浅谈预应力锚索施工及常见问题

发表时间：2009-10-16T16:13:51.903Z 来源：《赤子》第16期供稿 作者： 钱位国

[导读] 预应力锚索由外锚头、锚索体和内锚固段组成，其锚固体系为外锚头由混凝土垫墩、钢垫板、工作锚板等部件组成（浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江 宁波 315040）

摘 要：预应力锚索是一种可承受拉力的结构系统。是一种高效经济和实用工程技术，得到了岩土工程行业的高度重视。结合工作中对预应力锚索施工的理解、发展及相关的一些实施步骤，和大家一起探讨。关键词：预应力；锚索；施工；应用 1 预应力锚索的组成

预应力锚索由外锚头、锚索体和内锚固段组成，其锚固体系为外锚头由混凝土垫墩、钢垫板、工作锚板等部件组成。采用千斤顶进行张拉时，用千斤顶尾部的工具锚将钢绞线夹持住，千斤顶通过撑脚、限位板、工作锚板、压力传感器（需要长期观测预应力锚索的张拉力时才设置）和钢垫板顶在混凝土垫墩上。张拉到预定拉力后，通过夹片将钢绞线锁定在工作锚板上。 锚索体在锚固体系中称为自由段或张拉段，在张拉过程中自由变形并产生拉应力。 内锚固段也称内锚头，是预应力锚索内部持力端。 2 预应力锚索的分类

预应力锚索的种类较多，按钢绞线的类型分为粘结式和无粘结式；按内锚头的类型分为机械式和粘结式；按粘结式内锚头的传力方式分为拉力型和压力型；按粘结式内锚头的布置分为单锚头和多锚头；多锚头又分为压力分散型和拉力分散型；按锚索布置形式分为对穿式和端锚式。

无粘结预应力锚索采用无粘结钢绞线，其内锚固段之内的钢绞线须除去外包层以便与灌浆体粘结。完成穿索后，整个锚索孔一次灌浆。浆体达到预，定强度后，对锚索进行张拉。张拉过程中，张拉段钢绞线由于有外包层将其与浆体隔离，所以能够自由变形。

机械式内锚头加工精度要求高，对终孔孔径与锚头的匹配要求高，对锚头处的围岩强度和完整性要求也比较高，但其锚固力比较小(不超过1000kN)，在预应力锚索应用初期曾被普遍采用，现在已很少采用。

拉力型内锚头是靠凝固的浆体材料与粘结式钢绞线之间的握裹力传递锚固力。这种内锚头结构简单，施工方便，造价较低。但内锚固段的外端拉应力集中，浆体容易开裂，影响锚固效果。如果在内锚固段范围内按一定间距设置多个拉力型内锚头，即为拉力分散型预应力锚索。

压力型内锚头是通过锚固在无粘结钢绞线上的内锚板对孔内凝固的浆体材料施加压力来传递锚固力。如果在一个锚索孔内设置多个压力型内锚头，即为压力分散型预应力锚索。无粘结钢绞线在孔内的锚固方式目前有两种：一种是用挤压机将挤压套压在穿过内锚板的钢绞线里端。一块内锚板上可穿数根钢绞线；一个孔内可安装数个内锚板。另一种是将无粘结钢绞线弯曲成U形绕过承载体，构成一个的单元锚索。在同一个孔中，可安装多个单元锚索。压力分散型预应力锚索的张拉是采用单索千斤顶对单根钢绞线(单元锚索)逐个进行对称张拉。压力分散型预应力锚索可将荷载分散地传递到钻孔内几个较短的固定长度上，更有效地利用天然地层强度，显著提高锚索的承载力，适用于土层及软弱破碎岩层的锚固。 3 预应力锚索的应用和发展概况

预应力锚固技术自20世纪60年始引入我国以来，已在水电等行业广泛应用。在水电工程中，白山、李家峡、龙羊峡、漫湾、大朝山、小湾、龙滩等大型工程均应用此项技术进行地下厂房高边墙支护和治理岩质明挖高边坡，取得了巨大的工程效益和经济效益。最初采用机械式内锚头，例如丰满电站泄洪洞集渣坑边墙、白山担下厂房等，锚固力为600kN。这种内锚头沿用了十多年。后来经过改进，内锚固段采用灌浆(水泥浆或水泥砂浆)，施工方便，锚阻力大。现在，国内采用的预应力锚索的锚固力一般为1000~5000kN，10000kN的预应力锚索正在进行试验研究；在国外，预应力锚索最大锚固力已达10000kN以上。预应力锚索的孔深已达到80m以上，锚固对象已从岩体扩展到土层和堆积体。预应力锚索的结构形式和施工工艺也不断推陈出新，产生了无粘结预应力锚索、压力型内锚头、单孔多锚头等技术和工艺。目前国内采用的预应力锚索以拉力型为主，这种预应力锚索在锚固段外端拉应力集中，导致浆体开裂，影响锚固效果及耐久性。压力型预应力锚索克服了拉力型锚索的不足，受力合理，能够提供更高、更稳定的锚固力。压力分散型预应力锚索则是近几年来在国内开发和应用的一种新型预应力锚索，这种锚索可将荷载分散为几部分传递给钻孔，能更有效地利用天然地层强度，显著提高预应力锚索的锚固力，适用于土层及软弱破碎岩层的锚固。

