預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)及質(zhì)量管控研究

【摘要】預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)作為巖土工程領(lǐng)域的重要加固手段，對于提高巖土體穩(wěn)定性、改善工程結(jié)構(gòu)性能具有重要意義。文章研究了預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)的發(fā)展歷程、加固原理、施工技術(shù)，深入分析了錨固工程中存在的質(zhì)量問題，提出了相應(yīng)的施工質(zhì)量管控要點，以提高預(yù)應(yīng)力錨索工程的整體質(zhì)量和安全性，為相關(guān)工程實踐提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力錨索；預(yù)應(yīng)力損失；管控要點；質(zhì)量管理

【中圖分類號】TU473.1 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0114-03

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨索作為一種有效的加固手段，在邊坡穩(wěn)定、地下洞室支護、壩基加固等領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用。錨索通過施加預(yù)應(yīng)力，改變巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，提高其整體性和強度，從而達到加固的目的。然而，在實際工程中，預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)的應(yīng)用也面臨著一些問題和挑戰(zhàn)，如施工質(zhì)量控制、預(yù)應(yīng)力損失等。

1 預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)

1.1 錨索發(fā)展歷程

20世紀(jì)30年代，阿爾及利亞的舍爾法壩成功應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力錨桿加固技術(shù)[1]，為錨索技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。我國的研究始于20世紀(jì)60年代，隨著錨索技術(shù)的迅速發(fā)展，相應(yīng)的加固理論及設(shè)計方法也逐步完善，并在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。

錨索加固技術(shù)早期采用脹殼式內(nèi)錨頭，逐漸向黏結(jié)式內(nèi)錨固段過渡發(fā)展。為滿足實際工程需要，預(yù)應(yīng)力錨索從最初的拉式預(yù)應(yīng)力錨索，逐漸發(fā)展到壓式預(yù)應(yīng)力錨索、剪式預(yù)應(yīng)力錨索等多種類型。錨索材料從高強鋼絲，發(fā)展到高強低松弛鋼絞線。

1.2 加固原理

錨索加固是指通過鉆孔將滿足強度要求的鋼絞線貫穿滑動面或不穩(wěn)定巖層，將鋼絞線的一端固定于堅硬的穩(wěn)定巖體中，并對另一端施加張拉作用，從而對不穩(wěn)定巖層施加壓力，進而達到錨固效果。在預(yù)應(yīng)力作用下，錨索能夠產(chǎn)生較大的抗拉力，抵抗巖土體的位移和變形，形成有效的加固體系，從而達到加固巖土工程的目的。

1.3 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)類型

預(yù)應(yīng)力錨索有多種分類的方法，主要根據(jù)錨筋結(jié)構(gòu)的傳力特征分為拉力型、壓力型和荷載分散型三種類型[2]。

1）拉力型。錨索體注滿錨固材料，鋼絞線通過黏結(jié)包裹柱狀錨固體，并將力傳遞到周圍的巖土體。灌漿體處于受拉狀態(tài)，由于灌漿體抗拉強度較小，工作時漿體容易出現(xiàn)張拉裂縫。

2）壓力型。錨索體注滿錨固材料，鋼絞線通過承載板壓縮柱狀的錨固體，并將力傳遞到周圍的巖土體。壓力型錨桿工作狀態(tài)灌漿體受壓，灌漿體不易開裂。

3）荷載分散型。包括拉力分散型、壓力分散型、拉壓復(fù)合型。拉力分散型錨索支持錨孔一次注漿成型，簡化施工流程。壓力分散型錨索具有多樣化的結(jié)構(gòu)形式，其中部分設(shè)計復(fù)雜精巧。國內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)形式可以歸納為多級承載板式和多級環(huán)繞式[3]。拉壓復(fù)合型錨索內(nèi)錨固段同時承受拉力和壓力作用，適用于特定工程條件下的需求。這種類型錨索的設(shè)計和施工需要考慮更多的因素，以確保錨索在復(fù)雜受力狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性。

2 施工技術(shù)

2.1 孔位定位放樣

首先，根據(jù)設(shè)計方案，利用精密的拉線尺量法，輔以水準(zhǔn)測量的技術(shù)手段，實現(xiàn)精準(zhǔn)放線。然后，使用鐵釬和油漆對錨孔位置進行準(zhǔn)確清晰的標(biāo)記。在鉆機定位時，須嚴(yán)格按照設(shè)計進行布置，嚴(yán)格控制角度。鉆機導(dǎo)軌的傾角誤差應(yīng)控制在±1o以內(nèi)，方位誤差則應(yīng)控制在±2o以內(nèi)，以確保施工的精準(zhǔn)性。

