預應力錨固技術在巖土工程施工中的應用

彭 軍

（福建省水文地質工程地質勘察研究院，福建 漳州 363000）

現階段，預應力錨固成為巖土工程重要的技術支撐，該技術的應用與實現依托的是巖土體的穩(wěn)定性。預應力錨固技術不僅適用性強，而且技術穩(wěn)定性高、成本低，在巖土工程施工中可起到安全保障的作用，顯著提高了施工效率。實際應用中，為了提高預應力錨固的技術水準，保證工程施工質量，需系統(tǒng)掌握該技術要點，保障巖土工程經濟效益。

1 預應力錨固技術原理

錨固技術應用已久，目前已經是較為成熟的防護和加固技術，主要是憑借錨桿等構件完成有效的加固，提升巖土土體穩(wěn)定性，消除坍塌和變形。該項技術穩(wěn)定性好，在巖土工程的輔助施工中優(yōu)勢突出。在具體的巖土工程項目中，在預應力錨固技術應用階段需先完成構件的預應力施加，借助科學的預應力施加等級設計，提高巖體的抗剪程度，消除后續(xù)的施工隱患。和傳統(tǒng)工藝對比，在復雜的巖土工程項目中采用預應力錨固可降低施工難度，該技術體系實操性很強，具有可靠性和規(guī)范性，借助預應力的傳遞，達到邊坡防護的效果[1]。另外，在隧道等施工項目中，采用預應力錨固可降低施工成本，消除支護體系的安全隱患，保障施工有效性，夯實工程建設基礎。

2 預應力錨固體系的架構

2.1 預應力錨桿基本構造

預應力錨桿構造復雜，其中張拉段非常關鍵，除此之外還有內外錨固段。錨根分為2 類，一種是適應性較強的黏結式錨根，其承載速度緩慢，可保障理想施工效果；另一種是機械式錨根，該錨根局限性較大，但其優(yōu)點是施工進度快，需結合工程實際靈活選擇。張拉段是產生段，錨固力主要來源于此，所以較為關鍵。在張拉過程中，其中最核心的要素是張拉長度。結合預應力張拉的理論，關于張拉長度的計算，要借用公式ΔL=Fp×L/Ap×ES，式中：Fp為平均張拉力（預應力筋）；L為長度；Ap為截面面積；ES為彈性模量。

從公式中可以看出，張拉長度受多種因素左右，如實際的彈性模量、張拉力等，均會影響張拉長度，這一點不容忽視。錨桿張拉段會產生錨固力，外錨固段的作用顯著，主要起位置固定功能，同時可為設備性能檢驗提供空間。

2.2 內、外錨頭的確定

內錨頭的位置、角度均會影響錨固力大小，直接影響工程建設質量。為確保錨固技術水準，要在測量技術保障下準確放置內錨頭，避免內錨頭的偏移。結合實際工況，堅固巖層中的內錨頭質量應該達標，需滿足錨固力持續(xù)性的要求。

外錨頭及張拉機具的設置會影響錨索的應用水平，隨著錨固技術應用領域的擴展及巖土工程施工標準升級，相關的外錨頭類型也逐漸增多。現實施工中，為確保錨頭的應用質量和施工的精準性，要結合工程條件對外錨頭進行合理選擇。在選擇和確定外錨頭時，需遵循安全性及支護便捷性的原則，合理強化錨固效果，提升施工效率[2]。此外，選擇張拉設備時，要綜合考慮多種因素，了解待選機具的特點，現實施工中經對比選出可靠性最高的張拉設備，按照技術要求減少錨索張拉時間，借助科學的措施，優(yōu)化張拉效果。張拉端錨具示意圖如圖1 所示。

