水电工程中预应力锚索的应用

叶 锋

摘要：预应力锚索是一种较复杂的锚固工程，由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端(锚杆)锚固在坚硬的岩层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索，现在国内的工程中应用较多

关键词：水电工程预应力锚索

1工程概述及技术要求

1.1工程概述本工程电站厂房总体的布置要求，该电站厂区建筑面积2000，厂房后边坡1112～1172，设计开挖坡比1:0.3，开挖长度140m，导致厂房后边坡开挖控制范围大、边坡陡且高。厂房后边坡由第四系全新冲洪积层、崩坡积层、人工堆积和元古界黄水河群中部岩组上段、下部岩组、晋宁～澄江期第三期岩浆岩类、第四期花纲岩、震旦系灯影组、泥盆系上统、二迭系下统组成。为了避免厂房后边坡的跨塌对厂区工程施工、厂区建筑物的安全及将来电站运行管理造成的影响，采取可靠的处理是必要的。本工程采用先挂钢筋网喷砼封闭，再采用预应力锚索对边坡进行加强、加固的方案进行施工。

1.2技术要求

1.2.1在锚索施工过程中，严格按照设计要求及施工规范进行作业，为保证工程质量，对锚索配件质量及安装精度进行了全面的检查。

1.2.2锚索规格采用φ13 24mm、KSl270K钢绞线，锚固长度25m.

1.2.3重要的预应力工程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。

1.2.4预应力工程所用的材料和设备必须是合格的产品。

1.2.5在同一部位的预应力工程施工中，宜采用同一品种、型号、规格和同一生产工艺制作的预应力钢铰线，若需要代换预应力钢铰线，必须进行试验和论证。

1.2.6预应力锚索施工应按规定的工艺流程进行作业。

1.2.7预应力工程施工承重排架(含脚手架)，应根据现场的实际情况和设计载荷进行设计。

2预应力锚索施工

2.1造孔在锚索区采用5cm钢管搭设双排脚手架，钢管间排距为5~.x5cm,脚手架底脚钢管及横向钢管与山体通过φ25锚杆可靠连接，锚杆入岩深度1 m，外露0.5m，间排为3mx3m,梅花形布置.锚杆与脚手架焊牢。在钻孔位置铺设竹跳板，作为钻机及人员操作平台，竹跳板与脚手架用8号铅丝可靠绑扎连接，竹跳板在脚手架上不得滑动。造孔过程中应作好锚固段始末两处的岩粉采集，如在其它部位发现软弱岩层、出水、落钻等异常情况，也应随时作好采样记录，并及时报告监理工程师。

2.2预应力锚索的制作锚索的制作应在有防雨设施的加工厂完成，钢铰线下料前，将钢绞线放在平坦干净的水泥地面上或工作平台上，摊开理直，根据实际钻孔深度及锚具长度用钢尺丈量，砂轮切割.严禁电弧切割。下料切口两侧用20号铅丝绑扎.以免切割后切口松散(下料误差：-0，+10cm)。锚索体的长度等于锚头以里的长度加外露长度。外露长度包括撑脚高度、张拉千斤顶高度、工具锚板及工作锚板厚度与预留长度f一般为200mm)。对观测锚索尚应加上测力计高度。编束时一定要把钢绞线理顺后再进行绑扎。钢铰线下料或编束后如搁置时间较长，应采取临时防锈措施。内锚固段需组装成枣核状。量出内锚段的长度并作出标记，在此范围内穿对中隔离架，间距1m，两对中隔离架之间扎铅丝一道，内锚固段锚束分二层组装，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，且使隔离架处锚索体的注浆厚帽。

2.3锚索安装安装前应对锚索体进行详细检查，核对锚索编号与钻孔的孔号，并对损坏的配件进行修复和更换。推送锚索时用力要均匀一致，应防止在推送过程中损坏锚索配件。推送锚索时不得使锚索转动，在将锚索体推送至预定深度后，检查排气管和注浆管是否畅通，否则应拔出锚索体，排除故障后重新安装。