2.2 鉆孔與錨孔清理

1）在錨索鉆孔設(shè)備的選擇上，需充分考慮地層和地質(zhì)條件。對于整體性良好的巖層，推薦采用潛孔沖擊法。在破碎巖層或存在塌孔、縮孔、卡鉆、埋鉆等風(fēng)險的地層中，宜采用跟管鉆進法，以確保成孔質(zhì)量。

2）錨孔鉆進作業(yè)時，須采取干鉆方式，禁止使用水沖鉆或孔壁沖洗技術(shù)。應(yīng)基于鉆機性能參數(shù)及地層特性，精確調(diào)控鉆進速度，以避免鉆孔偏斜、扭曲或變徑。及時準(zhǔn)確記錄鉆壓、鉆速等施工參數(shù)，以及地層特性和地下水情況等信息。一旦發(fā)生塌孔、縮孔，應(yīng)立即停止鉆進，采取固壁措施后再繼續(xù)施工。

3）孔徑與孔深應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求確保其不低于設(shè)計值，并超鉆500 mm以確保施工質(zhì)量。當(dāng)鉆進深度達到設(shè)計值時，切勿立即停鉆，應(yīng)繼續(xù)穩(wěn)鉆3～5 min，以避免發(fā)生孔底尖滅[4]。

4）鉆孔結(jié)束后，應(yīng)迅速進行錨孔清理。清孔過程中，可使用高壓空氣將錨孔中巖土粉、水分徹底清除，確保后續(xù)灌注的水泥砂漿和孔壁巖土體實現(xiàn)緊密黏結(jié)。

2.3 錨索制作與安裝

1）錨筋的制作應(yīng)在制作臺進行。制作臺應(yīng)距地面500 mm以上，并符合安全標(biāo)準(zhǔn)。臺體尺寸應(yīng)與錨筋設(shè)計長度相匹配，并在制作臺上方搭建簡易防曬防雨棚。

2）鋼絞線應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，擺放應(yīng)順直均勻，不扭不叉。下料應(yīng)準(zhǔn)確，應(yīng)使用機械切割，以保證切口整齊。嚴(yán)禁電弧燒割。錨索經(jīng)檢驗合格后，方可運輸至相應(yīng)孔位，并嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙安裝。

2.4 注漿

注漿設(shè)備以高速攪拌機為主。注漿液的配制必須嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)試驗驗證的配合比。配制過程中需持續(xù)攪拌，且遵守隨拌隨用原則。應(yīng)采用孔底返漿法注漿。注漿中嚴(yán)禁抽拔注漿管，或孔口直接注漿的操作。若孔口漿面回落，須在30 min內(nèi)對孔底進行2～3次的壓注補漿操作，以確?？卓跐{體充實。并及時準(zhǔn)確記錄現(xiàn)場施工注漿情況，以供后續(xù)分析和參考。

2.5 錨索張拉與封錨

1）當(dāng)注漿體與臺座混凝土強度達到或超過設(shè)計強度的80%時，可實施張拉鎖定。在正式張拉前，以10%～20%設(shè)計張拉荷載為基準(zhǔn)，進行1～2次預(yù)張拉，以確保錨索各組成部分緊密貼合，鋼絞線被完全且均勻拉直。完成預(yù)張拉并補足差異荷載后，應(yīng)嚴(yán)格對錨索逐級施加預(yù)應(yīng)力。施加至最后一級荷載時，應(yīng)保證持荷狀態(tài)穩(wěn)定維持10～15 min后方可卸荷，以確保張拉效果及錨索的穩(wěn)定性。

2）注漿完成后，借助砂輪切割機切除多余的鋼絞線。錨索張拉鎖定后，鋼絞線切割的外留段長度應(yīng)不小于100 mm。錨索張拉完成后，及時對錨頭進行補漿和封錨。

3 預(yù)應(yīng)力錨索工程質(zhì)量問題及控制措施

3.1 施工材料質(zhì)量問題及管控

用于施工的原材料如鋼絞線、鋼筋、水泥、砂等規(guī)格、品種、型號若不符合設(shè)計要求，或未進行嚴(yán)格的材質(zhì)檢驗或試驗，將直接對錨索與巖體的結(jié)合效果產(chǎn)生不利影響，引發(fā)錨索整體強度的顯著降低，削弱錨固效果。對此，須選擇符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求的材料，加強對進場材料的檢驗與復(fù)核，確保鋼絞線、水泥、砂等原材料的規(guī)格、品種、型號滿足設(shè)計要求。

