预应力锚索施工质量的控制

张广平

摘 要：本文以广州生物岛—大学城隧道工程为实例，对深基坑围护结构及护岸连续墙支护预应力锚索施工质量的控制进行了论述。

关键词：隧道工程 预应力 锚索施工 质量控制

一、锚索设计概况

广州生物岛—大学城隧道工程A标段长552米，其中包括隧道进口处65米的U型槽引道段、273米的岸上明挖暗埋段和穿越官洲河道214米的沉管段。U型槽段的基坑最大开挖深度达20.6米，沉管预制管节固定干坞段基坑开挖最大深度达34.2米。本标段范围内地貌上属珠江三角洲海冲积平原、低丘地貌，地质钻探披露，场地上部第四系土层，按工程特征、成因类型和沉积层序分为人工填土层、坡积土层、海陆交互相沉积层、残积土层、下伏基岩为下古生界变质混合岩。

根据地质条件，基坑边坡支护采用放坡开挖、喷锚支护方案，支护主要形式有挂网喷砼支护、预应力锚索、地下连续墙加预应力锚索等，其中预应力锚索共2170根，是本段工程最主要的一种支护形式，也是本文着重论述的对象。本标段锚索为土层锚索，设计按不同区域分3排、4排和6排设置，单根锚索采用2～6束7ф5钢铰线，水平间距为1300mm，长度为25～42米，倾角角度分别为25°、35°和45°，要求锚索锚固段长度在硬塑残积土中14～17.5米，拉拔力300～1050KN，验收试验锚索总量控制在5%且不得少于5根；张拉锁定施工时确认达到设计拉拔力后按设计80%-100%的预加力锁定。

二、锚索施工工艺流程

施工工艺流程：造孔、锚索编制、锚索的安装、注浆、腰梁制作、张拉锁定

三、质量控制要点及方法

（一）质量控制要点

1.钢绞线、张拉设备及锚具等均应有校验标定证明和出厂合格证，钢绞线进场后应进行力学性能试验；

2.孔位、孔深、孔径和角度等均应符合设计及规范要求；

3.钢绞线表面油脂应清洗洁净，彼此平行伸直不扭曲；

4.锚孔注浆应从通至孔底的PVC注浆管开始，确保注浆密实，灌浆记录应准确、完整 、清晰；

5.腰梁垫板孔道中心线应与锚孔轴线重合，腰梁钢筋混凝土施工应满足规范要求；

6.分级均匀施加张拉荷载，并控制加载速率，张拉设备必须配套标定并绘制相关曲线；

7.按锚索总数的5%随机进行抽样验收试验，合格标准按应力控制为：实测值不大于设计值的5%，或不小于设计值的3%。

（二）质量控制方法

1. 造孔质量控制

锚索造孔应从钻孔直径、孔壁平直度、角度、深度、锚固段长度及特殊情况（塌孔缩孔和涌水）处理等方面去控制。

锚索孔径在很大程度上影响钢绞线锚索锚固段注浆体的承压面积，从而关系到锚索的轴向拉力的大小，孔径过大会增加注浆工作量和注浆材料，孔径过小时不能保证钢绞线的保护层厚度及设计拉力值，因此控制锚索孔孔径对保证注浆体的承压面积及满足锚索的设计轴向拉力是十分重要的，根据本工程的实际地质等情况，施工钻孔时采用GY1-A或GY-2H 钻机，钻头直径不小于设计孔径，这是孔径质量控制的基本方法。

锚索孔孔壁的平直与锚索孔的角度是影响锚索安装和锚固段承载力因素之一。为了有效控制孔壁的平直度和角度，确保锚索的安装顺利和锚索充分发挥承载力作用，施工时，钻机安装必须平稳牢固，钻机安装就位后，现场用卷尺量出钻杆与边坡间夹角的任意两条边换算出角度或用地质罗盘仪直接测量出角度，在钻孔过程中应加强检查校验，确保成孔的倾角偏差不大于±1°。

控制锚索锚固段达到设计要求所在土层的长度，是确保锚索达到设计抗拔力关键之一。在施工过程中，实测钻杆钻进的长度确定孔深，通过控制孔深确保锚固长度达到设计要求。本工程设计要求锚固段必须在硬塑残积土中不少于14.5～17.5米（不同区域有不同要求）。控制锚固段达到设计要求在硬塑残积土中的长度，最重要的是在施工过程中对地质土层的判断，具体方法可按以下几点：1、在钻孔施工时通过对钻进状态、钻速变化初步判断地质的变化情况；2、对孔内排出物取样分析，土质为褐黄、紫红、棕红等色时可判断为硬塑残积土层（砂质粘性土）；3、做好取样位置记录并参考地质报告初步确定硬塑残积土层的深度。如发现实际地质情况与地质报告不符（钻孔深度已达到设计深度但未满足锚固段在硬塑残积土层长度的设计要求）时，经监理工程师和设计进一步确认后继续钻孔以达到设计要求为止。