目前，在国内施工中，预应力锚索内锚固段都是以水泥为基本粘结材料。由于水泥水化凝结时间长，早期强度增长慢，在短时间内无法对岩体施加预应力，在施工中，一般需在灌浆后20～28天才能施加预应力。在施加预应力之前，如果遇到岩体卸荷松弛，或者受爆破振动、地下水侵蚀等外界不利因素的影响，可能导致围岩或边坡失稳。所以，常规锚固工艺使预应力锚固的优越性受到很大。

国内外一些同行对快速锚固技术进行了深入的研究，采用有机化学材料作粘结材料，可在1天内施加预应力。采用掺入早强剂的水泥基锚固材料，可在6～7天施加预应力。水利水电工程一般锚固面积大，材料消耗多，若选用有机化学材料，其毒性大，污染环境，对施工人员健康不利。选用早强锚固材料，虽然造价偏高，但能够进行快速锚固，保证危岩体的安全，加快施工进度，综合效益明显。

为提高效率，近年来，预应力材料的强度有所提高，但在某些情况下，强度的提高是以降低材料的延性与韧性为代价的。强度较高的预应力钢材，有时会增加氢的应力腐蚀的危险。这些不利的特性应予以重视。

新开发的材料如纤维增强塑料(FRPS)，可用作预应力材料，它具有下列优点：在各种环境下具有耐久和抗腐蚀的特性，重量轻，高强度和无磁性性能。这种材料过去主要用于航天和航空工业，现已进入建筑工业。这种材料的力学性能与预应力钢材不同，具有线弹性的应力—应变关系，直到拉断，所以要求采用新的设计方法。 4 常见异常情况的处理

4.1锚索进浆管堵塞。对进浆管已堵塞的锚索采取补设回浆管、利用原回浆管灌浆、提高灌浆压力等方式处理。

4.2锚索张拉伸长值超标(超出计算值-5％，+10％)。出现伸长值异常的原因包括：锚固段裂隙串浆使张拉段缩短，岩石裂隙受压闭合等。若确认为地质原因造成伸长值异常，可保留使用，否则应整束锚索返工。

4.3锚索夹片滑动或锁定回缩量超标。出现异常的原因包括：个别批次的锚具夹片加工缺陷、钢绞线被粉尘沾染等。处理方法包括：卸

荷后更换夹片重新张拉，单根钢绞线补偿张拉等。

4.4锚索张拉段灌浆情况异常。在灌浆过程经常遇到裂隙漏浆、堵管等异常情况，可采取封堵裂隙、延长灌浆时间等方式处理。

4.5锚孔围岩灌浆，一般只施灌一次。多次简单地重复施灌，往往延误工期，造成浪费，效益也提高不多。如遇一次施灌效果不能满足设计要求时，可采用提高水泥细度，改善浆液可灌性，或改用化学灌浆。

4.6当锚孔围岩灌浆遇地质条件差而发生严重串孔时，将形成大面积承受灌浆压力的危险局面，对抗滑、抗倾覆稳定极其不利，故灌浆应优先采用单孔单灌，即灌完一个孔再钻相邻孔。若效果仍未达到设计要求，则采用：

（1）充水平压。将串通的孔逐孔充水，也可阻塞孔口使孔内积水低压循环，既可减少串浆可能，又可将小量串浆立即冲出去，避免在孔内沉淀。（2）先临时封堵相邻孔。待灌浆结束后，再对相邻孔进行扫孔。严重串孔时，需会同监理、设计人员共同研究，制定有效的补救措施。

4.7锚孔围岩灌浆后，还须扫孔，恢复锚索孔道的正常作用。扫孔时间的选择，首先应考虑不损坏缝内充填的水泥结石，其次是易于扫孔作业。浆液龄期太长，强度增高后，将增加扫孔工时，增加造价。具体扫孔时间，可通过试验选定，一般以1～3天为宜。扫孔后的钻孔应冲洗干净，孔内不得残留废渣，扫孔深度和锚索长度仍按原设计施工。

4.8当岩体破碎严重，各种裂隙交错发育，使边坡岩体的稳定性大为降低，孔口有大量风化岩体存在，一是撬除孔口危岩，二是将锚墩体积增大以增大其与岩体的接触面积，三是张拉吨位适当降低。