3.2 地質(zhì)條件的影響及管控

地質(zhì)條件可以從多方面影響錨索預(yù)應(yīng)力損失。如果巖體堅硬、完整性較好、抗壓強度較高，在壓力作用下產(chǎn)生的形變較小、預(yù)應(yīng)力損失較小。反之，預(yù)應(yīng)力損失較大，當(dāng)以軟巖為主或地層巖性較破碎時，形變更為明顯，預(yù)應(yīng)力損失也更加嚴(yán)重。

地下水會對錨索預(yù)應(yīng)力造成一定的影響。在巖體裂隙較發(fā)育地區(qū)，地下水會顯著降低滑移面上巖土體的黏聚力、內(nèi)摩擦角，減弱滑裂面抗剪強度，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失[5]。鉆孔時水會導(dǎo)致錨固劑流出，錨固長度變短，在一定范圍內(nèi)降低錨固劑的黏結(jié)程度，影響錨固力大小[6]。

為有效減少地下水對錨孔施工的影響，提高施工效率和質(zhì)量，應(yīng)通過放置引流管、使用斜孔或傾斜鉆孔、使用地下連續(xù)墻和注漿處理等方法，在施工過程中注意確保地下水引排處理的效果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。鉆孔完成后，先對整個錨孔進行一次固結(jié)灌漿。若遇富水地層可采用雙液注漿后，再放入錨索，以有效減少或避免孔內(nèi)滲水。

3.3 孔位定位和鉆孔角度不準(zhǔn)確及管控

鉆孔位精度未能滿足設(shè)計要求，將導(dǎo)致框架上地梁節(jié)點難以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，這將直接影響后續(xù)張拉過程中的受力均勻性，引發(fā)顯著的變形，嚴(yán)重時甚至可能損壞錨頭。若鉆孔角度不符合設(shè)計要求或在施工過程中發(fā)生偏移，會使錨索的錨固深度不足，還可能在張拉時導(dǎo)致鋼絞線承受剪切力，從而對錨索的性能和持久性產(chǎn)生負面影響。

在錨孔放樣前，應(yīng)做好錨孔孔位精準(zhǔn)測放，使得錨筋體垂直于錨斜托臺座的承壓面。不得強行壓彎鋼絞線至框格梁十字節(jié)點部位，避免錨筋體出現(xiàn)受剪情況。

3.4 預(yù)應(yīng)力錨索制作質(zhì)量問題及管控

在材料堆放或加工過程中管理不規(guī)范，易導(dǎo)致鋼絞線出現(xiàn)銹蝕或沾染雜物。在加工錨索時錨固段未能徹底去銹除油，自由段未能進行規(guī)范的除銹、刷漆涂油處理，或管套存在破損、安裝不規(guī)范等，會導(dǎo)致鋼絞線不同部位發(fā)生不同程度的銹蝕，從而顯著降低其強度。

對此，首先需搭建制作臺及簡易防曬防雨棚，禁止將鋼絞線直接堆放在地面，嚴(yán)格按照圖紙要求加工錨索。其次要做好鋼絞線防腐工作對鋼絞線進行有效防護，錨固段去銹除油，自由段除銹刷漆涂，嚴(yán)格按照規(guī)范進行套管操作，避免因套管不規(guī)范導(dǎo)致水泥漿進入自由段影響錨索的伸長量和性能。

3.5 注漿質(zhì)量問題及管控

注漿鉆孔完成后，應(yīng)及時安裝錨索并進行注漿。注漿與補漿操作應(yīng)緊密銜接，確保各環(huán)節(jié)的連貫性，不得出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。若漿液水灰比的配制不滿足設(shè)計要求，或注漿過程操作不規(guī)范，將導(dǎo)致孔內(nèi)注漿質(zhì)量顯著下降。

為確保注漿效果，注漿作業(yè)必須嚴(yán)格遵守孔底返漿原則，待漿液收縮后立即進行補漿[7]。二次劈裂注漿技術(shù)作為增強邊坡穩(wěn)定性的有效手段，通過高壓注漿將邊坡中的空隙、裂隙充分填充，提高破碎巖體強度，提升邊坡土體的整體穩(wěn)定性。在二次劈裂注漿過程中，注漿壓力必須嚴(yán)格控制，確保其在合理的范圍內(nèi)波動。

3.6 框架梁施工質(zhì)量問題及管控

施工過程中，務(wù)必嚴(yán)格按照設(shè)計圖的規(guī)定在坡面精確刻槽，以確保框架梁的嵌入深度，并有效避免框架梁基底脫空現(xiàn)象的發(fā)生。綁扎鋼筋前，必須徹底清除框架基礎(chǔ)底部的浮渣，以保證基礎(chǔ)的密實性和穩(wěn)定性。應(yīng)使用與混凝土保護層厚度相匹配的墊塊墊起鋼筋，以確保鋼筋位置正確和保護層的均勻性。