在钻孔过程中如发现塌孔缩孔或涌水等特殊情况，应采取有效的处理措施。在本工程施工过程中，15区第二排15-D-67#锚索钻孔过程中曾出现塌孔缩孔现象，SK0+817接口段钢管桩锚索有涌水的现象，通过对钻进状态、钻速及对孔内排出物取样分析，发现15区15-D-67#锚索孔22米处为淤泥层及SK0+817接口段钢管桩锚索孔底交叉于官洲河床底存在丰富的承压水，在初步确定原因并经监理、设计进一步确认后，采取了立即停钻，并灌注水泥砂浆（灌浆压力0.1～0.2MPa）待水泥砂浆初凝后重新扫孔钻进的措施解决了15-D-67#锚索孔塌孔的问题；对于SK0+817接口段钢管桩锚索孔涌水问题，采取了灌注水玻璃的措施。

由此，根据实践，出现塌孔缩孔和涌水等的特殊情况时，可通过灌注水泥砂浆固壁重钻孔和灌注水玻璃（俗称泡花碱）的措施进行处理。

2.锚索加工编制质量控制

钢绞线的切割、编束、自由段防护、安装隔离架和安装导向帽是锚索加工编制质量控制的重点内容。

钢绞线切割加工这一工序看起来很简单，但也不能掉以轻心。在下料时往往容易忽略预留工作锚索长度，即提供千斤顶工作的长度，所以在下料切割时，首先要确定切割长度，切割长度为锚索设计长度加穿越腰梁的长度和1米的预张拉工作长度；另外还要注意的一点是，在切割前应先在切割点的两端用铁丝捆绑牢固，以免在切割时造成钢绞线束端头处松弛散开。

编束时，钢绞线表面油脂应清洗洁净或除锈以免降低锚索体的粘结强度，安装隔离架使锚索彼此平行顺直不扭曲，隔离架间距不大于2m，隔离架保护层不小于2cm；锚索编束完毕后，为了使自由段钢绞线发挥有效应力作用，必须做好自由段的防护措施，在自由段钢绞线上先涂上红丹漆再涂上润滑剂后用高强透明胶布包裹，然后用聚乙烯塑料套管隔离防护，套管两端必须困扎牢固，在施工时要防止防护套管被划破，因为如果套管破损，注浆液将会在高压下渗进自由段而导致失去预应力作用。导向帽是锚索安装入孔的导向措施，可用钢管制作成锥形，焊接在锚索端头处，导向帽安装必须牢固，否则将会影响锚索安装。

3.锚索安装质量控制

锚索孔清孔完毕后放入锚索，锚索外套对中支架使锚索居中，防止锚索扭压、弯曲，注浆管随锚索一同入孔，注浆管头部距孔底50厘米左右，二次注浆管头部下入锚索孔2米左右处。

锚索安装到位、顺直不变形不受损坏是锚索安装质量控制的要点。

由于本工程是土层锚杆，锚索用钢绞线编制而成且锚索体较长，安装时不便于操作容易出现因锚索安装操作不当而导致塌孔堵孔、杆体变形等问题。在施工过程中，下锚的及时性、送锚推进的用力均匀性等方面很关键，因为：第一，在锚索孔成孔并清干净孔内岩渣等杂物后，如不及时下锚，孔内无泥浆护壁时间过长会导致塌孔造成下锚困难；第二，锚索入孔时用力要均匀一致不得转动锚索体，否则容易出现来回推拉而导致锚索孔受破坏或塌孔。另外还要注意的是，要随时检查隔离架及绑扎丝，发现有移动、损坏、脱落等要及时处理，必要时要更换重新编制，并应确保将锚索体推送至预定深度后注浆管畅通。

4.注浆质量控制

注浆前，通过高压水将孔内的泥浆及钻渣清洗出孔外后进行第一次全孔注浆。第一次注浆采用水泥砂浆，砂浆强度等级为M30，配合比为水泥：砂：水=1：0.83：0.5，浆液中掺入一定数量早强掺和剂，注浆压力达0.6～0.8Mpa时结束，当第一次注浆体强度达到5Mpa时进行第二次高压补浆（一般在4-6小时之间），二次注浆采用水灰比为0.42的纯水泥浆，水泥采用P.042.5R型水泥，注浆压力选用3Mpa，并在达到注浆压力后持压5min。灌浆管设置2 根?22mmPVC管作为第一、第二次注浆管，浆体由孔底注入。

