預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)分析

江 超

（安慶市公路局直屬分局，安徽 安慶 246000）

隨著近年來(lái)我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展，各種新技術(shù)新手段不斷在工程建設(shè)中得以應(yīng)用。由于預(yù)應(yīng)力錨索具有施工方便快捷、占用場(chǎng)地少和加固效果好等特點(diǎn)，在許多行業(yè)的巖體加固工程中得到廣泛應(yīng)用。按灌漿次數(shù)劃分，預(yù)應(yīng)力錨索可分為兩次灌漿全長(zhǎng)黏結(jié)式和一次灌漿雙層保護(hù)自由式兩種。近年來(lái)，一次灌漿雙層保護(hù)自由式預(yù)應(yīng)力錨索在國(guó)外應(yīng)用較為普遍，但由于其造價(jià)較高，在我國(guó)除二灘水電站等少數(shù)幾個(gè)工程少量應(yīng)用外，多數(shù)工程仍采用兩次灌漿全長(zhǎng)黏結(jié)式錨索。

1 錨索的特點(diǎn)概述

相對(duì)于全長(zhǎng)粘結(jié)式錨索而言，雙層保護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索具有如下特點(diǎn)：①防腐能力強(qiáng)；②張拉段錨索體受力均勻；③可重復(fù)張拉；④灌漿工藝簡(jiǎn)單；⑤可監(jiān)測(cè)邊坡變形。

2 錨索體設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 錨索長(zhǎng)度的選擇

用懸吊理論進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，錨索支護(hù)的主要作用是將下部不穩(wěn)定巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層中，錨索越長(zhǎng)支護(hù)效果越好。不少工程在設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)時(shí)，為找到穩(wěn)定的堅(jiān)硬巖層，刻意把錨索長(zhǎng)度設(shè)計(jì)到15 m以上。筆者所在單位經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，錨索支護(hù)的主要作用是通過(guò)錨固段與錨索托板之間的作用對(duì)巷道上方不穩(wěn)定巖層起到預(yù)防性擠壓加固作用，而懸吊僅僅起到次要作用，最好不讓錨索起到懸吊作用，因此，錨索主要應(yīng)以擠壓加固理論來(lái)設(shè)計(jì)。安裝錨索時(shí)，應(yīng)掌握其規(guī)律，工人操作熟練后，不需一定將錨索錨固在巷道上覆頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定的巖層中，其長(zhǎng)度一般為6～7 m為宜。

2.2 安設(shè)錨索時(shí)間

筆者所在單位目前使用的是直徑15.24 mm的鋼絞線錨索，這種錨索的延伸率僅為3.5 %，因此不適應(yīng)較大變形的情況。在掘進(jìn)工作面過(guò)早安設(shè)錨索會(huì)因巷道圍巖的大變形而造成鋼錨索被拉斷，安設(shè)錨索太遲會(huì)造成錨桿錨固段與錨索錨固段之間的巖層離合。實(shí)踐證明，在圍巖表面與錨桿錨固段之間巖層急劇變形期內(nèi)，錨索不宜支護(hù)；當(dāng)圍巖表面與錨桿錨固段之間巖層變形由急劇向緩慢變形轉(zhuǎn)化時(shí)是錨索安設(shè)的最佳支護(hù)期。通過(guò)大量的工程實(shí)踐及礦壓觀測(cè)，我們認(rèn)為應(yīng)該離迎頭0.8～2個(gè)錨索排距之間的范圍內(nèi)安設(shè)錨索。

2.3 錨索施工后的緊固方法

根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，錨索安設(shè)后應(yīng)及時(shí)給予100 kN的預(yù)緊力，在距離迎頭 20 m時(shí)再進(jìn)行二次緊固，使錨索預(yù)緊力達(dá)到150 kN，以減少頂板變形。但現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)常會(huì)不進(jìn)行二次緊固或存在用非專(zhuān)業(yè)工具安設(shè)錨索等問(wèn)題，預(yù)緊力達(dá)不到預(yù)計(jì)要求，失去了支護(hù)作用。為此，我們通過(guò)強(qiáng)化錨索施工質(zhì)量檢查、隨時(shí)抽查已安設(shè)錨索的二次緊固質(zhì)量等方法，監(jiān)督施工人員嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范要求，使錨索的緊固值控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

2.4 樹(shù)脂錨固劑卷的選用

錨索安設(shè)時(shí)用同一種型號(hào)樹(shù)脂錨固劑卷造成攪拌困難。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，一些安裝工人對(duì)各種樹(shù)脂錨固劑卷的速凝時(shí)間不了解，安設(shè)錨索時(shí)使用同一種型號(hào)的樹(shù)脂錨固劑卷。常用的樹(shù)脂錨固劑卷凝固時(shí)間為30 s，而錨索鋼絞線在穿過(guò)樹(shù)脂錨固劑卷攪拌到孔底的時(shí)間一般為60 s左右，也就是說(shuō)如果使用同一種型號(hào)的樹(shù)脂錨固劑卷，當(dāng)里面的樹(shù)脂錨固劑卷攪拌均勻時(shí)，外面的樹(shù)脂錨固劑卷已經(jīng)超過(guò)凝固時(shí)間，因而造成錨固效果降低。因此我們要求使用快速型和中速型兩種不同型號(hào)的樹(shù)脂錨固劑卷，把快速型樹(shù)脂錨固劑卷放在里面，從而解決攪拌困難的問(wèn)題，提高錨固效果。