支模作業(yè)時需特別注意確保線型流暢，模板固定牢固。模板底部應(yīng)與基礎(chǔ)緊密貼合，以防止在澆筑過程中出現(xiàn)跑漿、脹模等質(zhì)量問題。必須嚴(yán)格控制混凝土的配比，加強振搗過程，以確?；炷撩軐?，避免產(chǎn)生蜂窩、麻面、空洞、露筋現(xiàn)象，從而保證整體結(jié)構(gòu)的強度和耐久性。

3.7 張拉損失及管控

在張拉預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線過程中，成孔不直、孔徑不均勻、孔壁粗糙、鋼絞線不平順，以及預(yù)應(yīng)力筋表面紋理粗糙等，特別是因地質(zhì)條件較差而發(fā)生塌孔，鋼絞線與孔壁摩擦阻力增大，會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，進而降低構(gòu)件截面上的實際預(yù)應(yīng)力值，甚至可能加劇預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)力損失。因此，必須確保張拉過程中具有充足的持荷時間。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉到設(shè)計值時，由于錨具、錨墊板之間的間隙被壓縮，或鋼絞線和楔塊在錨具內(nèi)的滑移，可能導(dǎo)致原本被拉緊的鋼筋發(fā)生松動和回縮，降低張拉程度和應(yīng)力值，進而引發(fā)預(yù)應(yīng)力損失。

在錨索張拉作業(yè)中，為確保錨索的穩(wěn)定性和安全性，首先需確保錨斜托臺座的承壓面平整，且嚴(yán)格垂直于錨索軸線，以保障張拉力能夠均勻傳遞。其次，在安裝錨具時，應(yīng)確保其與錨墊板和千斤頂緊密貼合，并使千斤頂軸線、錨孔及錨索處于同軸狀態(tài)，避免產(chǎn)生偏心力。

3.8 封錨質(zhì)量問題及管控

若預(yù)應(yīng)力張拉后未及時封錨，鋼絞線與錨頭將直接暴露于外界環(huán)境，形成不同程度的銹跡，進而削弱其錨固效果。為確保錨索系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和安全性，錨索張拉鎖定后，鋼絞線切割的外留段長度應(yīng)不小于100 mm，為后續(xù)定期檢測錨索應(yīng)力與補償張拉提供條件。

在封錨過程中，澆筑混凝土應(yīng)與框架梁混凝土標(biāo)號相同，以確保其結(jié)構(gòu)強度與主體結(jié)構(gòu)相匹配。澆筑時，需加強振搗，確?；炷撩軐崯o空洞。為保證強度及耐久性滿足封錨要求，嚴(yán)禁使用水泥砂漿替代。在封錨混凝土澆筑前，應(yīng)對承錨臺混凝土進行鑿毛處理，以增大新澆混凝土與既有混凝土之間的接觸面積，加強新舊混凝土之間的黏結(jié)力，確保封錨的穩(wěn)固性。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)作為巖土工程領(lǐng)域的重要加固手段，在工程建設(shè)中具有重要作用，但在實際應(yīng)用中也存在一系列質(zhì)量問題。針對預(yù)應(yīng)力錨索工程施工中可能出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題，必須采取切實有效的防治措施，以提高預(yù)應(yīng)力錨索工程的整體質(zhì)量和安全性。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索工程技術(shù)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

[1] 顧秀東，金鑫，陳小丹.預(yù)應(yīng)力錨索的加固效應(yīng)和SY系列錨索的結(jié)構(gòu)特點[J].水電站機電技術(shù)，2004（6）：55-57.

[2] 吳曙光，付紅梅，張巖巖.拉壓分散型錨索錨固機制及工程應(yīng)用研究[J].巖土力學(xué)，2018，39（6）：2155-2163.

[3] 江愛軍.邊坡錨索孔道藻漿質(zhì)量與錨固力關(guān)系研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

[4] 楊杰.高速公路路塹邊坡加固預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2003（S2）：2759-2764.

[5] 宋自愿，陳強，周夢琳，等.隧道錨索預(yù)應(yīng)力損失影響因素研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2024，51（6）：128-132.

[6] 張世飛.樹脂錨桿錨固性能及影響因素[J].化學(xué)工程與裝備，2020（11）：213-215.

[7] 聶金峰.公路路基高邊坡錨桿防護施工技術(shù)分析[J].交通世界，2019（Z1）：44-45.