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

彭 軍

（福建省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察研究院，福建 漳州 363000）

現(xiàn)階段，預(yù)應(yīng)力錨固成為巖土工程重要的技術(shù)支撐，該技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)依托的是巖土體的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)不僅適用性強(qiáng)，而且技術(shù)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(shí)際應(yīng)用中，為了提高預(yù)應(yīng)力錨固的技術(shù)水準(zhǔn)，保證工程施工質(zhì)量，需系統(tǒng)掌握該技術(shù)要點(diǎn)，保障巖土工程經(jīng)濟(jì)效益。

1 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)原理

錨固技術(shù)應(yīng)用已久，目前已經(jīng)是較為成熟的防護(hù)和加固技術(shù)，主要是憑借錨桿等構(gòu)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(xiàng)技術(shù)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(xiàng)目中，在預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用階段需先完成構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力施加，借助科學(xué)的預(yù)應(yīng)力施加等級(jí)設(shè)計(jì)，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(duì)比，在復(fù)雜的巖土工程項(xiàng)目中采用預(yù)應(yīng)力錨固可降低施工難度，該技術(shù)體系實(shí)操性很強(qiáng)，具有可靠性和規(guī)范性，借助預(yù)應(yīng)力的傳遞，達(dá)到邊坡防護(hù)的效果[1]。另外，在隧道等施工項(xiàng)目中，采用預(yù)應(yīng)力錨固可降低施工成本，消除支護(hù)體系的安全隱患，保障施工有效性，夯實(shí)工程建設(shè)基礎(chǔ)。

2 預(yù)應(yīng)力錨固體系的架構(gòu)

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿基本構(gòu)造

預(yù)應(yīng)力錨桿構(gòu)造復(fù)雜，其中張拉段非常關(guān)鍵，除此之外還有內(nèi)外錨固段。錨根分為2 類，一種是適應(yīng)性較強(qiáng)的黏結(jié)式錨根，其承載速度緩慢，可保障理想施工效果；另一種是機(jī)械式錨根，該錨根局限性較大，但其優(yōu)點(diǎn)是施工進(jìn)度快，需結(jié)合工程實(shí)際靈活選擇。張拉段是產(chǎn)生段，錨固力主要來源于此，所以較為關(guān)鍵。在張拉過程中，其中最核心的要素是張拉長度。結(jié)合預(yù)應(yīng)力張拉的理論，關(guān)于張拉長度的計(jì)算，要借用公式ΔL=Fp×L/Ap×ES，式中：Fp為平均張拉力（預(yù)應(yīng)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(shí)際的彈性模量、張拉力等，均會(huì)影響張拉長度，這一點(diǎn)不容忽視。錨桿張拉段會(huì)產(chǎn)生錨固力，外錨固段的作用顯著，主要起位置固定功能，同時(shí)可為設(shè)備性能檢驗(yàn)提供空間。

2.2 內(nèi)、外錨頭的確定

內(nèi)錨頭的位置、角度均會(huì)影響錨固力大小，直接影響工程建設(shè)質(zhì)量。為確保錨固技術(shù)水準(zhǔn)，要在測量技術(shù)保障下準(zhǔn)確放置內(nèi)錨頭，避免內(nèi)錨頭的偏移。結(jié)合實(shí)際工況，堅(jiān)固巖層中的內(nèi)錨頭質(zhì)量應(yīng)該達(dá)標(biāo)，需滿足錨固力持續(xù)性的要求。

外錨頭及張拉機(jī)具的設(shè)置會(huì)影響錨索的應(yīng)用水平，隨著錨固技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展及巖土工程施工標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，相關(guān)的外錨頭類型也逐漸增多?，F(xiàn)實(shí)施工中，為確保錨頭的應(yīng)用質(zhì)量和施工的精準(zhǔn)性，要結(jié)合工程條件對(duì)外錨頭進(jìn)行合理選擇。在選擇和確定外錨頭時(shí)，需遵循安全性及支護(hù)便捷性的原則，合理強(qiáng)化錨固效果，提升施工效率[2]。此外，選擇張拉設(shè)備時(shí)，要綜合考慮多種因素，了解待選機(jī)具的特點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)施工中經(jīng)對(duì)比選出可靠性最高的張拉設(shè)備，按照技術(shù)要求減少錨索張拉時(shí)間，借助科學(xué)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(shè)計(jì)