2.4混凝土锚墩施工混凝土锚墩施工需在内锚固段灌浆结束后方可进行外锚墩浇筑。在混凝土浇筑前需要清除锚头底部范围的松动岩块，承压钢板底部混凝土或水泥砂浆充填密实。

3施工中遇到的问题及解决方法

3.1伸长值的计算与影响因素测试结果表明，从预紧力到超张拉力，锚固体系两夹片的跟进量之和约为9—10mm，而短锚索总伸长值本身较小，夹片跟进量占锚索伸长值的比例相对较大，为此计算锚索实际伸长值时必须考虑夹片的跟进量，锚索实际伸长值应等于油缸伸长值减去夹片跟进量：

3.2锚夹具与钢铰线的配套问题经过分析认为是由于限位板与工作错板的间距过大，导致钢铰线锁定时，工作夹片未与钢铰线同步跟进，引起钢铰线回缩量加大。后经调整限位板的结构，使回缩量控制在厂家要求的6mm左右。无粘结钢铰线锚索刚开始施工时，由于未考虑到同规格(φ15.24mm)的有、无粘结两种钢铰线直径上的差异，仍旧使用原限位板，结果发现测力计测试力与千斤顶出力相差达30％左右，继续张拉，钢铰线相对伸长值又在理论计算范围之内。为分析原因测试了钢铰线的直径，并检查钢铰线伸长部分的刮痕情况和预紧伸长值。检查结果表明，无粘结钢铰线直径为15.24～15.60mm大于有粘结钢铰线，导致钢铰线伸长部分刮痕较严重：预紧伸长值偏小，则是由于限位板与工作锚板间距过小，使夹片与钢铰线磨擦过大引起的。经调整限位板的结构，更换限位板后，解决了问题。

3.3超张拉力的确定短锚索总伸长值小，锁定回缩量占伸长值的比例大，应力损失大，如泄水底孔水平次锚索长12m，达到超张拉力时，钢铰线理论伸长量为60mm，钢铰线回缩锁定应力损失达10％，而设计超张拉系数为1.05，因而锁定力无法达到设计张拉力。经研究对短锚索的超张拉系数进行了修改，最大超张拉系数提高到1.180另外张拉端工作夹片对钢铰线有一定的磨擦，该磨擦力也应考虑在超张拉之中，因此超张拉系数应根据锚索的长度和锚固体系回缩量来确定。

3.4切割原设计要求对多余的钢铰线采用机械法切割，由于高空作业难度大，经设计、监理、施工共同对泄水底孔水平次锚索N10(安装有测力计)进行气割试验，试验结果表明，测力计测试温度仅上升0.3℃，预应力无损失，为此决定多余的钢铰线距锚垫板面40cm处采用气割法进行切割。

4质量控制

4.1所有材料特别是锚索专用材料必须进场试验验收合格后方可使用。

4.2严格按照有关规范及设计文件施工。

4.3钻进过程中一般采取干钻，防止水渗透至滑层加重对滑坡体的影响和钻渣粘结孔壁造成砂浆锚固力下降，特殊情况必须用水的，宜严格控制用水量，加强清孔。

4.4为保证锚固段长度和防止清碴不彻底，所有钻孔深度应超钻0.5m。

4.5锚索注浆必须是从注浆管孔底反向一次性连续注浆，如注浆出现间隔，必须采取措施，严禁从孔口注浆至锚固段。

4.6锚索注浆在砂浆强度达成终凝前严禁扰动锚索。

4.7保证垫墩背面地基有足够承载力。

4.8保证锚索受力方向为直线。

4.9张拉设备使用前必须经过标定，若长时间不用或经过长途运输，必须重新标定。

4.10锚索加工严禁使用电焊焊接截断钢绞线，严禁用铅丝绑扎钢绞线。

5总结

在预应力锚索施工中，应根据锚固体的地质情况和工程特征。选择符合本工程需要的锚索形式和材料设备，认真分析锚索工作状况和预应力损失原因，从而获得稳定的锚索工作状态。