措施：

2.1坡脚被动区临时压重；

2.2坡顶主动区卸土减载，并严格控制卸载程序；

2.3做好临时排水、封面处理；

2.4对支护结构临时加固；

2.5对险情段加强监测；

2.6尽快向勘察和设计等单位反馈信息，开展勘察和设计资料复审，按施工的现状工况验算。

3、边坡工程施工出现险情时，应查清原因，并结合边坡永久性支护要求制定施工抢险或更改边坡支护设计方案。

十五、锚杆监测及验收

1、边坡工程应由设计提出监测要求,由业主委托有资质的监测单位编制监测方案,经设计、监理和业主等共同认可后实施。方案应包括监测项目、监测目的、测试方法、测点布置、监测项目报警值、信息反馈制度和现场原始状态资料记录等内容。

2、边坡工程监测应符合下列规定：

2.1坡顶位移观测,应在每一典型边坡段的支护结构顶部设置不少于3个观测点的观测网,观测位移量、移动速度和方向；

2.2锚杆拉力和预应力损失监测,应选择有代表性的锚杆,测定锚杆(索)应力和预应力损失；

2.3非预应力锚杆的应力监测根数不宜少于锚杆总数的5%,预应力锚索的应力监测根数不应少于锚索总数的10%,且不应少于3根；

监测方案可根据设计要求、边坡稳定性、周边环境和施工进程等因素确定。当出现险情时应加强监测；

3、一级边坡工程竣工后的监测时间不应少于二年。

4、边坡工程监测报告应包括下列内容：

4.1监测方案；

4.2监测仪器的型号、规格和标定资料；

4.3监测各阶段原始资料和应力、应变曲线图；

4.4数据整理和监测结果评述；

4.5使用期监测的主要内容和要求。

5、边坡工程验收应取下列资料：

5.1施工记录和竣工图；

5.2边坡工程与周围建(构)筑物位置关系图；

5.3原材料出厂合格证,场地材料复检报告或委托试验报告；

5.4混凝土强度试验报告、砂浆试块抗压强度等级试验报告；

5.5锚杆抗拔试验报告；

5.6边坡通和周围建(构)筑物监测报告；

5.7设计变更通知、重大问题处理文件和技术洽商记录。