預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程施工中的應(yīng)用分析

劉宇輝

（華東冶金地質(zhì)勘查局屯溪地質(zhì)調(diào)查所， 安徽 黃山 245000）

近年來(lái)， 隨著我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大， 投資方、 業(yè)主方和施工方對(duì)于施工質(zhì)量、 進(jìn)度和效率的要求也在不斷提高， 在巖土工程施工過(guò)程中，為提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 增加巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)逐漸被探索應(yīng)用， 有效提高了施工質(zhì)量和效率。 為充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 提高使用范圍， 保障巖土工程施工過(guò)程的中的安全和質(zhì)量， 需要結(jié)合實(shí)際， 探索該技術(shù)的應(yīng)用， 通過(guò)深入分析論證，研究預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性， 對(duì)于巖土工程施工具有重要的意義。

1 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)理論概述

錨固技術(shù)已經(jīng)是工程建設(shè)領(lǐng)域被廣泛熟知的防護(hù)和加固技術(shù)之一， 主要是指利用錨桿等構(gòu)件對(duì)巖土土體進(jìn)行加固和防護(hù)， 防止坍塌和變形， 憑借成本低、安全性高、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。 隨著工程技術(shù)的發(fā)展和革新， 以及面對(duì)復(fù)雜多變的工程項(xiàng)目環(huán)境， 巖土工程施工對(duì)于施工要求開(kāi)始進(jìn)一步提高， 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)開(kāi)始逐漸被應(yīng)用和實(shí)踐， 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)通過(guò)事先向錨固構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力， 提高巖體的抗剪程度， 相對(duì)于傳統(tǒng)的支護(hù)方法， 具有很強(qiáng)的先進(jìn)性和可靠性。

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)主要是由預(yù)應(yīng)力錨桿和錨頭等構(gòu)成， 通過(guò)向錨桿施加預(yù)應(yīng)力， 再通過(guò)錨頭和錨固體的分散， 從而實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力的傳遞， 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)一般用于深基坑的支護(hù)以及隧道和邊坡的防護(hù)等領(lǐng)域。 在現(xiàn)代施工方法體系中， 該技術(shù)憑借節(jié)約施工成本， 提高施工質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)被施工單位廣泛應(yīng)用。

2 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用原則

2.1 實(shí)用性原則

巖土工程施工中要重視各種新技術(shù)的應(yīng)用， 以及綜合分析各種施工技術(shù)的適用性， 提高工程項(xiàng)目施工質(zhì)量。 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程施工之前， 需要現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)勘查工程項(xiàng)目環(huán)境， 收集氣候、 地質(zhì)、 水文等資料， 探討分析是否適合預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的使用， 以及在使用過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。 由于預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對(duì)于環(huán)境和地質(zhì)條件有要求， 施工單位需要事前進(jìn)行科學(xué)評(píng)估， 提出合理性的措施和技術(shù)方案。

2.2 實(shí)踐性原則

巖土工程施工無(wú)論技術(shù)層面還是工作環(huán)境層面都較為復(fù)雜， 在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)具體應(yīng)用之前， 需要實(shí)際勘察分析錨固技術(shù)的適用性， 全面了解在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的問(wèn)題及相應(yīng)的技術(shù)解決方案， 同時(shí)考慮與其他技術(shù)和設(shè)備的配合使用， 并制定詳細(xì)的施工組織計(jì)劃。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

在整個(gè)巖土工程施工預(yù)算中， 雖然錨固技術(shù)的資金投入相對(duì)不高， 但是仍然需要考慮最佳的經(jīng)濟(jì)效益結(jié)構(gòu)， 由于巖土工程施工環(huán)境復(fù)雜， 有時(shí)候需要多種錨固技術(shù)的結(jié)合使用， 因此， 在制定巖土工程施工方案時(shí)需要選擇合適的錨固技術(shù)， 從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用效率最高。

3 巖土工程施工中預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)存在問(wèn)題分析

目前， 雖然預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已經(jīng)較為成熟， 但是在巖土工程施工中仍然存在一些問(wèn)題需要注意和避免。 對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用， 首先需要正確認(rèn)識(shí)和了解整個(gè)錨固系統(tǒng)和錨固機(jī)理。 錨固機(jī)理主要包括錨固體系本身的受力以及對(duì)巖土土體的加固效果， 在面臨復(fù)雜多變的工程環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境， 在實(shí)際施工過(guò)程中， 需要及時(shí)針對(duì)錨固流程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。