結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)可知，因?yàn)槿嚎族^固，現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)中各錨桿的張拉力需增加至超張拉荷載，科學(xué)達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，每級(jí)張拉荷載下，為達(dá)到理想的效果，應(yīng)持荷5 min，待完成最終的錨桿鎖定后，意味著張拉程序設(shè)計(jì)合理。當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失過大，應(yīng)用時(shí)超過張拉力10%時(shí)，按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉，為后續(xù)施工提供保障。補(bǔ)償張拉應(yīng)在原始基礎(chǔ)上進(jìn)行，張拉至超張拉荷載。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式為式中：a 為鋼筋內(nèi)縮值；l 為張拉到錨固點(diǎn)產(chǎn)生的距離；ES為彈性模量。該公式適用于先張法中預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算。

值得注意的是，補(bǔ)償張拉最多可完成2 次。結(jié)合實(shí)際工況考慮張拉條件時(shí)，需實(shí)時(shí)保障應(yīng)力向遠(yuǎn)端分布的狀態(tài)與時(shí)效性，借此降低施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，加載速率不應(yīng)太快，現(xiàn)實(shí)操作中達(dá)到每一級(jí)張拉應(yīng)力后，就要留足一定的時(shí)間去穩(wěn)定張拉設(shè)備，這是非常關(guān)鍵的。系統(tǒng)出力值不變可作為重要參考，只有達(dá)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(guān)鍵，不能打絞?，F(xiàn)實(shí)操作中想要實(shí)現(xiàn)鋼絞線的順直，只能采用機(jī)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(xiàn)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(jié)合工程概況設(shè)置隔離架（按設(shè)計(jì)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(shí)出現(xiàn)質(zhì)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(jìn)，需要強(qiáng)調(diào)的是注漿管與鋼絞線應(yīng)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(shí)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(shí)間過長，影響了錨索性能。將其放在通風(fēng)的位置，同時(shí)采取防水防油污的綜合保護(hù)措施。在正式放置錨索前，為獲得最佳的施工效果，應(yīng)檢查索體鋼絞線的整體情況，確保其順直性，這是施工質(zhì)量保障前提。進(jìn)出漿管的位置一定要暢通，將高風(fēng)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(yùn)輸中，要實(shí)施全方位保護(hù)，嚴(yán)防與硬質(zhì)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(nèi)推進(jìn)，安裝完畢后進(jìn)行鋼絲的臨時(shí)防護(hù)，強(qiáng)化整體施工效果。

3 實(shí)際案例分析

A 市某大型水電站服役時(shí)間較長，建設(shè)規(guī)模較大，經(jīng)過長時(shí)間的使用其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了隱患，存在壩體滲水等情況。現(xiàn)實(shí)中為節(jié)約建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)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(duì)大壩基底進(jìn)行修復(fù)。甲施工單位在勘察地質(zhì)后制定了優(yōu)化方案，針對(duì)本次工程的復(fù)雜性，擬采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，消除壩基基座修復(fù)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，延長水電站使用壽命。為達(dá)到此時(shí)項(xiàng)目的修復(fù)目標(biāo)，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用前，需對(duì)錨固材料選擇和檢測，構(gòu)建預(yù)應(yīng)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(shí)候需考慮的因素眾多，除了土層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)環(huán)境外，還要結(jié)合精密儀器，計(jì)算和分析孔洞的直徑、大小，確?？锥吹奈恢煤透黜?xiàng)參數(shù)正確。孔洞開挖之前，想要達(dá)到施工效果，需要進(jìn)行測量找平，在此項(xiàng)工作前提下標(biāo)記好錨孔的位置，為鉆孔做足準(zhǔn)備。鉆孔進(jìn)度要?jiǎng)蛩偻七M(jìn)，合理保障成孔質(zhì)量。鉆孔結(jié)束之后，需將雜質(zhì)清除干凈，要及時(shí)進(jìn)行沖洗，重點(diǎn)清除掉孔洞中殘留粉末。檢測完成之后，可著手實(shí)施錨固桿件的安裝。

