基于預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計和施工要點

蒲振旗

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

隨著我國近些年來建筑產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及建筑市場的全面對外開放，各種新技術(shù)、新工藝等浮出水面，在項目工程施工中廣泛被投入使用。其中，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)以它具備的施工便捷性能、占用作業(yè)空間小、加固性能良好等基本特性，在不少項目工程建設(shè)階段被廣泛采用，進而保證了基礎(chǔ)巖體工程的加固效果，為工程安全性能與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)體提供了有利實施基礎(chǔ)。如果以灌漿次數(shù)劃分應(yīng)用種類，它可劃分為兩次灌漿全長黏結(jié)式與一次灌漿雙層保護自由式。可以說，這兩種灌漿作業(yè)方式在我國工程中得到的應(yīng)用效果非常好，且造價相對均衡。其中，雙層保護預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用的造價成本相對偏高，在我國不少大型水利電站中應(yīng)用較為常見，但在多數(shù)工程施工中還未能普及使用此施工方法，即多數(shù)運用的是兩次灌漿的全長黏結(jié)式錨索。

1 錨索具備的基本特性

可以說，雙層保護預(yù)應(yīng)力錨索具備的特性要比全長黏結(jié)式錨索的應(yīng)用性能更為良好。主要體現(xiàn)在以下5點:①抗腐蝕能力突出。前者相較于后者全長黏結(jié)式錨索而言，其抗腐蝕能力更為突出。這是因為在其錨索內(nèi)的錨固段有著波紋管與水泥膠凝體，并以這種材質(zhì)作為抗腐層。此外，在張拉區(qū)域還有PE保護套、波紋管、水泥膠凝體三道抗腐蝕防線，進而使錨索的整體抗腐性能得以體現(xiàn)。②重復(fù)張拉特性。由于張拉區(qū)域鋼絞線處有PE保護套，且在保護套內(nèi)填充了一定防銹蝕制劑，所以相對膠凝體而言是自由的，即使錨索張拉處于鎖定狀態(tài)，必要作業(yè)時也可根據(jù)需求去反復(fù)張拉，提高了錨索加固成效。③灌漿工藝便捷。由于張拉區(qū)域有著PE保護套，所以張拉段能夠運用一次灌漿工序進行，并等到漿液已經(jīng)穩(wěn)定凝固后達(dá)到基本標(biāo)準(zhǔn)強度要求就可以繼續(xù)張拉鎖定，進而要比兩次灌漿省去了不少工藝步序，即工藝相對便捷與簡化。④能夠預(yù)防邊坡變形。主要因為張拉部分是自由的，進而能夠在外錨部位安裝測力計，用以維持其正常變形的應(yīng)力情況，起到防范、監(jiān)測其應(yīng)力變形的實用效能。⑤張拉區(qū)域的錨索受力均勻。

2 錨索設(shè)計研究分析

2.1 錨索長度選取

首先應(yīng)結(jié)合懸吊理論做好支護設(shè)計?？傮w而言，錨索支護作用的發(fā)揮與巖層穩(wěn)定性有關(guān)，所以要利用上部穩(wěn)定巖層結(jié)構(gòu)，將下部的不穩(wěn)定性能巖體吊在上部巖層中，進而能夠體現(xiàn)錨索的支護性能。但在實踐中，不少工程設(shè)計單位為了能夠確定支護參數(shù)，就會刻意將錨索長度懸吊為15 m甚至更長。也就是說，這種懸吊長度雖然能夠發(fā)揮一定效用，但相比錨固部位和錨索托板間而言，其對巷道巖體發(fā)揮的是一種擠壓性質(zhì)的加固效用，刻意設(shè)計懸吊高度發(fā)揮出的作用是次要的。所以，錨索設(shè)計應(yīng)當(dāng)盡量采取擠壓加固機理。此外，在錨索安裝作業(yè)部分，應(yīng)當(dāng)盡量確保熟練工種安裝，把握好安裝規(guī)律，并以6～7 m錨索錨固的長度為宜。

2.2 錨固時間

鋼絞線錨索是一種常用的錨固錨索，且這種錨索的直徑和錨索的延伸率有很大關(guān)系，即延伸率決定著巷道巖體變形的適應(yīng)情況如何。如，15.25 mm直徑的錨索，其延伸率一般在3.5% ～3.7%，這種錨索也就并不適用于變形程度較大的巖體結(jié)構(gòu)中。也就是說，確定錨索時間需要看錨固錨索與圍巖構(gòu)造之間的變形適應(yīng)情況。即過早安設(shè)錨索說明圍巖變形程度較高，從而極易導(dǎo)致錨索折斷，而太晚安設(shè)錨索會引起錨桿與錨索的加固段巖層離合。此外，通過錨桿和圍巖構(gòu)造表面之間在變形期內(nèi)的測驗，也可以看出圍巖變形的情況，如果其變形期內(nèi)變形劇烈，是不宜采取錨索支護的。所以，這就要等到錨桿錨固的性能良好時，即其變形程度逐漸緩慢時，就是錨索支護安設(shè)的最佳時期。

