预应力锚索施工工艺措施及作用原理

预应力锚索施工工艺措施及作用原理

锚索的作用原理

预应力锚索是一种把钢绞线埋入岩层内部进行预加应力的施工技术,传递主体结构的支护应力到深部稳定岩层的主动支护方式。锚索安设锁紧后,锚索集中应力以45度压力分线传递到支护结构物上,在预应力作用下,围岩产生压缩,可是围岩在锚索的弹性压缩下形成“承载拱”,提高了围岩的整体性和内在抗力,增加其强度,增大围岩的稳定强度。锚索支护能使结构物与围岩连锁在一起共同作用,能使围岩发挥出更大的承载作用,有利于表面结构的稳定,并把结构和共同工作的围岩介质组成复合体,被结构锚固的岩层能更有效地承受负荷产生的拉力和剪力,而且这些力的传递深度也比未经锚固结构的作用大得多。

预应力锚索支护一般分为自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索(对穿预应力锚索)和普通预应力锚索两种。预应力锚索的施工一般分为施工准备、钻孔、锚索制作、锚索安装、锚墩浇筑（对穿锚索施工）、注浆、锚墩浇筑、张拉锁定和封锚等几个步骤，具体工艺措施如下：

一、施工准备

锚索施工前应完成材料、现场试验、施工设备、测量放线及其它等一系列的施工准备。

1、材料

预应力锚索一般使用的钢绞线采用高强度（1860MPa）低松弛无粘结钢绞线，其性能指标应符合GB/T5224-1995和ASTMA416-98的规定。钢绞线在运输中应防止磨损。预

应力锚索所使用的未镀锌的钢绞线应采取防腐措施。所有上述材料均应有出厂合格证书和标牌，经监理人检查合格后方可使用。每批预应力钢绞线均应有材质成份的质量证明书，承包人应按监理人的指示按GB/T5224-1995的规定，对预应力钢绞线抽样进行力学性能试验，并应将试验成果报送监理人。运输和贮存：在运输中应防止磨损和免受雨淋、湿气或腐蚀性介质的侵蚀。存贮期间应架空堆放，如储存时间过长，对未镀锌的钢绞线应使用乳化防锈剂喷涂表面。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚头静载锚固性能指标为：极限拉应力≥262KN时，其静载锚固性能应符合GB/T14370-2000的规定（即锚固系数ha≥0.95，总应变εapv≥2.8％），并应具备良好的防腐性能。

水泥采用标号一般不低于P.O42.5的普通硅酸盐水泥；水泥砂浆标号满足设计图纸要求；砂采用最大粒径不大于2.5mm的中细砂；速凝剂和其它外加剂符合施工图纸要求，并不得含有对锚索产生腐蚀作用的成分。

2、现场试验

锚索施工应按《规范》SL46-94、DL/T5083-2004要求先进行现场试验，检验施工工艺和测试张拉锁定后应力衰变规律，提拱超张拉或补偿张拉依据，以便指导正常施工。通过室内试验，结合设计图纸要求，筛选2～3种砂浆、外锚墩混凝土配合比并编写试验大纲报批进行生产性试验；对张拉机具、设备和仪表进行配套率定，报监理人审批；根据监理人指令，选择有代表性的锚索进行现场生产性试验；整理试验报告报送监理、设计单位审批。

3、施工设备

施工前42天，向监理人提交一份包含锚固张拉的机具、设备和仪器配置以及锚固程

序和方法的施工工艺报告，报送监理人审批。张拉设备、机具和仪表进行成套标定，报监理人审批，并按标定结果配套进行使用。

4、测量放线

控制测量由专业测量工程师采用莱卡（Leica）TCA-2003全站仪作导线控制网。根据设计图纸，施工测量放样采用全站仪进行，并由经验丰富的测量专业人员负责进行，测量仪器必须经过国家认可的检验机关鉴定后方可使用。测量确定孔位及方向线后，用红油漆在施工现场作好明显的标记，并向现场技术员作好交底工作。

5、其它

制定预应力锚索制作、安装的安全操作规程，报送监理人审批；搭设满足施工要求，安全可靠的施工排架。搭设要牢靠，并经监理和安全部门验收方可使用。

二、钻孔

1、一般采用KLEM和MD系列钻机进行钻孔，施工时根据设计要求，不同的锚索选用不同直径的钻头。施工排架搭设要牢固，钻机定位准确，水平孔须用2mm/m精度的水平尺校核钻机钻杆水平，测量仪测定钻进方向角。调整好孔向再牢靠固定钻机。