圖1 張拉端錨具圖示

2.3 錨桿張拉程序設計

結合施工經驗可知，因為群孔錨固，現實結構中各錨桿的張拉力需增加至超張拉荷載，科學達到施工標準。除此之外，每級張拉荷載下，為達到理想的效果，應持荷5 min，待完成最終的錨桿鎖定后，意味著張拉程序設計合理。當預應力損失過大，應用時超過張拉力10%時，按照設計要求，應進行補償張拉，為后續(xù)施工提供保障。補償張拉應在原始基礎上進行，張拉至超張拉荷載。預應力損失計算公式為式中：a 為鋼筋內縮值；l 為張拉到錨固點產生的距離；ES為彈性模量。該公式適用于先張法中預應力損失的計算。

值得注意的是，補償張拉最多可完成2 次。結合實際工況考慮張拉條件時，需實時保障應力向遠端分布的狀態(tài)與時效性，借此降低施工風險。同時，加載速率不應太快，現實操作中達到每一級張拉應力后，就要留足一定的時間去穩(wěn)定張拉設備，這是非常關鍵的。系統(tǒng)出力值不變可作為重要參考，只有達到上述要求，才可以繼續(xù)鎖定操作。

2.4 錨索制作與安裝

鋼絞線平順是關鍵，不能打絞。現實操作中想要實現鋼絞線的順直，只能采用機械切割，盡可能規(guī)避電焊工藝，在切割過程中確保無散頭現象，切口平整，表面不能有銀屑。除此之外，錨固使用前，錨索自由段刷防銹漆，外繞工程膠布固定，延長錨固的使用壽命。錨固段先要除銹，然后結合工程概況設置隔離架（按設計間隔），將鋼絞線依次放入，用鐵絲將其與定位架綁扎牢固[3]。在綁扎的過程中，不能發(fā)生分叉的情況，特別是錨固段底部的綁扎要到位，用鐵絲將鋼絞線捆住，借助合理的手段，防止下錨時出現質量問題。待錨索綁扎完成后，下一步是將PVC 管沿錨索線路向孔洞底端穿進，需要強調的是注漿管與鋼絞線應保持同步，牢牢捆扎在一起，采用優(yōu)化控制措施，防止下錨時脫落。

施工階段，錨索編制完成后需要合理存放，最好是隨編隨用，以免存放時間過長，影響了錨索性能。將其放在通風的位置，同時采取防水防油污的綜合保護措施。在正式放置錨索前，為獲得最佳的施工效果，應檢查索體鋼絞線的整體情況，確保其順直性，這是施工質量保障前提。進出漿管的位置一定要暢通，將高風壓注入孔底，起到完全清孔的作用，直至沒有粉末流出，意味著清孔工作合格。錨索運輸中，要實施全方位保護，嚴防與硬質物體摩擦，減少PE 套管損傷，先將錨索體的底端緩慢均勻向孔內推進，安裝完畢后進行鋼絲的臨時防護，強化整體施工效果。

3 實際案例分析

A 市某大型水電站服役時間較長，建設規(guī)模較大，經過長時間的使用其結構出現了隱患，存在壩體滲水等情況。現實中為節(jié)約建設成本，實現安全供電，持續(xù)發(fā)揮該水電站功能，保證大壩壩體的穩(wěn)定，要對大壩基底進行修復。甲施工單位在勘察地質后制定了優(yōu)化方案，針對本次工程的復雜性，擬采用預應力錨固技術，消除壩基基座修復時的風險，延長水電站使用壽命。為達到此時項目的修復目標，預應力錨固技術應用前，需對錨固材料選擇和檢測，構建預應力錨固體系，排除各類影響因素，保障施工順利開展。

3.1 錨孔鉆造

錨孔鉆造的時候需考慮的因素眾多，除了土層結構和地質環(huán)境外，還要結合精密儀器，計算和分析孔洞的直徑、大小，確保孔洞的位置和各項參數正確。孔洞開挖之前，想要達到施工效果，需要進行測量找平，在此項工作前提下標記好錨孔的位置，為鉆孔做足準備。鉆孔進度要勻速推進，合理保障成孔質量。鉆孔結束之后，需將雜質清除干凈，要及時進行沖洗，重點清除掉孔洞中殘留粉末。檢測完成之后，可著手實施錨固桿件的安裝。