3.2 鉆桿沖洗

現(xiàn)實(shí)施工環(huán)節(jié)，鉆桿沖洗影響較大，關(guān)乎鉆孔作業(yè)順利程度，因此可作為巖土工程實(shí)施的基礎(chǔ)性保障。巖土工程相對(duì)特殊，因?yàn)橥馏w較為堅(jiān)硬，所以可應(yīng)用洗氣法對(duì)鉆桿沖洗，確保理想的沖洗效果。此外，對(duì)于旋轉(zhuǎn)式鉆鑿，施工現(xiàn)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(yù)應(yīng)力錨索施工

在本工程施工中，為達(dá)到預(yù)期施工效果，要采用高性能鋼絞線完成施工，其強(qiáng)度為1 700 MPa，可滿足實(shí)際承載要求。使用XM15 型錨具并施加預(yù)應(yīng)力。同時(shí)進(jìn)行錨索荷載等級(jí)測試，其測試結(jié)果見表1。試驗(yàn)后沒有問題便可正式使用。錨索擴(kuò)張材料至關(guān)重要，使用直徑為1 cm 鋼板作為主要原料，由上向下進(jìn)行注漿，確保注漿之前的壓強(qiáng)滿足要求。

表1 錨索加荷等級(jí)測試

錨索的自由段管內(nèi)應(yīng)用的鋼絞線需用黃油熱縮管包裹，強(qiáng)化鋼絞線的使用性能。實(shí)際操作中，為了防止錨索偏移，可用焊接機(jī)對(duì)重要構(gòu)件焊接，連接擴(kuò)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(qiáng)度達(dá)到25 MPa 后需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行錨索預(yù)應(yīng)力張拉。值得強(qiáng)調(diào)的是，在張拉完成之后要輔助防腐技術(shù)措施，延長支撐結(jié)構(gòu)的壽命。特別是錨頭兩端要涂刷油漆，實(shí)現(xiàn)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(hù)的工作面，實(shí)施噴錨技術(shù)，使用混凝土C30 噴射，現(xiàn)場作業(yè)厚度為100 mm。掛網(wǎng)所用的鋼絲網(wǎng)直徑為6 mm 的鋼絲網(wǎng)，錨桿使用直徑22 mm 鋼筋。想達(dá)到理想施工效果，需控制好水灰比，按照合適的水灰比調(diào)配水泥砂漿，嚴(yán)格控制噴注工藝，按照1 m×1 m 的方格網(wǎng)施工。鉆孔的仰角方位至關(guān)重要，要結(jié)合巖石的縫隙、孔洞確定，始終確保鉆孔仰角垂直于構(gòu)造成孔。使用水泥對(duì)所鉆孔洞注漿，調(diào)整好施工的抗壓強(qiáng)度值。與此同時(shí)，為了強(qiáng)化施工效果，保證注漿注滿，要及時(shí)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(hù)面，保證護(hù)面在14 d 之內(nèi)水分達(dá)標(biāo)。

4 預(yù)應(yīng)力錨固應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 預(yù)應(yīng)力錨固體系檢測

技術(shù)應(yīng)用初期，需加強(qiáng)錨固技術(shù)的檢測，確保錨固的應(yīng)用質(zhì)量。現(xiàn)實(shí)中，結(jié)合最佳錨固狀態(tài)，記錄信息調(diào)整錨固體的方位，合理提升施工品質(zhì)。為達(dá)到科學(xué)的檢測效果，要結(jié)合實(shí)際完善錨固體系的檢測方案，確保預(yù)應(yīng)力錨固體發(fā)揮功效。具體應(yīng)用中，堅(jiān)持全時(shí)段監(jiān)測原則，特別是在錨固施工重要階段，要結(jié)合張拉力變化、錨索應(yīng)用情況、錨桿松弛度等對(duì)應(yīng)用的錨固體系調(diào)整，使其達(dá)到最佳支護(hù)效果。錨固施工完成后，關(guān)于位移的監(jiān)測同樣不可松懈，仍要進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測，確保監(jiān)測的全面性和合理性，借此評(píng)估錨固體系的穩(wěn)定狀態(tài)。工作實(shí)踐中，一旦發(fā)現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，需全面啟動(dòng)應(yīng)急方案，通過預(yù)應(yīng)力錨固體系的參數(shù)調(diào)整，保證壩體耐久性。