2、开孔钻进要低转速，低压推进，当成孔约50cm，需再次校核孔向，及时调整钻机。在钻进过程中若孔深已达到预定施工图所示的深度，而仍处于破碎带或断层等软弱岩层时，应延长孔深，继续钻进，直至监理人认可为止。对于破碎带或渗水量较大的围岩，在安装锚索前，对锚孔进行灌浆处理。

3、钻进过程中认真记录每一钻孔的尺寸、回水颜色、钻进速度和岩芯记录等数据。造孔过程中应做好锚固段始末两处的岩粉采集，以确保锚固段位于稳定的岩层中。钻孔完毕时，应连续不断地用压力风水彻底冲洗钻孔，钻孔冲洗干净后才能安装锚索。在安装锚索前，应将钻孔孔口堵塞保护。

4、对穿锚索造孔尽量从已施工锚杆的一侧开孔钻进，以避开密集锚杆群。

5、倾斜孔在钻进时采用导向仪控制斜度，及时测斜、纠偏。钻孔结束后，应测量孔斜、方位角及孔深，不符合设计要求的孔作废孔处理，并全孔灌注M25水泥砂浆回填后重钻。

6、其它

钻孔机具应经监理人批准，所选钻机应适合打各种角度的孔，钻孔深度应满足设计图纸规定。钻头应选用硬质合金钻头或金刚石钻头。

锚索孔开孔偏差不得大于10cm，端头锚的孔斜误差不得大于孔深的2％，对穿锚不得大于1％。钻孔孔径不应小于施工图纸和厂家产品说明规定的要求。

预应力端头锚的锚固端应位于稳定的基岩中，若孔深达到预定设计图纸所示的深度，而仍处在破碎带或断层等软弱岩层时，应延长孔深，继续钻进，直至监理人认可为止。

对于破碎带或渗水量较大的围岩，在安装锚索前，应对锚孔进行灌浆处理，待灌浆强度超过5MPa时，再进行扫孔。

锚索通过新浇混凝土结构时，应按SL46-94第3.2节的规定在混凝土结构内的锚孔部位预留孔。

三、锚索制作运输及安装

1、锚索制作在有防雨设施的加工厂完成。按实际孔深满足张拉和设计要求的最小长度进行下料。下料前仔细检查钢绞线的表面，没有损伤的钢丝或钢绞线才能使用。

2、无粘结端头锚钢绞线内锚段需在加工厂按设计长度先去除内锚固段PE套，并用喷射热水溶解脱脂；在内锚固段与自由张拉段相连部位，钢绞线PE套管用环氧砂浆封口，以免灌浆时浆液浸入。

3、锚索的钢绞线应按设计图纸要求进行绑扎制作成束。对于无粘结端头锚索，内锚固段需组装成枣核状，量出内锚固段的长度并作出标记，在此范围内穿对中隔离支架，间距2.0m，两对中隔离支架之间扎胶带一道；内锚固段锚束分层组装，其中500kN、1000kN和1750KN级按一层组装，2000KN级和3000kN级为二层；隔离支架应能使钢绞线可靠分离，使每根钢绞线之间的净距≥5mm，且使隔离支架处锚索体的注浆厚度大于10mm。编束时一定要把钢绞线理顺后再进行绑扎，最后在内锚固段端头装上锥形导向帽。隔离支架应选用塑料隔离支架。张拉段每隔2.0m设置一道对中支架，端头2m区段内加密到1m；对中支架应保证其所在位置处锚索体的注浆厚度大于10mm，对中支架之间扎胶带一道。对穿式无粘结锚索，支架间距2m，其它要求同无粘结预应力端头锚索。进回浆管路应与钢铰线牢固联结。

4、钢绞线两端与锚头嵌固端应牢固联结，两嵌固端之间的每根钢绞线长度应一致。

5、编制锚索中，钢绞线在隔离架上的孔位要一一对应；编制好的整束钢绞线停放时间宜尽量短，以防污染；锚索捆扎完毕，应采取保护措施防止钢绞线锈蚀，运输过程中应防止锚索发生弯曲、扭转和损伤。