3.2 鉆桿沖洗

現實施工環(huán)節(jié)，鉆桿沖洗影響較大，關乎鉆孔作業(yè)順利程度，因此可作為巖土工程實施的基礎性保障。巖土工程相對特殊，因為土體較為堅硬，所以可應用洗氣法對鉆桿沖洗，確保理想的沖洗效果。此外，對于旋轉式鉆鑿，施工現場選用水沖法更為合適，該方法可降低巖土土體和灰漿的黏性，為后續(xù)施工提供保障。

3.3 預應力錨索施工

在本工程施工中，為達到預期施工效果，要采用高性能鋼絞線完成施工，其強度為1 700 MPa，可滿足實際承載要求。使用XM15 型錨具并施加預應力。同時進行錨索荷載等級測試，其測試結果見表1。試驗后沒有問題便可正式使用。錨索擴張材料至關重要，使用直徑為1 cm 鋼板作為主要原料，由上向下進行注漿，確保注漿之前的壓強滿足要求。

表1 錨索加荷等級測試

錨索的自由段管內應用的鋼絞線需用黃油熱縮管包裹，強化鋼絞線的使用性能。實際操作中，為了防止錨索偏移，可用焊接機對重要構件焊接，連接擴張件和注漿管。錨頭混凝土墊板想要保持穩(wěn)定性，要使用C20鋼筋混凝土，合理滿足使用要求。強度達到25 MPa 后需結合實際情況進行錨索預應力張拉。值得強調的是，在張拉完成之后要輔助防腐技術措施，延長支撐結構的壽命。特別是錨頭兩端要涂刷油漆，實現防腐的目的。

3.4 噴錨混凝土施工

最后一道工序是噴錨混凝土作業(yè)，在需要支護的工作面，實施噴錨技術，使用混凝土C30 噴射，現場作業(yè)厚度為100 mm。掛網所用的鋼絲網直徑為6 mm 的鋼絲網，錨桿使用直徑22 mm 鋼筋。想達到理想施工效果，需控制好水灰比，按照合適的水灰比調配水泥砂漿，嚴格控制噴注工藝，按照1 m×1 m 的方格網施工。鉆孔的仰角方位至關重要，要結合巖石的縫隙、孔洞確定，始終確保鉆孔仰角垂直于構造成孔。使用水泥對所鉆孔洞注漿，調整好施工的抗壓強度值。與此同時，為了強化施工效果，保證注漿注滿，要及時清理干凈鉆孔。錨桿安裝采用25 cm 的螺紋鋼筋，噴錨前先清洗護面，保證護面在14 d 之內水分達標。

4 預應力錨固應用要點

4.1 預應力錨固體系檢測

技術應用初期，需加強錨固技術的檢測，確保錨固的應用質量。現實中，結合最佳錨固狀態(tài)，記錄信息調整錨固體的方位，合理提升施工品質。為達到科學的檢測效果，要結合實際完善錨固體系的檢測方案，確保預應力錨固體發(fā)揮功效。具體應用中，堅持全時段監(jiān)測原則，特別是在錨固施工重要階段，要結合張拉力變化、錨索應用情況、錨桿松弛度等對應用的錨固體系調整，使其達到最佳支護效果。錨固施工完成后，關于位移的監(jiān)測同樣不可松懈，仍要進行持續(xù)性監(jiān)測，確保監(jiān)測的全面性和合理性，借此評估錨固體系的穩(wěn)定狀態(tài)。工作實踐中，一旦發(fā)現技術風險，需全面啟動應急方案，通過預應力錨固體系的參數調整，保證壩體耐久性。

