预应力锚索在公路高边坡施工中的应用

王晓

摘 要：【4#公路】K0+780～K880段为高边坡，此段地质条件较差，岩石类型为二长花岗岩，边坡自然坡度岩体风化主要表现为矿物蚀变、裂面锈染等，弱风化岩体以裂隙风化为主，对于高边坡的稳定，锚索施工起到了关键性作用，文章以公路高边坡锚索施工为例，介绍了预应力锚索施工的施工方法，其施工经验值得本工程其他施工部位和其他工程借鉴。

关键词：预应力锚索；公路高边坡；施工

1工程概述

藏木水电站位于山南地区加查县，是雅江中游桑日至加查段规划五级电站中的第四级，工程等级为二等大（2）型，装机容量51万千瓦（6×8.5万千瓦），年发电量25亿千瓦时。

预应力锚索主要用于【4#公路】K0+780～K880段高边坡支护，该边坡岩性单一，节理发育，与坡面大角度相交，岩体质量主要受节理裂隙及风化卸荷作用，浅表部位顺坡向卸荷裂隙发育，普通张开，局部充填次生泥，岩体总体属弱风化、强卸荷，结构破碎，镶嵌松驰。

2 施工布置

2.1、施工用风

由2台20m3和1台40 m3电动空压机供风，供风能力80 m3/min，布置在4#公路K0+650～K0+700段路基上。

2.2、施工用水

在江边布设两级泵站，分别设置扬程为100m的水泵，采用管道输送至施工作业面。

2.3、施工用电

在K0+650～K0+700段安置8000KVA变压器，提供施工用电。

2.4、灌浆系统

灌浆系统和混凝土拌合系统布置在路基超宽平台上，平台面积约7m2，高50cm，采用C20混凝土铺底超平，浆液采用ZL-400制浆机制浆，灌浆采用3SNS灌浆机。

3 主要施工程序

锚索施工工艺流程：设备材料进场→搭设脚手架→钻机就位→钻孔→安装锚索→浇筑砼垫墩→一次性注浆→张拉→检测→封孔→锚头防护处理

4锚索施工主要方法

4.1、施工主材

4.1.1、钢绞线

采用符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003和ASTM A416-98标准的1860 Mpa，高强度低松弛无粘结ф15.24mm钢绞线。

4.1.2、锚具

采用符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000标准的OVM.M15-6系列。

4.1.3、钢筋

采用符合国家有关标准钢筋。

4.1.4、水泥

采用祁連山普硅P.O42.5水泥。

4.2、施工排架

根据锚索分布情况需搭设承重施工排架。排架采用Φ48mm普通脚手架钢管搭设，排架钢管密度为1.5m×1.3m×1.8m（间距×排距×步距），临空侧一排设剪刀撑，每4跨设置一道斜撑。排架紧靠坡面，并与坡面通过连接筋进行连接和加固。连接筋采用Φ25mm，L=1.0m，入岩0.7m，按2步3跨，梅花布置。

4.3、钻孔

4.3.1钻机及孔径

800KN预应力锚索采用MG—80型锚固钻机+DHD240A冲击器+DHD340-15B钎头，孔径120mm。

4.3.2成孔和清孔

1）钻孔根据设计图纸，用全站仪进行测量放点，确定锚索孔位，经过监理工程师确认后才能进行钻孔。

2）钻孔深度应满足锚固段的有效长度及安全储备并不小于0.5m的预留深度，孔深允许偏差为 0—+20cm

3） 钻孔的孔径水平方向，垂直方向的误差不大于3cm，倾角的误差不大于3.5°。

4） 成孔一般采用风动潜孔锤干钻成孔，但在遇到覆盖层松散 ，成孔困难时，宜用螺旋钻具成孔。

5） 成孔时，钻机使用的风压 、转速与成孔速度和钻具的使用寿命有很大的关系，工作压力只需使潜孔锤压紧钻头即可。压力过大，不但不会提高成孔速度，反而会增加回转装置的载荷；过小则会长时间让钻头与潜孔锤脱离运转，使钻头肩部的温度上升结果不是使钻头肩部破裂就是柱齿脱落；

6） 回转速度太低，钻头会冲击以前破碎过的岩石上，因而降低成孔速度 ：转速太高，会过度磨损钻头。以下数据是实际工程中的经验值：粘土：40-60rpm；硬岩 ：20-40rpm；软岩：30-50 rpm；