2.3 錨索安設(shè)后的緊固方法

結(jié)合行業(yè)相關(guān)規(guī)程規(guī)范可知，錨索安設(shè)作業(yè)后應(yīng)當(dāng)及時供應(yīng)100 kN為單位的預(yù)應(yīng)力，并在距迎頭存有20 m間距時再展開2次緊固，進而能夠到2次緊固后的150 kN效果，降低了頂板變形的可能。但實踐中，由于專業(yè)安設(shè)錨索的設(shè)施不足或者施工中2次緊固工藝步序的省略，加上1次緊固后的預(yù)應(yīng)力效果不夠，所以很難使其預(yù)應(yīng)力要求得以滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最終降低了支護效果。所以，在場地作業(yè)管理中，就要重點對錨索施工作出重點質(zhì)檢監(jiān)督，并要重點抽查錨索作業(yè)的2次緊固，目的是監(jiān)管施工方能夠按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、設(shè)計要求去完成錨索2次緊固。

2.4 樹脂錨固劑卷選取

如果在錨索安設(shè)作業(yè)期間，用同種規(guī)格的樹脂錨固劑就會為其拌和帶來難度。此外，現(xiàn)場安裝作業(yè)人員中，很少有對樹脂錨固劑卷的凝結(jié)時間加以清晰了解的，所以難免會在安設(shè)階段采用同一規(guī)格的錨固劑卷。一般而言，樹脂錨固劑卷是一種常用錨固凝結(jié)錨固劑卷，其速凝時間大概在30 s，而錨索在攪拌直至穿過底孔的時間一般為1 min。所以，如果用同種規(guī)格的樹脂錨固劑卷，就會出現(xiàn)內(nèi)部拌和均勻，而外部錨固劑卷超過凝固時間的現(xiàn)象，進而使錨固效果性能大幅度減半。所以，在使用樹脂錨固劑卷時應(yīng)要盡量搭配中速與快速凝固規(guī)格的錨固劑卷，即快速的錨固劑卷用在里面拌和，從而解決了拌和困難費勁的局面，并加強了錨固質(zhì)量。

2.5 樹脂錨固劑卷拌和時間

錨索安設(shè)時會出現(xiàn)安裝工在錨索和錨桿鉆機連接好后就進行攪拌或者直接把錨索穿過樹脂錨固劑卷推到錨索孔底后再開始攪拌的現(xiàn)象，前者因樹脂錨固劑卷過早拌和造成大量的樹脂附著在孔壁上，有效錨周長度減少;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連接好后應(yīng)緩慢升起錨桿鉆機，把樹脂錨固劑卷推到孔底后再啟動錨桿鉆機開始攪拌樹脂錨同劑卷。邊攪拌邊推進錨索直至孔底。此段攪拌時間應(yīng)占整個攪拌時間的70%;錨索到達(dá)孔底后攪拌一段時間再停機，此段時間應(yīng)占整個攪拌時間的30%左右。

3 主要施工技術(shù)要點探討

3.1 張拉與鎖定

錨索張拉以及錨索鎖定是預(yù)應(yīng)力錨索巷道作業(yè)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體應(yīng)當(dāng)堅持以下步序進行作業(yè):①要用壓力計或者載荷儀等力學(xué)控制設(shè)施對其均勻加強荷載，以使載荷要求達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即1.25倍，且要保持加載速率控制在40 kn/min。②維持加壓荷載20 min后，測量出這20 min中內(nèi)的錨索漸變位移量，位移量如果測出超出了2 mm，則可以客觀判定其錨索為不合格，如果測量值在2 mm內(nèi)，則可以將載荷值降到作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即可。③當(dāng)錨索不合格時，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)加大保持加壓載荷的時間，一般以45 min為宜，同樣要測量出錨索的位移量，監(jiān)理檢查荷載與位移及位移與時間的關(guān)系，如果在荷載峰值時，錨索的彈性變形在上下限(上限對應(yīng)于錨索的伸長值等于自由長度加50%黏結(jié)長度時的理論彈性伸長值，下限對應(yīng)于錨索的伸長值等于80%自由長度的理論彈性伸長值)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。