2.5 樹(shù)脂錨固劑卷攪拌時(shí)間

錨索安設(shè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)安裝工在錨索和錨桿鉆機(jī)連接好后就進(jìn)行攪拌或者直接把錨索穿過(guò)樹(shù)脂錨固劑卷推到錨索孔底后再開(kāi)始攪拌的現(xiàn)象，前者因樹(shù)脂錨固劑卷過(guò)早攪拌造成大量的樹(shù)脂附著在孔壁上，有效錨固長(zhǎng)度減少；后者造成錨固劑攪拌不充分，兩者都不能很好地達(dá)到錨固效果。正確的做法為錨索和錨桿鉆機(jī)連接好后應(yīng)緩慢升起錨桿鉆機(jī)，把樹(shù)脂錨固劑卷推到孔底后再啟動(dòng)錨桿鉆機(jī)開(kāi)始攪拌樹(shù)脂錨固劑卷，邊攪拌邊推進(jìn)錨索直至孔底，此段攪拌時(shí)間應(yīng)占整個(gè)攪拌時(shí)間的70%；錨索到達(dá)孔底后攪拌一段時(shí)間再停機(jī)，此段時(shí)間應(yīng)占整個(gè)攪拌時(shí)間的30%左右。

3 預(yù)應(yīng)力錨索的施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 張拉和鎖定

錨索張拉和鎖定是錨索施工中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，張拉按以下步驟進(jìn)行：第一步，以壓力計(jì)或荷載儀控制，均勻加載至設(shè)計(jì)工作荷載的1.25倍，加載速率保持在40 kN/min左右；第二步，保持荷載20 min，并測(cè)量20 min內(nèi)錨索的徐變位移量，如果位移量不超過(guò)2 mm即認(rèn)為此根錨索合格，即進(jìn)行第四步工作，否則，進(jìn)行第二步工作；第三步，繼續(xù)保持荷載45 min，并測(cè)量錨索的徐變位移量，監(jiān)理檢查荷載與位移及位移與時(shí)間的關(guān)系，如果在荷載峰值時(shí)，錨索的彈性變形在上下限之內(nèi)，則認(rèn)為錨索是合格的，否則，為不合格，需另設(shè)置一根代替；第四步，將荷載降到要求值鎖定。

3.2 施工質(zhì)量的控制

在影響錨索加固邊坡效果的諸多因素中，錨索的施工質(zhì)量是主要因素，因此在標(biāo)書(shū)“技術(shù)規(guī)范”中，對(duì)錨索的施工作出了嚴(yán)格的規(guī)定，以保證錨索達(dá)到預(yù)期效果，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

第一，提交文件。巖石開(kāi)挖前少于60 d承包商應(yīng)向監(jiān)理提交各種類(lèi)型錨索及其安裝方法等的詳細(xì)資料；錨索加工開(kāi)始前少于20 d承包商應(yīng)將加工錨索所用鋼絞線的工廠試驗(yàn)證明提交給監(jiān)理工廠，試驗(yàn)證明包括鋼絞線的極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、屈服延伸率、彈性模量；試驗(yàn)開(kāi)始l0 d前和重新率定后5 d內(nèi)，承包商應(yīng)向監(jiān)理遞交泵和張拉設(shè)備、荷載儀率定證明的復(fù)印件。

第二，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。承包商至少應(yīng)在巖石開(kāi)挖之前60 d進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索的現(xiàn)場(chǎng)原型試驗(yàn)，以確定在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有巖石條件下預(yù)應(yīng)力錨索是否與規(guī)定要求相符合。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)在監(jiān)理選定的、即將支護(hù)的、小同巖石類(lèi)型的典型坡面上進(jìn)行，直到有一根錨索試驗(yàn)破壞為止。

第三，質(zhì)量控制試驗(yàn)。所有預(yù)應(yīng)力錨索均應(yīng)按標(biāo)書(shū)“技術(shù)規(guī)范”中的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)荷載試驗(yàn)。

第四，記錄對(duì)每一開(kāi)挖循環(huán)。承包商應(yīng)對(duì)所有預(yù)應(yīng)力錨索的施工進(jìn)行記錄，最遲應(yīng)在安裝后的第二天向監(jiān)理提交一份記錄的復(fù)印件。對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的安裝應(yīng)提供下述資料：①日期、時(shí)間、位置、預(yù)應(yīng)力錨索的類(lèi)型、鉆孔及安裝程序以及鉆孔所遇巖層記錄；②鉆孔詳細(xì)資料，包括鉆孔直徑和長(zhǎng)度、鉆孔方法、鉆孔的特殊情況、鉆機(jī)和鉆頭類(lèi)型，以及鉆機(jī)沖孔方法；③漿液類(lèi)型和成份、灌漿日期、注漿量及灌漿壓力。

所有試驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)以監(jiān)理同意的格式和可以接受的方式記錄，試驗(yàn)結(jié)果的復(fù)印件最遲應(yīng)在試驗(yàn)完成的當(dāng)班結(jié)束時(shí)提交給監(jiān)理。對(duì)每根預(yù)應(yīng)力錨索的試驗(yàn)應(yīng)提供下述資料：荷載與錨索自由端變形的關(guān)系，恒載作用下徐變與時(shí)間的對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系，彈性變形和永久變形的分配，各級(jí)荷載作用下承壓板的沉降變形與時(shí)間的對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系。

4 結(jié)束語(yǔ)

錨索技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程建設(shè)中，錨索技術(shù)的成功推廣應(yīng)用，為促使工程建設(shè)的順利完成，有效地保證工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。由于工程建設(shè)的特殊性，需要人們?cè)趯?shí)踐中結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)錨索設(shè)計(jì)和施工不斷加以探索和完善。