6、采用特制多轮长拖车运输；高差较大时，安装要采用吊车或平台车配合进行；

7、下索牵引力点作变动时，要对外露索体用软绳作可靠临时加固，避免索体变形（或滑脱）、损坏，要始终保持索体的整体性。

五、注浆

1、注浆配合比

锚索砂浆配比根据试验确定，当采用纯水泥浆灌注时，水灰比应取0.4～0.5。为加快施工进度和确保注浆质量，浆液中应掺入一定量的膨胀剂及早强剂，其28天的强度不应低于1MPa。

2、分序用压力风沿一次注浆管吹洗排除孔内渗水，检查管道是否通畅和封堵装置的密封性；锚固段灌浆长度应符合要求，阻塞器位置应准确，不论锚索孔的方向如何，在注浆时均采用排气法注浆。对下倾的孔，注浆管插至孔底，浆液由孔底注入，空气由止浆环处的排气管排出；对上倾锚索，浆液由止浆环处注入，空气压向孔底，由孔底进入排气管排出孔外。

3、连续缓慢灌注浆液，当灌浆量大于理论吸浆量，回浆量比重不小于进浆量，且稳压30min，孔内不再吸浆，即进、排浆量一致，方可结束；

4、注浆结束，在浆液初凝前，要进行不少于2次补灌。当浆液凝固到不自孔中回流出来之前，应保持不小于0.4MPa的压力进行闭浆。补灌过程中如有渗水，要用灌浆机按固结灌浆要求灌注。灌浆采用灌浆自动记录仪。

5、无粘结锚索的锚固段和自由段一次灌浆形成。锚固段灌浆压力0.3MPa～0.5MPa，排气管回浓浆后即以0.5MPa的压力闭浆，闭浆时间30min。自由段灌浆压力不小于0.8MPa。

6、对穿式无粘结锚索采用一次灌浆，灌浆结束后进行张拉。

六、锚墩浇筑

锚墩可现浇或预制，现浇锚墩下部支承要牢靠，以免整体变形，引起孔口管方向不正，影响锚固效果；预制锚墩，安装前采用早强砂浆（或环氧砂浆）找平安装基面。

七、张拉锁定

1、首先进行试验束的张拉，分为单股预紧和整束分级张拉两个阶段，单股预紧进行两次以上。整束张拉共分五个量级进行，即张拉荷载分别按设计永存张拉力的10%～105%逐级依次进行。

张拉各级加载稳压前后，均量测钢绞线的伸长值与回缩值，若实测伸长值与理论伸长值相差超过10%或小于5%，应停止张拉，查明原因后才能重新张拉。加荷、卸荷速率应平稳。张拉时，升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.1；卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。松弛损失一般为锁定张拉力的3%～4%，在补偿张拉前，应注意检查。若发现异常张拉力时要查明原因进行处理。

对于高边墙部位的预应力锚索，先张拉到设计荷载的0.6～0.8倍，初步锁定；待高边墙开挖到底部，边墙变形基本完成后，根据监测分析结果再张拉到设计荷载的1.05倍，稳

压10～15min后锁定。锁定后的48h内，如锚束应力下降到设计值以下10％时应进行补偿张拉。

2、张拉所用的设备额定值必须大于最大使用张拉值，并有富余度，以确保重复使用后的精确度仍能满足要求；

3、对于有补偿张拉要求的锚索，应在张拉锁定后7d左右进行，补偿张拉的张拉力为超张拉力。

4、其它

锚束张拉的设备和仪器应进行定期配套标定，其间隔期不得超过6个月。超过标定间隔期的设备和仪器或遭猛烈碰撞的仪表，必须重新标定后才能使用。

锚固段的固接浆液、承压垫座混凝土的承载强度未达到施工图纸的规定时，不得进行张拉。

根据监理人的指示进行试验束的张拉，试验束的数量和位置由监理人确定。在进行锚束试验时，认真记录压力传感器的读数、千斤顶的读数以及试验束在不同张拉吨位时的伸长值，记录成果及时报送监理人。每次进行试验束张拉，需有监理人旁站。

八、锚头保护

张拉结束，将锚具外大于15cm的钢绞线用切割片割除，割除施压一定要轻，严禁产生高温，以免锚夹片处应力损失，最好加水或加油冷却。将锚墩上的浆管凿凹割除，砂浆抹填。外锚具或钢绞束端头，用混凝土封闭保护，混凝土保护的厚度不小于10cm。

对不同类型的外锚头应以不同颜色予以标识，达到醒目和良好区分效果。