论文部分内容阅读
（广东省基础工程集团有限公司，广东 广州 510620）
【摘 要】压力分散型锚索是一种新型单孔复合锚固体系，其在同一锚索孔中设置多个单元锚索，各单元锚索具有各自不同的自由长度和锚固长度，并通过预先的补偿张拉，使锚索的集中拉力分成为多个较小且荷载数值相等的分散压力分别作用于各单元锚索的锚固段上。文章结合某边坡工程实践，论述了压力分散型预应力锚索的施工工艺及在施工及工程运行管理中应注意的一些要点。
【关键词】边坡工程；压力分散型锚索；单孔复合锚固体系
【中图分类号】U416 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）06-0118-03
近年来，预应力锚索锚固工程作为一种新技术在边坡加固上获得了良好的应用和发展。压力分散型锚索的锚索体采用无黏结钢绞线，在不同长度的无黏结钢绞线末端套以承载板和挤压套。当锚索体被浆体固结后，以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线时，设置在不同深度部位的数个承载体将压应力通过浆体传递给被加固体，为锚固段范围内的被加固体提供被分散的锚固力。本文以一边坡为例，介绍压力分散型锚索加固高边坡的设计、施工，以及在施工中存在的问题及改进措施。
1 压力分散型锚索的原理及特点
拉力型锚索存在显而易见的缺点：一是锚固段的注浆体与锁体应力集中现象严重，易出现张拉裂缝，导致递进破坏；二是单根锚索极限承载力受到岩土强度的限制。而壓力分散型锚索与拉力型锚索的区别主要是锚索作用时，锚固段的注浆体是受压而不受拉，其优点是锚固体不易开裂，应力分布均匀，如图1所示。压力分散型锚索采用全长无黏结预应力钢绞线，锚索受到的载荷通过钢绞线直接传递到锚固段底部的承载体上，而一个锚孔可按一定间距设计成多个承载体，构成压力分散型的锚固体系。
根据大量的理论及试验研究成果资料，压力分散型的锚固力可大幅度增长，而不受岩土与锚固体的黏结强度的限制，从而可缩短锚索的总长度，降低成本，提高了单位长度锚索的使用效率。
2 工程概况
某医院拟建一住院楼，需对山体切坡为此建筑创造空间，山体开挖后形成高约30 m、坡度约70°、长度约150 m的高大边坡，因此该边坡对安全等级、美观要求比较高，且为永久性护坡工程。确定该边坡属I级边坡。
开挖山体地层从上至下为含砾土、强风化灰岩、中分化灰岩，开挖深度范围内无地下水。该工程采用锚网喷支护，设置5排压力分散型锚索，钢绞线套上承压钢管弯曲180°与承载板制成锚索承载体，边坡中部设3 m左右的水平台阶。其中，西侧坡面锚素间距为3 m，排距为5 m，顶部2排锚索用横梁连接，其余为独立锚座；南侧坡面上部有上山马路，可能有重车通过，故锚素间距为2 m，排距为5 m，顶部3排锚索用格构梁连接，其余为独立锚座。
工程施工后，为检验施工质量，对已施工的部分锚索进行验收试验，发现西侧边坡有相当一部分锚索承载力不足。为此，施工方按设计要求进行补强施工，同时进行了施工质量问题分析。在施工前进行的拉力试验均表明设计时采用的地层岩土参数、锚固体与地层界面的黏结强度参数是合理的，通过仔细检查锚索制作、施工过程，发现2个问题：一是施工人员在制作锚索承载体时，将承压板与端头套管留有间隙，且套管太短、承载板直径偏小；二是注浆质量不高。这2个原因造成承载体强度不足，致使整个锚索拉力达不到设计值。经过改进工艺和加强施工质量后，后续的拉拔力验收试验结果表明，锚索的抗拉力可满足设计要求。
3 工程施工工艺
压力分散型锚索的施工工序包括搭设钻孔平台、测量放样、钻机就位、锚索造孔、锚筋制作安装、混凝土框架浇筑、锚孔注浆、锚索张拉、补充注浆及封锚等。其中，最为关键的工序包括锚索造孔、锚筋制作安装、锚孔注浆、锚索张拉。
3.1 锚索造孔
锚索钻孔是锚索工程中费用最高和控制施工进度的关键工序，也是影响锚索工程经济效益的主要因素。本工程锚索钻孔采用MD-5O气动冲击型锚杆钻机配15 m3/min空气压缩机进行作业。钻孔前，充分熟悉设计图纸，做好施工准备，搭设好锚索钻孔施工作业平台，现场经测量放样做出孔位标记，钻机严格按设计孔位、倾角和方位准确就位。钻孔过程中，作业人员要严格控制钻速、钻压，以保证钻孔平直，不发生偏斜、扭曲或者变径现象。若遇到破碎地层，则采用套管跟进工艺进行施工；对于地层极其破碎的地段，则采用固结灌浆处理后重新钻进的方法施工。施工结束，钻孔应有50～100 cm的钻孔超深长度，以保证钻孔的有效深度不小于设计孔深，并使用高压风将孔内岩（土）粉及积水清除出孔外，以保证孔壁清洁。