7） 清孔时要把孔内的岩粉或泥浆排干净 ，以保证锚索的握固力；

4.4、锚索制安

4.4.1钢绞线下料：

钢绞线切断采用砂轮切割机，要求切口整齐无散头现象，下料长度为各级锚头钢绞线下料长度L为：

Ln=钻孔深度Lk（包括锚墩厚度）-距n组锚头之距离△L+锚具及测力计厚度Lj +预留张拉长度Lh。其中：

锚固段长度：8m；

锚具及测力计厚度：30cm；

张拉千斤顶长度：50cm；

锚墩厚度：40cm；

必要的安全外露长度：≥30cm；

40m锚索下料长度为：41.5m。

锚索在锚索加工厂统一下料，钢绞线存放地点垫高（离地面至少20cm）并覆盖，以防潮防尘，并登记每卷钢绞线的编号。

4.4.2锚索编号：为Mi，j。

①M代表锚索；

②i为行数，由低高程向高高程按自然序列递增，i=1，2，3，...。

③j为列数，对应于i行，面向边坡，由下游向上游按自然序列递增，j=1，2，3，...。

4.4.3锚索制作

锚索各种附件经检查满足要求后，方可进入现场编制，进、回浆管定长下料，并做不同标记，编束时先将钢绞线在编束存储料架上顺次平铺，然后将隔离架、束线环按施工详图所示尺寸与数量穿好，在开始编帘扎束。制作程序分为：

①将钢绞线顺直排列在平台上，保持每级钢绞线长度一致。

②套管处钢绞线清洗。

③顺直装置注浆管和排气管，锚固段注浆管端部距孔底为10～20cm，并在端部以上0.5和1m处制作斜向剖口，防止端部堵塞无法注浆，排气管深入锚固段0～20cm。

④捆扎：为使锚索处于锚孔中心，要求锚固段每隔1.0m设置隔离架一块，之间50cm处用无锌铅丝绑扎成枣核状；张拉段沿轴线方向上每隔2.0m安设一个隔离架，之间每1米须用无锌铅丝绑扎牢固，且经过架线环的每根钢绞线均须用无锌铅丝绑扎牢固。

⑤用无锌铅丝在隔离架两侧将其绑扎牢固，以免隔离架移动。之后，在两个架线环中间采用无镀锌铁丝进行绑扎，使内锚段锚索绑扎成枣核状，且锚索绑扎时保证钢绞线进回浆管平行，并不出现交叉现象。锚索尾端按照钢绞线排列编帘，尾端2.5米范围内不得绑扎架线环。

⑥导向帽按要求制作，并与锚索端头牢固可靠连接，可用铁丝与锚索端头牢固连接或用环氧水泥胶结。

⑦锚索制成并经检验合格后，进行编号挂牌。合格锚索整齐、平顺地存放在距地面20cm以上的间距1.0m～1.5m（锚固段间距1m，张拉段间距1.5m）的支架或垫木上，不叠压存放，并用彩条布覆盖进行临时防护。

4.4.4下锚

锚索验收合格后采用人工安装，各支点间距离不得大于2.0米，转弯半径不得小于3米。

下锚前，应仔细检查锚索编号是否与锚孔号相符，并再次检查锚索长度是否与所要下锚孔深相符。应防止锚体扭曲、压弯。

往孔内推送锚索，操作人员要协调一致、动作均匀，为防止锚索体在孔内弯曲，可选取一根钢绞线作为标记并对应孔口定位标记，确保整束锚索定位推入。另外，为了防止锚索体在孔内弯曲，锚索下完后检查钢绞线的外露长度，并用锚索总长减去外露长度是否与孔深相同，就可以判断锚索在孔内是否弯曲。

4.5锚索注浆

4.5.1预应力锚索灌浆

1）注浆方式

注浆采用全孔一次性注浆工艺。

2）锚索注浆前，检查制浆设备、灌浆泵是否正常；检查送浆及注浆管路是否畅通无阻，确保灌浆过程顺利，避免因中断情况影响锚索注浆质量。

3）注浆施工

① 采用3SNS泵灌注。

② 灌注前先压入压缩空气，检查管道畅通情况。

③ 全孔一次性孔内无阻塞注浆，压力0.3～0.5Mpa，直至孔口返出浆液浓度与注入的浆液浓度相同时为止，同时做好注浆记录。

④ 内锚段及张拉段在钻孔过程中如果发现岩石不完整，采用固结灌浆方式处理， 先采用水灰比1：1起灌，再采用水灰比0.5：1续灌，进浆压力0.3～0.5Mpa，结束标准为小于5L/min持续灌注10min，若灌入量大，可以采取间歇、浓浆、待凝、掺加速凝剂等方法处理。