3.2 質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)的質(zhì)量控制點應(yīng)側(cè)重對加固效果的評定，在諸多對其加固邊坡成果造成影響的一系列要素中，錨索本身質(zhì)量是關(guān)鍵。即錨索錨固工藝要求最為嚴(yán)格。因此，應(yīng)當(dāng)做好以下幾點工作，來確保錨索錨固的整體成果。

1)提交文件。圍巖結(jié)構(gòu)開挖≥60 d，施工方應(yīng)能向第三方監(jiān)理組織單位提供錨索安裝以及預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計方法等技術(shù)檔案。此外，還要保證錨索開工前≥20 d，施工方應(yīng)當(dāng)按照作業(yè)流程把好鋼絞線質(zhì)量驗證關(guān)，即把錨索鋼絞線的質(zhì)檢試驗相關(guān)報告遞交到第三方監(jiān)理單位。在試驗報告中能夠指明鋼絞線的強度性能、極限屈服強度、以及延伸率、彈性模量等指標(biāo)是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。同時，在相關(guān)試驗開始10 d前，施工方應(yīng)能向第三方監(jiān)理單位遞交關(guān)于使用的安裝工具設(shè)施的報告文件，如千斤頂、壓力計、載荷儀、以及作業(yè)泵等相關(guān)設(shè)施的技術(shù)資料復(fù)印件。

2)現(xiàn)場實驗。施工單位應(yīng)當(dāng)至少在圍巖、巖體結(jié)構(gòu)開挖前的60 d左右進行場地試驗，目的是檢驗錨索預(yù)應(yīng)力技術(shù)是否能夠在當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境下達(dá)到合理的預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)或要求。對于選定的試驗對象而言，應(yīng)以監(jiān)理單位提供的選定支護結(jié)構(gòu)、巖體類型進行試驗，直到試驗錨索使用報廢為止。此外，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)規(guī)程技術(shù)規(guī)范對預(yù)應(yīng)力錨索進行質(zhì)量規(guī)格試驗，目的是評定其載荷、屈服強度等是否達(dá)到質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3)記錄。開挖循環(huán)作業(yè)過程中，施工方應(yīng)能配備專人負(fù)責(zé)記錄施工日志，用以錨索施工安裝后能夠向第三方提供詳細(xì)的施工日志。具體記錄的施工日記內(nèi)容中應(yīng)當(dāng)包括:首先是時間、日期、場地、錨索規(guī)格、鉆孔與安裝工序內(nèi)容、鉆孔過程所遇到的巖層地質(zhì)情況等。其次，還有關(guān)于鉆孔的檔案記錄，如鉆孔工藝方法、孔徑與長度、鉆頭與鉆機型號等。再者，對于灌漿過程中的漿液成分、灌注時間、以及灌注量等也要做好必要日志。最后是試驗結(jié)果記錄，試驗結(jié)果均應(yīng)以監(jiān)理同意的格式和可以接受的方式記錄;試驗結(jié)果的復(fù)印件最遲應(yīng)在試驗完成的當(dāng)班結(jié)束時提交給第三方監(jiān)理單位。同時，對每根預(yù)應(yīng)力錨索的試驗應(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間的對數(shù)坐標(biāo)關(guān)系，彈性變形和永久變形的分配，各級荷載作用下承壓板的沉降變形與時間的對數(shù)坐標(biāo)關(guān)系。

4)確保錨索施工工藝質(zhì)量。錨索工藝主要包括鉆孔測點定位、固結(jié)灌漿、壓水試驗、編索及送索等。在鉆工測量定位中，應(yīng)能保證清孔質(zhì)量，必要時可以兼用水洗及風(fēng)干方式;在固結(jié)灌漿過程中，應(yīng)側(cè)重看其防滲性是否良好，可在錨索孔處配套設(shè)置止?jié){包，止?jié){時可以采取水壓和孔壁密貼，以保證錨索錨固段的質(zhì)量、防滲性、以及抗腐能力等;壓水試驗要保證固結(jié)灌漿質(zhì)量，從而才能使壓水實試驗合格;編索和送索環(huán)節(jié)要保證鋼絞線與灌漿管不受破壞，沒有開裂、裂隙存在，并做好錨索送孔等。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)廣泛投入到巖體構(gòu)造施工作業(yè)中，并在巖體加固工程及其他專業(yè)工程中所得了不小成果。因此，為了保證錨索施工工藝的質(zhì)量與成果，相關(guān)參建單位要結(jié)合實際作業(yè)環(huán)境、條件等做好錨索加固作業(yè)，以此才能逐步積累實踐作業(yè)經(jīng)驗，使我國的預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)體系更加完善，確保錨索工藝作業(yè)完工后質(zhì)量與成果。

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