3.1 錨固桿體的規(guī)格型號(hào)問(wèn)題

錨固技術(shù)對(duì)于錨桿的桿體長(zhǎng)度和粗細(xì)都有十分明確的要求， 錨桿長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)， 會(huì)導(dǎo)致抗拔力不夠， 錨桿長(zhǎng)度過(guò)短， 會(huì)失去支護(hù)效果， 由于我國(guó)在巖土工程施工錨固技術(shù)研究還不夠深入， 目前只有國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)規(guī)范有此規(guī)定數(shù)值， 并不適用于我國(guó)工程項(xiàng)目環(huán)境要求， 因此在實(shí)際施工過(guò)程中， 錨固桿體的長(zhǎng)度具體要求， 需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和連續(xù)監(jiān)測(cè)， 從而確定錨固桿體的合適長(zhǎng)度， 對(duì)于施工本身來(lái)說(shuō)， 不利于施工成本和時(shí)間的節(jié)約。

3.2 錨固體系的設(shè)計(jì)問(wèn)題

在巖土工程施工過(guò)程中， 錨索對(duì)于整個(gè)錨固結(jié)構(gòu)至關(guān)重要， 而錨索的防腐問(wèn)題又是直接影響到錨固的效果， 如果質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)謹(jǐn)， 很容易導(dǎo)致錨固體系的失效， 從而影響整個(gè)工程進(jìn)度， 因此在設(shè)計(jì)錨固體系時(shí)， 要充分考慮各種不利因素， 構(gòu)建符合要求的錨固體系。

3.3 錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題

巖土土體在錨桿的作用下， 能夠維持相對(duì)平衡的狀態(tài)， 但是受到復(fù)雜多變的環(huán)境和工程因素影響， 比如地下水的侵蝕、 錨頭變形、 震動(dòng)等， 以及施加預(yù)應(yīng)力的錨固系統(tǒng)在長(zhǎng)期負(fù)荷狀態(tài)下容易造成預(yù)應(yīng)力損失和錨桿桿體松弛， 從而影響整個(gè)錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 預(yù)應(yīng)力錨固體系的構(gòu)建

在巖土工程邊坡防護(hù)的過(guò)程中， 預(yù)應(yīng)力錨固體系的設(shè)計(jì)和構(gòu)建直接影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，錨固體系是整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的核心要素， 也是核心組件， 通過(guò)選擇合適的錨桿、 錨頭以及張拉器具等， 構(gòu)建完整的錨固體系， 是預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程施工中應(yīng)用的關(guān)鍵。

4.1 預(yù)應(yīng)力錨桿的基本構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力錨桿由外錨固段、 張拉段 (自由段) 以及內(nèi)錨固段等組成， 內(nèi)錨固段主要包括機(jī)械式和黏結(jié)式兩種樣式， 其中黏結(jié)式內(nèi)錨固段應(yīng)用最為廣泛， 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性也很強(qiáng)， 但是承載速度較慢， 而機(jī)械式內(nèi)錨固段雖然應(yīng)用范圍不大， 但是承載速度卻較快。 錨固力的產(chǎn)生主要依靠張拉段， 由張拉段承載和傳遞應(yīng)力， 張拉段在張拉的過(guò)程中受到多種因素影響， 包括施加應(yīng)力設(shè)備的重量等， 張拉段在自然狀態(tài)下是保持平衡狀態(tài)的受力條件， 只有施加預(yù)應(yīng)力時(shí)才能發(fā)揮作用。 外錨固段的作用主要是起固定作用， 同時(shí)為后續(xù)相關(guān)檢測(cè)裝備和設(shè)施提供安放空間。

4.2 內(nèi)錨頭的確定

內(nèi)錨頭的安放位置和角度是影響錨固力大小的主要因素之一， 因此， 為了在實(shí)際施工過(guò)程中， 預(yù)應(yīng)力技術(shù)能夠發(fā)揮作用， 就必須保證內(nèi)錨頭的安放是精確的， 否則達(dá)不到應(yīng)有的支護(hù)效果。 一般情況下， 在堅(jiān)硬的巖層土體環(huán)境下， 內(nèi)錨頭的使用還要滿(mǎn)足錨固力能夠持續(xù)提供平衡狀態(tài)的條件。

4.3 外錨頭和張拉設(shè)備的確定

隨著預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的廣泛使用以及對(duì)巖土工程施工要求的更加嚴(yán)格， 錨固技術(shù)在不斷的改進(jìn)和完善， 其中包括外錨頭在內(nèi)的多個(gè)機(jī)具也在多年經(jīng)驗(yàn)積累下， 形成了多種性能、 質(zhì)量的外錨頭類(lèi)型。 一般情況下， 需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件選擇合適的外錨頭類(lèi)型， 滿(mǎn)足安全、 經(jīng)濟(jì)、 高效的使用原則， 在選擇張拉設(shè)備時(shí)， 也要考慮張拉設(shè)備噸位對(duì)張拉力的影響， 選擇合適的張拉設(shè)備， 減少錨索張拉時(shí)間， 優(yōu)化張拉效果。

