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

戴選鋒

（中國(guó)冶金地質(zhì)總局青島地質(zhì)勘查院，山東青島 266000）

1 引言

近年來(lái)，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)憑借其成本低、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于巖土工程施工中，在保證工程質(zhì)量的前提下，顯著提高了施工效率。為了進(jìn)一步提高預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用水平，保證施工質(zhì)量，需要立足巖土工程施工實(shí)際探索該技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，使施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙贏。

2 錨固技術(shù)概述

錨固技術(shù)，指的是借助錨固構(gòu)件對(duì)巖土體進(jìn)行加固的技術(shù)[1]。該技術(shù)應(yīng)用范圍廣，并且施工成效顯著，既能保證巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，又能優(yōu)化工程質(zhì)量。尤其是將錨固技術(shù)應(yīng)用于邊坡巖體加固時(shí)，具有周期短、成本低的優(yōu)勢(shì)。鑒于巖土工程施工環(huán)境日趨復(fù)雜化，以及施工要求的多樣化，出現(xiàn)了多種錨固技術(shù)，如預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)、錨索邊坡技術(shù)、短錨桿技術(shù)等，擴(kuò)大了錨固技術(shù)的應(yīng)用范圍。其中，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯著，既能取代立樁支護(hù)技術(shù)，又具有極強(qiáng)的適用性和安全性，贏得了巖土工程施工單位的認(rèn)可。另外，錨固技術(shù)的應(yīng)用，有利于從多方面優(yōu)化配置資源，減少成本投入，使施工質(zhì)量大幅提高，技術(shù)人員在實(shí)踐階段應(yīng)注意相關(guān)事項(xiàng)，當(dāng)錨固技術(shù)用于隱蔽工程施工時(shí)，應(yīng)保證與質(zhì)量管理人員的協(xié)同配合，在保證安全的前提下完成施工任務(wù)[2]。

3 預(yù)應(yīng)力錨固體系設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)作用的發(fā)揮得益于錨固體系的科學(xué)設(shè)計(jì)。錨固結(jié)構(gòu)是技術(shù)的核心，對(duì)于設(shè)計(jì)人員，要了解預(yù)應(yīng)力錨桿的組成，并根據(jù)巖土工程項(xiàng)目合理選擇內(nèi)錨頭、外錨頭、張拉機(jī)具，保證錨固體系的完整性。

3.1 預(yù)應(yīng)力錨桿的基本構(gòu)造

一般來(lái)說(shuō)，預(yù)應(yīng)力錨桿由錨根（內(nèi)錨固段）、張拉段、外錨固段構(gòu)成。其中，張拉段又被稱為自由段。錨根分為2 種類型：黏結(jié)式和機(jī)械式。黏結(jié)式錨根具有環(huán)境適用性強(qiáng)、承載速度緩慢等特點(diǎn)；機(jī)械式錨根應(yīng)用范圍較為有限，但施工速度較快。張拉段是錨固力的產(chǎn)生段，在張拉過(guò)程中，張拉長(zhǎng)度受多種因素的影響，包括張拉設(shè)備的噸位，錨筋的彈性模量、拉伸率等。錨桿張拉段自由狀態(tài)的維持，要以完好隔離、精細(xì)防護(hù)為前提條件。外錨固段主要起位置固定的作用，并且為相關(guān)檢測(cè)設(shè)備置放提供空間。

3.2 內(nèi)錨頭的確定

內(nèi)錨頭的位置、角度等因素直接影響了錨固力的大小，因此，為保證錨固技術(shù)作用的發(fā)揮，要準(zhǔn)確置放內(nèi)錨頭。通常情況下，堅(jiān)固巖層中的內(nèi)錨頭應(yīng)滿足錨固力持續(xù)性平穩(wěn)供應(yīng)需求[3]。

3.3 外錨頭及張拉機(jī)具的確定

隨著預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的累積，以及巖土工程施工要求的提高，外錨頭的類型也越來(lái)越多，為保證張拉施工的準(zhǔn)確性，應(yīng)合理選擇錨頭機(jī)具與錨頭類型。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)遵循實(shí)用性、安全性、便捷性等原則，使錨固效果最佳化。選擇張拉設(shè)備時(shí)，需了解待選機(jī)具的特點(diǎn)，經(jīng)對(duì)比選出可靠的張拉設(shè)備，大大減少錨索張拉時(shí)間，優(yōu)化張拉效果。

4 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在巖土工程施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

為了更好地應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例重點(diǎn)探究該技術(shù)的施工要點(diǎn)，從中總結(jié)技術(shù)應(yīng)用規(guī)律，通過(guò)發(fā)揮預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)提升巖土工程的施工質(zhì)量。以下結(jié)合工程實(shí)例，從多方面分析預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。

