浅谈 预应力锚索框架梁施工技术

摘要：采用预应力锚索对高边坡进行加固在山区高速公路工程中的应用目前以极为普遍，本文以福建省武邵高速公路A6合同段预应力锚索施工为例对预应力锚索框架梁的施工工艺进行了总结，供类似工程参考。

关键词：浅谈 预应力锚索 施工技术

一、概述

武邵高速公路位于福建北部、南平市境内，福建省是一个多山的省份， 武邵高速公路A6合同段全长7.4km，全线有七处路堑高边坡采用预应力锚索框架梁进行加固处理，预应力锚索21750m，预应力锚杆5674m，其施工质量直接影响边坡的稳定和高速公路运营的安全，施工过程中对其进行了严格的质量控制。

二、预应力锚索简介 2.1预应力锚索的分类

预应力锚索按锚固体的受力状态可分为摩擦型锚索和承压型锚索两大类；按照锚筋体结构的传力特征特征可分为拉力型锚索、压力型锚索和荷载分散型锚索。

荷载分散型锚索一般分为拉力分散型锚索、压力分散型锚索和拉压分散型锚索，通常压力分散型锚索在高速公路工程中的应用最为普遍，武邵高速公路A6合同段路基高边坡加固就采用的都是压力分散性锚索，因此本文着重介绍压力分散型锚索的施工工艺。

2.2压力分散型锚索的基本原理

压力分散型锚索以无粘结钢绞线作为锚索体，其主体结构由自由段和锚固段组成。压力分散型锚索是在不同长度的无粘结钢绞线末端连接固定承载体（包括承载板和挤压套），注浆固定后，以一定的规律分配荷载张拉对应的钢绞线单元，设置在锚孔不同深度的承载体将拉应力转化为压应力通过浆体材料传递到锚固地层，提供工程组要的锚固力。如图1所示。

图1 压力分散型锚索结构图

2.3压力分散型锚索的结构形式

压力分散型锚索一般由两个或两个以上的单元锚索组成，每个单元锚索采用两根高强度、低松弛的无粘结钢绞线（直径15.24mm，强度1860MPa）通过特制的挤压簧和挤压套对称的内置于钢质承载板上组成。

二、预应力锚索施工工艺 2.1预应力锚索施工步骤：

2.1.1、锚索结构施工：包括施工准备、造孔、清孔、锚索制作、安装、注浆等；

2.1.2、框架梁施工：包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生、锚索长度检测等；

2.1.3、锚索张拉锁定：包括锚索张拉、锁定、试验检测、封锚等； 2..2预应力锚索框架梁施工工艺流程

《预应力锚索框架梁施工工艺流程图》见图2。 2.3预应力锚索框架梁施工 2.3.1、施工准备

首先要完成钢绞线、水泥、砼骨料、砼配合比、浆液配合比设计并报监理批准，然后编制施工方案，组织机械设备、人员进场，对施工人员进行技术交底和

安全培训，对所使用的张拉设备进行标定，上报开工报告，批准后按设计要求先进行锚索基本实验，即抗拔拉破坏试验。试验孔完成后在锚固体浆体达到28天龄期并且框架梁砼的强度达到80%后进行试验。

基本实验的目的在于验证设计采用的工作锚索的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性以及所提供的安全储备，同时考虑有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。

试验孔的具体位置由监理和设计代表现场确定，试验孔必须反映工程孔锚固 地层的实际情况。试验孔自由段不注浆，锚固段与自由段之间设置止浆袋，锚固段外侧设置引排气管，排气管深入锚固段5～10cm，注浆方法与工程孔相同。试验时认真记录各级荷载及锚头位移等详细数据，并及时向设计单位提交试验报告，以验证与调整设计。 2.3.2钻孔

首先进行测量放样，并搭设钻孔作业平台，钻孔一般采用100B钻机，钻机应严格按照设计要求的孔位、倾角、方位就位，在搭设钻机作业平台时应充分考虑这一点，倾角、方位用测斜仪定向。