5 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程施工中的應(yīng)用分析

5.1 項(xiàng)目工程概況

A市某大型水電站于1998 年建成使用至今， 由于使用年限較長(zhǎng)， 目前存在壩體滲水以及基座發(fā)生偏移等情況， 為保證大壩壩體的安全以及水電站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 甲施工單位擬采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)方案把壩體和壩基基座進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)， 從而保證大壩的安全與穩(wěn)定。

在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用之前， 需要對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行排除， 包括施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行勘察和分析、 錨固材料選擇和檢測(cè)等， 通過(guò)深入分析并記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)， 排除各類(lèi)影響因素， 并制定合理有效的防治措施， 保障施工工作的順利開(kāi)展。

在巖土工程施工過(guò)程中， 工程地質(zhì)環(huán)境特殊復(fù)雜， 巖土土體、 地下水以及雨水等都會(huì)對(duì)錨固技術(shù)的開(kāi)展產(chǎn)生不利的影響， 比如巖土土體中受到雨水的作用， 會(huì)引起錨桿拉伸變形， 從而導(dǎo)致整個(gè)錨固結(jié)構(gòu)受力的改變。 因此， 在現(xiàn)場(chǎng)施工之前， 需要認(rèn)真勘察地質(zhì)條件和環(huán)境因素， 針對(duì)可能引起錨固系統(tǒng)失效的情形制定相應(yīng)的防治措施， 保障工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5.2 錨桿桿體的安放要求

在巖土工程施工過(guò)程中， 對(duì)于錨桿的使用方法以及錨桿桿體的規(guī)格、 型號(hào)、 安放位置等都有著嚴(yán)格的規(guī)定和要求， 否則很容易導(dǎo)致整個(gè)錨固技術(shù)失去應(yīng)有的效果。 在實(shí)際施工過(guò)程中， 根據(jù)工程特征以及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境， 選擇合適的錨桿， 并且在確定桿體及錨桿支護(hù)環(huán)境沒(méi)有問(wèn)題之后， 才能將錨桿置入鉆孔， 同時(shí)放入注漿管， 為后續(xù)錨固注漿做好準(zhǔn)備。

5.3 錨孔鉆造

錨孔鉆造的時(shí)候需要根據(jù)土層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境等設(shè)計(jì)相應(yīng)的孔洞密度， 同時(shí)需要結(jié)合精密儀器， 對(duì)孔洞的直徑、 大小以及位置進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和分析。 孔洞開(kāi)挖之前， 需要進(jìn)行測(cè)量找平， 標(biāo)記好錨孔的位置之后， 用顏料、 標(biāo)簽等標(biāo)記物進(jìn)行標(biāo)記， 然后開(kāi)始鉆孔作業(yè)。 在鉆孔結(jié)束之后， 要及時(shí)進(jìn)行沖洗， 清理孔洞中殘留的粉末等。 全部工作完成之后， 開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)， 檢測(cè)完成之后， 進(jìn)行錨固桿件的安裝工作。

5.4 鉆桿沖洗

鉆孔作業(yè)是錨固技術(shù)應(yīng)用的一項(xiàng)重要工作， 而鉆桿沖洗又直接影響到鉆孔作業(yè)能否順利實(shí)施。 在鉆孔作業(yè)時(shí)， 鉆桿沖洗會(huì)影響鉆造的質(zhì)量和效果， 在巖土工程施工中， 由于巖層土體較為堅(jiān)硬， 為保障鉆桿能夠鉆入孔洞， 對(duì)于沖擊鉆機(jī)， 通常利用洗氣法對(duì)鉆桿進(jìn)行沖洗， 能夠達(dá)到很好的沖洗效果。 除此之外， 對(duì)于旋轉(zhuǎn)式鉆鑿， 水沖法更為合適， 水沖法能夠使得巖土土體和灰漿相互之間產(chǎn)生較強(qiáng)的黏性， 但是水沖法對(duì)于土體地址條件要求較為苛刻， 在實(shí)際使用之前，需要對(duì)巖層進(jìn)行勘測(cè)， 避免因?yàn)殂@桿沖洗方式不合理導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。

5.5 預(yù)應(yīng)力錨索施工

在本工程施工中， 選擇采用高性能、 高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)， 直徑16.15， 強(qiáng)度1700mpa， 選擇使用 XM15 型錨具， 在施工前通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)值的1.1 倍， 進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)后沒(méi)有問(wèn)題即滿(mǎn)足使用要求。