4.1 工程概況

某水電站于2005 年建成，建成投用至今，存在壩體滲水、壩基位移等現(xiàn)象，在一定程度上增加了安全隱患。為繼續(xù)發(fā)揮水電站在農(nóng)田灌溉、電能供應(yīng)等方面的作用，巖土工程施工企業(yè)制訂了預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用方案，以此保證壩體穩(wěn)固性。

4.2 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

4.2.1 預(yù)應(yīng)力錨固體的檢測(cè)

技術(shù)應(yīng)用初期，檢測(cè)人員應(yīng)動(dòng)態(tài)記錄預(yù)應(yīng)力錨固體系的變化情況，根據(jù)最佳錨固狀態(tài)維持要求，參照記錄信息調(diào)整錨固體的位置，使實(shí)際錨固力與工程需求一致。在此期間，制訂長(zhǎng)效檢測(cè)方案，以保證預(yù)應(yīng)力錨固體能夠正常發(fā)揮作用。此外，堅(jiān)持全過(guò)程、全時(shí)段監(jiān)測(cè)原則，尤其是預(yù)應(yīng)力錨固施工階段，針對(duì)錨索應(yīng)用、錨桿張拉力變化、錨桿松弛度、錨固體系移動(dòng)情況進(jìn)行記錄，為技術(shù)實(shí)踐方案調(diào)整提供依據(jù)。錨固施工完成后，仍要進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)，以便全面、系統(tǒng)地掌握錨固體系的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，要及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急處理方案，保證壩體耐久性和安全性。

4.2.2 邊坡治理

該水電站壩體邊坡高度在50～65 m，邊坡巖層分別為玄武巖、黏土巖。受外界風(fēng)力以及內(nèi)部水流的影響，巖層產(chǎn)生了不同程度的位移，因此，施工環(huán)節(jié)要做好安全防護(hù)，降低巖土滑落的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)測(cè)算可知，邊坡安全系數(shù)均值為0.4，可見(jiàn)預(yù)應(yīng)力錨固措施刻不容緩[4]。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)用于邊坡治理時(shí)，需要施工人員與技術(shù)人員進(jìn)行溝通，優(yōu)選適合的技術(shù)類型，并按照技術(shù)規(guī)范運(yùn)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，施工前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，根據(jù)工程施工實(shí)際以及設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備足量的施工材料，并將材料放到規(guī)定區(qū)域，確保材料有序利用。材料應(yīng)用全過(guò)程要做好管理工作，以防材料丟失，或者材料低效投用。然后，按照規(guī)定完成高精度鉆孔工作，以固定錨桿、錨索。在此過(guò)程中，要確保錨桿與巖體固定良好，使二者成為一個(gè)整體，以充分提供錨固力。錨桿張拉環(huán)節(jié)要適當(dāng)控制張拉參數(shù)，如張拉長(zhǎng)度，從而使錨桿的預(yù)應(yīng)力滿足需求。另外，施工人員應(yīng)平穩(wěn)操作張拉設(shè)備，直到精準(zhǔn)鎖定鉆孔，為注漿加固做準(zhǔn)備。

錨桿桿體加固操作時(shí)，應(yīng)先確定施工范圍，在附近安全區(qū)搭建作業(yè)棚。桿體加固環(huán)節(jié)要做好清潔工作，在自由端設(shè)置隔離層和防腐層，從而保證錨桿質(zhì)量。在空氣溫/濕度達(dá)標(biāo)的環(huán)境中存儲(chǔ)錨桿，避免因銹蝕、變形而影響錨桿的性能。錨孔鉆孔期間，應(yīng)按照確定鉆孔位置→測(cè)量放線→鉆空的步驟進(jìn)行施工。鉆孔期間，要使用性能合格的鉆機(jī)，堅(jiān)持邊鉆邊清理原則，最后進(jìn)行孔洞檢驗(yàn)，待無(wú)誤后進(jìn)行錨桿安裝。錨孔注漿過(guò)程中，要合理配置材料，結(jié)合材料種類和邊坡治理要求適當(dāng)優(yōu)化泥漿的配比，從而提高材料的性能。注漿環(huán)節(jié)應(yīng)優(yōu)選返漿法，保證注漿的連續(xù)性，同時(shí)，做好監(jiān)督與記錄。錨桿張拉鎖定后，針對(duì)錨孔、自由段進(jìn)行漿液填充，從而強(qiáng)化錨固效果。