钻孔必须采用干钻，施工人员配备必要的防尘装备或在空口安装吸尘装置，严禁采用水钻，以保锚索施工不至于恶化边坡岩体工程地质条件和保证孔壁黏结性能。

钻孔速度根据使用的钻机性能和锚固地层的情况严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其他以外事故。

在钻进的过程中做好施工记录，包括地层变化情况、地下水及其它一些特殊情况。

在钻进的过程中如遇到塌孔、缩孔等现象，应立即停钻，进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），水泥砂浆初凝后重新扫孔钻进，也可以采用跟管钻进工艺进行处理。

若遇到锚孔中承压水流出，一般待水量、水压变小后方可下安锚索和注浆，必要时在周围适当位置设置排水平孔或采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

孔径及孔深均不得小于设计值，为了确保钻孔直径要求实际使用的钻头直径不得小于设计孔径，钻孔深度一般要求超钻50cm，达到设计深度后不能立即停

钻，要求稳钻3～5min，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。

2.3.3清孔

钻孔完成后用高压风（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

清孔完成后进行验孔，检查内容：孔径、孔深、清孔质量，复查孔位、倾角及方位。

2.3.4锚索作安装

编束前首先搭设防晒防雨棚和制作平台，制作平台要求高出地面50cm。 钢绞线下料长度为锚索设计长度+张拉段长度（一般按1.5m预留），采用机械切割，严禁采用电弧焊切割，下料长度误差不大于50mm。

钢绞线下料完成后进行组装，将下好的钢绞线平置于工作台上，每根钢绞线上下端一次做好编号标识，然后安装挤压套、挤压簧、承载板、限位片、架线环、注浆管、导向帽等。

挤压头组装时挤压套、挤压簧安装要准确，挤压顶推进时应均匀充分。 承载体组装时定位要准确，挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环之间的间距按1.0m控制，锚孔空口位置必须设置架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，深入导向帽5～10cm。导向帽点焊固定在最前端承载板上，预留溢浆孔，保证孔底返浆。

锚固段如果遇到土质或砂土状强风化砂岩且富水时必须采用二次高压劈裂注浆法，在这种情况下，组装锚索体时必须另置注浆管，注浆管采用镀锌铁管或钢管，在锚固段设置花孔和封塞。

锚索体的钢制部分均应均匀涂刷防腐油漆。

锚孔清孔完成后应及时安装锚索体，一般用人工扛抬至孔位处，按照设计倾角、方位人工平顺推进，中间尽量不要停顿，依靠锚索体的自重和惯性下滑入孔，推送过程中严禁抖动、扭转，防止中途散束河卡阻。如果出现散束和卡阻现象，应拔出锚索，重新清孔或钻孔后安装。

2.3.4锚孔注浆

锚孔清孔、安装锚索体后24h内进行注浆，以免出现塌孔等其它意外情况。 锚孔注浆采用纯水泥浆，水灰比0.4～0.5，浆体强度不低于40MPa。锚孔注

浆一般采用孔底返浆的方式，直至孔口溢出新鲜浆液，排气管停止排气时，方可停止注浆。如果空口出现浆面回落，应在30min内进行孔底压注补浆2～3次，以确保孔口浆体充满。

如果锚固段遇土质或砂土状强风化砂岩层且富水时应采用二次高压劈裂注浆以提高地层锚固力，在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa时进行，浆体材料应按要求加入聚丙烯腈纤维（PAN，纤维强度不小于910MPa），掺入量为每方1.8～2.0kg。

2.3.5框架梁施工

框架梁施工包括框架基础刻槽、砂浆衬垫找平、钢筋制作安装、模板安装、砼浇筑、养生等工序。

刻槽应严格按照设计要求的刻槽深度进行施工，如果深度不足造成框架梁裸露，严重影响后续绿化施工。

施工时要注意锚斜托台座下设有加强钢筋网，承压面必须平整，保证与锚索的轴线方向垂直，与框架梁砼同时浇筑。

砼入仓一般采用斜拉缆索配吊斗入仓，条件允许的情况下也可以采用吊车配吊斗，在砼浇筑时应制备同条件养护试块。

2.3.6锚索张拉

在锚斜托台座和注浆浆体强度达到80%以上时，进行张拉作业。

安装锚具、夹片，锚具应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线应与锚孔、锚索保持同一轴线，确保均匀承载。