錨索擴(kuò)張材料使用直徑為1cm鋼板制作， 自孔底由下往上進(jìn)行注漿作業(yè)， 在注漿之前使用0.3mpa的壓強(qiáng)注滿(mǎn)注漿塞， 強(qiáng)度達(dá)到20mpa后即可開(kāi)始進(jìn)行注漿。 錨索的自由段管內(nèi)使用特殊材料鋼絞線(xiàn)， 同時(shí)使用黃油熱縮管進(jìn)行包裹， 為了防止錨索在孔內(nèi)位置偏移， 用焊接機(jī)對(duì)擴(kuò)張件和注漿管進(jìn)行焊接， 同時(shí)錨固段15m鋼絞線(xiàn)要保證不被污染， 在管外需要每隔1m焊接一個(gè)定中件。

錨頭混凝土墊板使用C20 鋼筋混凝土， 在強(qiáng)度達(dá)到25mpa后開(kāi)始進(jìn)行錨索的預(yù)應(yīng)力張拉， 在張拉完成之后對(duì)錨頭兩端進(jìn)行涂塑或者油漆進(jìn)行防腐處理。

5.6 噴錨混凝土施工

在需要支護(hù)的工作面使用噴錨混凝土C30 噴射混凝土護(hù)面， 厚度為100mm， 內(nèi)部含直徑為6mm的鋼絲網(wǎng)， 型號(hào)為20cm×20cm， 錨桿使用直徑22mm的螺紋鋼筋， 長(zhǎng)度約500cm， 鉆孔使用水灰比為0.6 的水泥砂漿噴注， 并按照1mx1m的方格網(wǎng)進(jìn)行布置。

鉆孔按照施工設(shè)計(jì)圖確定位置， 利用液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔， 鉆孔的仰角方位根據(jù)巖石的縫隙、 孔洞等綜合來(lái)定， 一般情況下鉆孔仰角應(yīng)該與構(gòu)造成孔保持垂直狀態(tài)。

使用m30 混凝土， 水灰比0.6 的普通硅酸鹽水泥進(jìn)行注漿， 抗壓強(qiáng)度值為26mpa， 同時(shí)為了保證注漿注滿(mǎn)， 在注漿之前還應(yīng)該清理干凈鉆孔， 防止存在孔隙。 錨桿安裝應(yīng)采用直徑為25cm的螺紋鋼筋， 先安放在已經(jīng)注漿完成的錨桿孔內(nèi)， 再留出約8cm的長(zhǎng)度至于錨桿孔外面， 用來(lái)噴錨掛網(wǎng)。 噴錨混凝土使用C30 混凝土， 厚度約8cm， 在噴錨前先清洗護(hù)面， 并保持表面清潔、 無(wú)污染， 進(jìn)行 “干法噴射”， 在混凝土凝固后兩小時(shí)， 灑水保濕， 保證護(hù)面在14d 之內(nèi)保持濕潤(rùn)狀態(tài)。

5.7 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)工程造價(jià)分析

由于水電站壩體和壩基結(jié)構(gòu)較為特殊， 為了確保在巖土工程施工中的安全和質(zhì)量， 在本工程施工中需要采用逆作法技術(shù)進(jìn)行施工， 首先是通過(guò)自上而下的事先施加預(yù)應(yīng)力錨索， 再進(jìn)行噴錨施工作業(yè)， 進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)變形情況， 詳細(xì)記錄數(shù)值， 最后通過(guò)專(zhuān)業(yè)化、信息化的技術(shù)裝備， 實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)安全高效的使用， 避免土方坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)和傳統(tǒng)護(hù)面加固技術(shù)相比， 不但能夠滿(mǎn)足對(duì)于護(hù)面加固的要求， 又能加快工程進(jìn)度、 減少建設(shè)投資， 充分體現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的先進(jìn)性和適用性。 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在施工過(guò)程中主要的工程量數(shù)據(jù)和施工單價(jià)信息如表1 所示。

表1 主要工程量數(shù)據(jù)及施工單價(jià)信息

6 結(jié)語(yǔ)

目前， 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展， 技術(shù)已經(jīng)較為成熟， 在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用也更加廣泛， 為推動(dòng)建筑行業(yè)健康持續(xù)向上發(fā)展提供了有利條件。 在實(shí)際施工過(guò)程中， 利用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)可以解決傳統(tǒng)施工技術(shù)的缺點(diǎn)和不足， 提高邊坡穩(wěn)定性和安全性， 同時(shí)能夠降低企業(yè)施工成本， 提高施工質(zhì)量。 但是巖土工程施工通常面臨的工程環(huán)境比較復(fù)雜， 在實(shí)際應(yīng)用之前， 需要仔細(xì)勘察分析預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的可行性和適應(yīng)性， 確保施工任務(wù)能夠順利完成。