4.2.3 錨桿擋墻

錨桿擋墻的形式有多種，如案例工程中的小錨桿擋墻（錨桿直徑約45 mm，深度為3～4.8 m）、豎向預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻、重力式擋土墻等，個(gè)別施工區(qū)域根據(jù)擋土墻位置的不同，可應(yīng)用山坡墻、路塹墻等。豎向預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻的原材料包括漿砌片石、素混凝土、預(yù)應(yīng)力錨桿等，其中，預(yù)應(yīng)力錨桿兩端分別處于墻身和巖質(zhì)地基中，錨桿拉力來(lái)自錨具和圬工砌體。墻身施工期間應(yīng)用重力式擋土墻，錨桿與墻背為同側(cè)，構(gòu)造形式為俯斜式、墻背形狀為垂直式。錨桿施工時(shí)，通過(guò)錨孔灌注泥漿進(jìn)行擋土墻基底加固。為減少應(yīng)力集中問(wèn)題，在鉆孔上放置單元錨桿，達(dá)到復(fù)合錨固的效果。

4.2.4 地下工程支護(hù)

隨著用地資源日益緊張，地下工程施工越來(lái)越多，為保證工程施工的安全性和穩(wěn)固性，應(yīng)借助預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)進(jìn)行工程支護(hù)，使施工風(fēng)險(xiǎn)最小化。案例中水電站附近地下廠房采用了預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)施工，具體的施工技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)為：（1）進(jìn)行地下連續(xù)墻施工時(shí)，應(yīng)參照J(rèn)GJ 120—2016《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，先后規(guī)范地完成鋼筋制作、混凝土澆筑、墻段連接、預(yù)埋件等施工。其中，預(yù)埋件位置要合理、準(zhǔn)確。（2）防水工程施工階段，結(jié)合所在施工區(qū)的水質(zhì)、地下水位等因素，有效應(yīng)用防水施工方法，使防水工程具備低成本、高效率等特點(diǎn)。（3）土方工程施工時(shí)，先進(jìn)行土方開(kāi)挖，接下來(lái)分層、均勻開(kāi)挖土方，緩慢釋放周邊土體載荷，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。（4）結(jié)構(gòu)洞口加固施工中，根據(jù)孔洞大小分別應(yīng)用鋼筋混凝土邊梁與對(duì)撐結(jié)合法以及鋼筋混凝土邊梁法。應(yīng)用錨固施工技術(shù)時(shí)，使用人工與機(jī)器配合的方式進(jìn)行泥漿灌注，在此過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)備速凝錨固劑，在材料拌制階段采用人工精準(zhǔn)拌和。然后準(zhǔn)備緩凝砂漿、注漿機(jī)以及錨桿安裝工具，注漿動(dòng)作結(jié)束后安裝錨桿?；竟ぷ魍瓿珊螅珳?zhǔn)測(cè)量錨桿強(qiáng)度，將實(shí)際強(qiáng)度與張拉要求進(jìn)行對(duì)比，直到強(qiáng)度值達(dá)到要求，最后進(jìn)行錨索張拉鎖定。（5）后澆帶施工時(shí)，根據(jù)被利用結(jié)構(gòu)面大小適當(dāng)確定后澆帶位置，并合理設(shè)置誘導(dǎo)縫。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工階段，后澆帶位置留出寬度約10 cm 的凹槽，目的是控制結(jié)構(gòu)形變與裂縫，發(fā)揮后澆帶作用。

5 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在其他工程中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)多用于建筑基坑施工中，該技術(shù)對(duì)地層環(huán)境適用性較強(qiáng)，無(wú)論是黏土層、砂層，還是淤泥層、碎石層，均能進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。施工過(guò)程中，應(yīng)合理控制基坑挖掘深度與寬度，并且做好準(zhǔn)備工作，如施工人員按照要求打入工字鋼直立柱，接下來(lái)鎖定預(yù)應(yīng)力錨桿[5]。錨桿投用3個(gè)月后，應(yīng)動(dòng)態(tài)測(cè)定錨桿張力的變化，觀察地面是否出現(xiàn)沉降或裂縫。在高層建筑深基坑工程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)時(shí)，主要借助直立式鋼筋混凝土板樁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，從而保證基坑穩(wěn)定性，以最少的成本達(dá)到最佳支護(hù)效果，同時(shí)，工期會(huì)相應(yīng)縮短，施工難度大大降低。對(duì)于技術(shù)人員，要掌握錨桿技術(shù)的工作原理，豐富自身技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以便在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)熟練、規(guī)范地操作施工機(jī)械，實(shí)現(xiàn)錨桿與擋土墻、地基土層緊密相連，進(jìn)而承受水平荷載，借助錨固力維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少位移、變形等現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新時(shí)期下巖土工程迅速發(fā)展，在工程施工階段應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的不足，保證工程質(zhì)量、降低施工成本。鑒于巖土工程施工情況不同，要從實(shí)際情況出發(fā)，科學(xué)把握預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)實(shí)踐要點(diǎn)，確保高質(zhì)量完成施工任務(wù)，促進(jìn)建筑業(yè)繁榮發(fā)展。