正式张拉前按设计荷载的10～20%进行预张拉，使各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，张拉采用差异分布张拉，根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，根据计算的差异荷载进行分单元张拉。

差异伸长量和差异荷载增量计算公式（以三单元共六束压力分散型锚索为例）如下：

差异伸长量：

L12L1L2,L23L2L3

L1EL1,L2EL2,L3EL3

P A差异荷载增量：

L122 L1L23L23P2(EAEA)2

L2L1P1EA其中L1,L2,L3————分别为第一、二、三单元锚索的长度，且L1＞L2＞L3； △L1,△L2,△L3————各单元锚索在给定最终张拉荷载作用下的伸长量； △L1-2；△L2-3———各单元锚索在给定的最终张拉荷载作用下的差异伸长量； σ————最终张拉荷载作用下单根钢绞线的应力； P————最终张拉荷载作用下单根钢绞线的荷载； A————单根钢绞线的截面面积； E————钢绞线的弹性模量

△P1，△P2————分步差异张拉之第一步、第二步荷载增量；

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级进行加载，既设计荷载的25%,50%,75%,100%,110%。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定后如果在48小时内发现有明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。

2.3.7锚索验收试验

锚索的验收试验一般委托有相关资质的检测单位进行验收检测。验收试验的锚索数量不少于工程锚索总数的5%，且不得少于三根。

锚索验收试验以设计荷载的1.5倍计算差异伸长量和差异荷载增量，补足差异荷载后同步张拉到设计荷载的30%，作为起始荷载，分级加载的荷载值分别为设计荷载的0.5、0.75、1.0、1.2、1.33、1.5倍，最大试验荷载不能超过锚索承载力标准值的0.8倍，最大差异荷载增量如果大于设计荷载的30%，则以最大差异荷载增量作为起始荷载。

验收试验确定锚索合格的两个条件：

1、验收试验中，从50%荷载到最大试验荷载之间测得的总位移量应当超过

该荷载范围内锚索自由段长度的理论伸长量的80%，且小于自由段与1/2锚固段长度之和的理论伸长量。

2、在最后一级荷载作用下的位移观测期内，锚头位移稳定，在10min内的 位移量不超过1mm，或者2h蠕变量不大于2mm。

2.3.8封锚

验收合格后进行封锚。封锚前通过锚垫板补浆孔进行补浆，直至补浆孔溢浆为止，这是锚头防腐的重要环节。有预应力监测要求的钢绞线不切除，及时安装锚索测力计对锚索的预应力变化情况进行检测，根据预应力损失确定是否进行二次张拉。

三、结束语

本文详细阐述了预应力锚索的施工工艺以及施工过程中的注意事项和出现意外情况的处理办法及措施，对高速公路高边坡加固预应力锚索框架梁施工有一定的参考价值，施工中因地域不同可能会有不同的要求，涉及到的一些技术、规范要求可能有所变化，具体以设计图纸和规范要求为准。 参考文献：

1、福建省交通规划设计院，武夷山至邵武高速公路设计图，路基； 2、福建省高速公路建设总指挥部，福建省高速公路路基施工标准化指南；

原材料试验 施工准备 材料准备 机具准备 搭设脚手架 钢绞线检验 施工放样 钻 孔 造 孔 高压清孔 锚索进孔 水泥浆试验 锚孔注浆 锚具检验 框架梁施工 下 料 编 索 基本试验 工艺试验 张 拉 工艺试验 锁 定 按设计要求安装锚索测力计 封 锚

图2 预应力锚索框架梁施工工艺流程图