⑤所有灌浆参数以灌浆自动记录仪处理数据为准。

4）注浆浆液取样试验

为检查注浆浆液质量并给锚索张拉提供依据，注浆时对每一批预应力锚索的灌浆浆液取样做抗压強度试验。

5）锚索注浆设备清洗

①制浆结束后，立即清洗干净制浆机、送浆管路等，以免浆液沉积堵塞。

②注浆结束后，立即清洗干净注浆设备、管路等。

4.5.2混凝土垫座浇筑

内锚段灌浆结束后即可进行外锚头垫座砼浇筑，立模前将岩石面清洗洁净，然后安装孔口管与锚垫板，埋设骨架钢筋、钢筋网，架立模板后浇筑砼。预埋前，首先用手风钻按模板设计图打预埋插筋孔，保证孔口管与锚垫板埋设准确、牢固，再埋设螺旋筋及钢筋网；立模同时埋设钢套管，孔口用水泥砂浆封裹，并调整钢筋网片位置。垫座砼采用C40砼，外锚头采用C15砼。

4.6锚索张拉锚固

1）机具的率定

张拉设备的标定：为保护张拉控制力的准确性，在张拉作业前需对张拉设备系统（包括千斤顶、油管、压力表等）进行“油压值—张拉力”对应关系的率定，并经监理工程师批准后方可使用。

2） 锚索张拉操作

a、安装锚板、夹片、限位板、千斤顶及工具锚。安装前锚板上的锥形孔及夹片表面应保持清洁，为便于卸下工具锚，工具夹片可涂抹少量润滑剂。工具锚板上孔的排列位置需与前端工作锚的孔位一致，不允许在千斤顶的穿心孔中钢绞线发生交叉现象。

b、锚索正式张拉前，先对每股钢绞线施加50KN的张拉荷载进行预张拉，以使锚索各钢绞线受力均匀、完全平直，并将该荷载锁定在锚板上，再将所有锚索一起张拉至安装荷载。张拉控制以拉力为主，辅以伸长值校核，张拉时按以下分级进行，并进行及时准确的记录。张拉应力对应值：

锚索吨位 s0 s/2 3s/4 s 1.1s

800KN 350KN 500KN 750KN 800KN 880KN

注：表中s0与预紧应力一致，即单根50KN。

循环张拉：

① 第一循环张拉：s0→s/2（稳定2min）。

② 第二循环张拉：s/2→3s/4（稳定3min）。

③ 第三循环张拉：3s/4→s（稳定3min）。

张拉过程中当达到每一级的控制张拉力后稳定5分钟即可进行下一级张拉，达到最后一级张拉力1.1s后，压力无下载稳定20min，2次读数，即可锁定。

张拉过程中当达到每一级的控制张拉力后稳定5分钟即可进行下一级张拉，达到最后一级张拉力1.1s后，压力无下载稳定20min，2次读数，即可锁定。

c、张拉时，升荷速率每分钟不宜超过设计应力的1/10，卸荷速率每分钟不超过设计应力的1/5。

d、在设计有特殊要求时或根据旁边的监测锚索受力情况进行判断是否需要对锚索进行补偿张拉。锁定48h内，若锚索应力下降到设计值以下时，应进行补偿张拉。对于有补偿张拉要求的锚索，在张拉锁定后7d左右进行，补偿张拉的张拉力为超张拉力。补偿张拉：实际张拉力→超张拉力（稳定5min）。

e、当实际伸长值大于理论计算值10%或小于5%时，应暂停张拉，查明原因并采取相应措施予以调整后，方可继续张拉。

f、锚索张拉时应通知监理工程师到场，并及时准确记录油压表编号、读数、千斤顶伸长值、夹片外露长度等。

4.7锚索锚头保护

1） 锚索张拉灌浆完毕后，从锚具外端量起50mm以外钢绞线用砂轮切割机截去。预应力锚索张拉锁定，回灌补浆结束后，可将锚具外150mm的钢绞线用锚索切割机割除。

2）用黄油保护锚具及外留钢铰线，浇筑C15的混凝土封闭锚头，混凝土保护厚度不小于10cm。

3） 距锚索部位20m范围不得进行爆破作业，后期亦不得在邻近锚索施工部位进行大规模爆破作业。

5 结语

【4#公路】K0+780～K880段高边坡采用预应力锚索支护施工对于边坡的稳定效果显著，锚索施工质量好，技术水平高，起到了很好的边坡防护效果。