锚杆最为关键的问题、也是工程施工中最难解决的问题就是如何确保注浆饱满。为了尽量使注浆饱满，需要尽量减少砂浆的漏浆（对岩体破碎区域尤其重要）以及收缩。因此，在施工机具能将砂浆注入锚杆孔内的情况下，应当采用尽可能小的水灰比；水灰比过大。由于水灰比过大，导致注入孔内的砂浆在岩体破碎区域大量渗漏，同时砂浆本身收缩大，造成注浆不饱满；

5.腰梁制作

腰梁是锚索张拉锁定端的支承墩，为钢筋混凝土结构。根据本工程实际情况，在围护桩和连续墙身上的腰梁进行植筋支承，按不同区域水平筋分别采用6根Φ20mm和11根Φ28mm钢筋，箍筋用Φ8mm。腰梁混凝土强度等级为C30。

6.张拉锁定质量控制

当锚固段水泥砂浆强度及腰梁混凝土的强度达到设计要求的75%时，进行张拉施工。根据不同的锚固荷载，分别采用YCW-250型和YCW-400B型千斤顶进行张拉。张拉时，采用单根预紧再分级整体张拉的施工工艺 。超张拉完成锚索锁定后，即进行外锚头的防护——采用混凝土封锚防护。

张拉是预应力锚索施工的关键工序，锚索张拉施工质量控制的主要方法有哪些呢？锚索张拉前，应对张拉设备进行标定，注浆体强度通过试验达到≥15MPa，方能组织张拉作业。

张拉过程由预张拉和正式张拉两部分组成，取设计值的15%进行预张拉，使其各部分接触紧密，锚索束体完全伸直，使预应力钢绞线初始受力趋于一致。正式张拉过时要分级进行，每级荷载分别为设计值的10%、25%、50%、75%、110%，每级张拉稳定持荷≥5min，并记录钢绞线的伸长量，检测指标合格后及时进行锁定。在施工中要求施工项目部进行锚索张拉时要及时准确的记录好油压表的读数、千斤顶伸长值，夹片外露段长度等；张拉吨位以张拉力控制为主，采用张拉力与伸长值同时控制的双控标准，若张拉伸长量的实测值未超出计算值（-5%，+10%）允许偏差范围，则符合规范要求。通过伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，孔道摩阻损失是否偏大，以及预应力锚索是否有异常现象等。另外，监理旁站检查原始数据的测量，对锚索张拉的质量采用控制张拉力和伸长量双项指标控制，锚索拉力用钢弦式锚索应力计测量，对每一级张拉进行钢绞线伸长量的记录，保证理论伸长量和实际伸长量之差≤40mm。校核张拉实测伸长值与计算伸长值，若实测值超出允许偏差范围，则暂停张拉，分析原因，采取措施予以调整后，方可继续张拉。此外，在锚固锁定时检查预应力筋的回缩值，以免由于锚固锁定引起的预应力损失超过规范要求。

张拉工序出现的夹片滑丝、实测伸长值超标等异常情况均及时向设计通报，明确处理措施。处理方法包括更换夹片重新张拉、单根补偿张拉、整束锚索返工等。张拉锁定经验收合格后，将张拉段多余束体切除。对于钢绞线的松弛、地层土的徐变、伸长量超标等因素造成的预应力损失和质量问题，应校正千斤顶并重新张拉或在张拉后进行补张拉然后锁定。

四、质量控制依据

1.锚索施工的国家规范及行业标准；

2.设计图纸、设计变更通知及有关设计技术要求；

3.锚索施工组织设计及监理文、函、批复意见等。

五、结语

工程实践表明，锚索施工质量的控制体系的破坏形式不仅与锚固机理有关，同时还受地质状况、材料强度结构形式等方面的影响。造孔、注浆和张拉锁定是锚索质量控制要点，重点控制的工序是锚索造孔孔位、孔深、孔径和角度、注浆压力、钢绞线、张拉设备及锚具及张拉记录。

参考文献

【1】《建设工程质量控制》.中国建设监理协会

【2】《建筑基坑支护技术规程》.DBJ/T15-20-97

【3】吴科如 张雄.《土木工程材料》.同济大学出版社

【4】《建筑边坡工程技术规范，GB50330-2002》