4.2 邊坡治理

案例項(xiàng)目中的水電站建設(shè)高度較高，經(jīng)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(shí)間風(fēng)力侵蝕作用下，巖層的位移距離較大?；诖?，施工環(huán)節(jié)需落實(shí)好防護(hù)措施，降低巖土滑落風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)可知，邊坡安全系數(shù)越小，預(yù)應(yīng)力錨固措施越重要。邊坡治理工作中，要優(yōu)選適合的技術(shù)類型，靈活使用錨固技術(shù)[4]。通常情況下，需結(jié)合實(shí)際工況，準(zhǔn)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(yù)應(yīng)力錨索的優(yōu)勢。在此過程中，需要牢牢結(jié)合錨桿與巖體，使二者成為一個(gè)整體，以此作為基礎(chǔ)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(diǎn)是要對(duì)張拉參數(shù)有所控制，如張拉長度等，借此滿足預(yù)應(yīng)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(shè)備，確保施工的穩(wěn)定性，直到精準(zhǔn)鎖定鉆孔，前提條件達(dá)標(biāo)后，才能為注漿做準(zhǔn)備，提高邊坡穩(wěn)定性。

4.3 地下工程支護(hù)

錨固體系應(yīng)用中，還有一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，那就是地下工程支護(hù)?，F(xiàn)如今，隨著資源的嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)借助預(yù)應(yīng)力錨固高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施工程支護(hù)，降低施工復(fù)雜度，清晰掌握施工難點(diǎn)，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患。案例中水電站建設(shè)地點(diǎn)特殊，附近地下結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，此類建筑多采用錨固技術(shù)施工，可合理控制施工風(fēng)險(xiǎn)。錨固體系技術(shù)要點(diǎn)可總結(jié)為：①具體項(xiàng)目中一旦遭遇連續(xù)墻施工時(shí)，需明確技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合DB 11/489—2007《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》調(diào)整施工方向和內(nèi)容，對(duì)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行約束。參照其中相關(guān)規(guī)定，完成鋼筋制作等操作，同時(shí)提升預(yù)埋件等施工品質(zhì)，強(qiáng)化施工效果。②防水工程施工階段，注意事項(xiàng)較多。為取得理想的施工效果，要結(jié)合所在施工區(qū)水源性質(zhì)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(shí)，要科學(xué)遵照施工流程。選擇上要先進(jìn)行土方開挖，在開挖階段要?jiǎng)蛩?，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(hù)結(jié)構(gòu)的安全，保證整體結(jié)構(gòu)耐久性。④結(jié)構(gòu)洞口加固施工較為關(guān)鍵，在具體的施工中，需綜合考慮多種因素，根據(jù)孔洞大小設(shè)計(jì)理想的支護(hù)方案?，F(xiàn)實(shí)中，應(yīng)用鋼筋混凝土邊梁做框架的方法比較適用。此外，應(yīng)用錨固施工技術(shù)時(shí)，最理想的方法是人工與機(jī)器配合，準(zhǔn)備速凝錨固劑，并完成人工精準(zhǔn)拌和。基本工作完成后，需按施工規(guī)范要求，對(duì)錨固施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，測量錨桿強(qiáng)度。在此前提下將實(shí)際強(qiáng)度（重要參數(shù)）與張拉要求進(jìn)行對(duì)比，得出指導(dǎo)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行錨索張拉鎖定。⑤現(xiàn)實(shí)施工中，后澆帶施工是重點(diǎn)。錨固技術(shù)應(yīng)用期間，想要提升后澆帶施工品質(zhì)，需結(jié)合結(jié)構(gòu)面大小高質(zhì)量規(guī)劃后澆帶位置，在此前提下合理設(shè)置誘導(dǎo)縫。結(jié)合現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)可知，后潘帶位置預(yù)留寬度至關(guān)重要，應(yīng)留出10 cm 的凹槽，抑制形變與裂縫。錨固體系應(yīng)用期間，只有明確上述技術(shù)要點(diǎn)，才能較好應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著巖土工程增多，預(yù)應(yīng)力錨固也開始使用頻繁，經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨固體系較為成熟，可為巖土工程施工提供強(qiáng)有力的保障，成為助推建筑業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)際施工過程中，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用過程中，需綜合考慮多種因素，為達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果，需要從工藝細(xì)化入手，同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，發(fā)揮錨固技術(shù)的優(yōu)勢。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，利用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)可對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)不足進(jìn)行彌補(bǔ)，提高邊坡穩(wěn)定性，在技術(shù)保障下降低企業(yè)施工成本，實(shí)現(xiàn)工程效益最大化。