4.2 邊坡治理

案例項目中的水電站建設高度較高，經測量高度范圍在50～65 m，再加上邊坡巖層非常敏感，以玄武巖、黏土巖為主。在長時間風力侵蝕作用下，巖層的位移距離較大。基于此，施工環(huán)節(jié)需落實好防護措施，降低巖土滑落風險。結合現實經驗可知，邊坡安全系數越小，預應力錨固措施越重要。邊坡治理工作中，要優(yōu)選適合的技術類型，靈活使用錨固技術[4]。通常情況下，需結合實際工況，準備足量的施工材料，確保材料有序利用。完成高精度鉆孔工作，固定錨桿、錨索，發(fā)揮預應力錨索的優(yōu)勢。在此過程中，需要牢牢結合錨桿與巖體，使二者成為一個整體，以此作為基礎充分提供錨固力，消除施工中隱患。錨桿張拉環(huán)節(jié)的核心要點是要對張拉參數有所控制，如張拉長度等，借此滿足預應力需求，發(fā)揮錨固體系的最大作用。另外，平穩(wěn)操作張拉設備，確保施工的穩(wěn)定性，直到精準鎖定鉆孔，前提條件達標后，才能為注漿做準備，提高邊坡穩(wěn)定性。

4.3 地下工程支護

錨固體系應用中，還有一項重點內容，那就是地下工程支護。現如今，隨著資源的嚴重緊缺，工程逐漸深入，地下工程越來越多。在此背景下，為保證工程施工穩(wěn)固性，消除地下施工的風險，應借助預應力錨固高標準實施工程支護，降低施工復雜度，清晰掌握施工難點，消除風險隱患。案例中水電站建設地點特殊，附近地下結構較為復雜，此類建筑多采用錨固技術施工，可合理控制施工風險。錨固體系技術要點可總結為：①具體項目中一旦遭遇連續(xù)墻施工時，需明確技術規(guī)范要求，結合DB 11/489—2007《建筑基坑支護技術規(guī)程》調整施工方向和內容，對技術應用進行約束。參照其中相關規(guī)定，完成鋼筋制作等操作，同時提升預埋件等施工品質，強化施工效果。②防水工程施工階段，注意事項較多。為取得理想的施工效果，要結合所在施工區(qū)水源性質和地下水位分布等，巧借防水施工方法，控制施工成本[5]。③土方工程施工時，要科學遵照施工流程。選擇上要先進行土方開挖，在開挖階段要勻速，采取分層開挖的策略，釋放周邊土體載荷，借助高效、穩(wěn)妥的方式保證支護結構的安全，保證整體結構耐久性。④結構洞口加固施工較為關鍵，在具體的施工中，需綜合考慮多種因素，根據孔洞大小設計理想的支護方案。現實中，應用鋼筋混凝土邊梁做框架的方法比較適用。此外，應用錨固施工技術時，最理想的方法是人工與機器配合，準備速凝錨固劑，并完成人工精準拌和。基本工作完成后，需按施工規(guī)范要求，對錨固施工質量進行檢驗，測量錨桿強度。在此前提下將實際強度（重要參數）與張拉要求進行對比，得出指導數據，并進行錨索張拉鎖定。⑤現實施工中，后澆帶施工是重點。錨固技術應用期間，想要提升后澆帶施工品質，需結合結構面大小高質量規(guī)劃后澆帶位置，在此前提下合理設置誘導縫。結合現實經驗可知，后潘帶位置預留寬度至關重要，應留出10 cm 的凹槽，抑制形變與裂縫。錨固體系應用期間，只有明確上述技術要點，才能較好應用預應力錨固技術。

5 結束語

綜上所述，隨著巖土工程增多，預應力錨固也開始使用頻繁，經過多年的技術發(fā)展，預應力錨固體系較為成熟，可為巖土工程施工提供強有力的保障，成為助推建筑業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的關鍵技術。實際施工過程中，預應力錨固技術應用過程中，需綜合考慮多種因素，為達到預期的支護效果，需要從工藝細化入手，同時加強質量監(jiān)管，發(fā)揮錨固技術的優(yōu)勢。結合工程實踐經驗可知，利用預應力錨固技術可對傳統(tǒng)技術不足進行彌補，提高邊坡穩(wěn)定性，在技術保障下降低企業(yè)施工成本，實現工程效益最大化。