3.2 锚索制作安装
压力分散型锚索结构比普通集中荷载型锚索结构相对复杂，因此其制作加工也相对较为复杂。本工程锚索分为4个单元锚索，锚索制作时，各单元锚索下料均根据各自不同的锚固长度、自由长度经计算后截取，并去除各自锚固段表皮套管，清除钢绞线表面油脂。锚索组装前，不同单元锚索应分别做好标记，以免混淆。挤压头组装要准确安装挤压套、挤压簧，挤压顶进应做到均匀充分，严格控制挤压工艺质量，确保单根挤压强度不低于设计值。锚索组装要做到保证各单元锚索承载体、架线环、注浆管定位准确、连接牢固。
锚索安装时要平顺推进，用力均匀一致，防止损伤锚索配件及保护层。严禁抖动、扭动和串动，防止中途散束和卡阻。同时，要不断检查排气管和注浆管，确保排气管和注浆管畅通。
3.3 锚孔注浆
锚孔注浆是用注浆设备把液态的水泥质浆体以一定的压力注入孔内的施工过程。锚孔注浆应在锚索安装好后尽快施工。本工程注浆采用UBJ3.0型挤压式注浆机作业。注浆体为M40的水泥浆掺入聚丙烯腈纤维（PAN），聚丙烯腈纤维掺量为1.8～2.0 kg/m3。注浆时，浆液水灰比控制在0.4～0.42，浆液必须搅拌均匀，随拌随用。注浆采用孔底注浆方法，中途随着浆液的注入缓慢地向外抽拔注浆管，但必须保证注浆管口始终有一段处于浆液内部，直至孔口溢出浆液且其浓度和注入浆液浓度相当。禁止孔口注浆。注浆完成后，若锚孔孔口浆液面回落，应在30 min内进行孔底压浆补足。注浆完成24 h内，不得对锚索进行扰动，不得在锚索上悬挂重物，以免破坏注浆体。 3.4 锚索张拉
锚索张拉就是通过张拉设备使锚束产生弹性变形，从而使锚固结构获得预应力，达到设计加固效果的一个施工作业过程，它是锚索施工中最为关键的一个工序。对于压力分散型锚索来说，张拉质量的好坏直接影响着锚索内部的荷载分布及受力情况，张拉不当甚至会发生单元锚索钢绞线断裂等情况，从而造成整根锚索的损毁。
本工程张拉设备采用YCW150A型液压千斤顶。压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，为使各单元锚索受荷相同，张拉采用分单元差异补偿张拉方法。其原理是从最大变形量的单元锚索（最大自由长度）起按次序先后张拉，在到达最小变形量的单元锚索（最小自由长度）后，再同时张拉全部单元锚索，直至达到设计要求荷载。压力分散型锚索分单元差异补偿张拉法的具体操作步骤如下。
3.4.1 参数计算
（1）Qn为每个单元锚索所受的荷载，kN。
Qn=
式中，Qmax為最大荷载，kN；n为单元锚索数量。
（2）Si为每个单元锚索的变形量，mm。
Si=
式中，Li为每个单元锚索的长度，mm；Es为钢绞线的弹性模量，kN/mm2；As为每组钢绞线的截面积，mm2。
（3）Qi为单元锚索的预加荷载，kN。
当i=1，Qi=0；当i>1，
Qi=
（4）Q0为压力分散型锚索的初始荷载，kN。取适当大于Qi的荷载。
3.4.2 分次序差异补偿张拉
首先将工具锚夹片安装在最大变形单元锚索（最大自由长度）上，自Q1（Q1=0）加压张拉至Q2止。然后，在不放松最大变形量单元锚索的状态下，再将工具锚夹片装上次大变形量单元锚索，加压张拉，自Q2为止；同理，再装上工具锚夹片至再次级变形量单元锚索上，加压张拉，直至张拉到压力分散型锚索的初始荷载Q0为止。
3.4.3 按照荷载分级进行锚索的张拉和锁定
锚索在补足差异荷载后，按设计荷载加10%～15%的超张拉荷载分3～5级进行整体张拉，并且在各分级荷载张拉到位后持荷5～10 min，最后一级荷载持荷稳定15～30 min后进行锁定。锁定后48 h内加强观察，若发现存在明显的预应力损失，必须及时进行补偿张拉。
4 结语
（1）压力分散型锚索不仅具有施工快捷、安全可靠、经济高效、对岩（土）体扰动小、能充分发挥岩体固有承载能力等普通集中荷载型锚索的特点，而且具有锚固段分段受压、可设置高承载力锚索、防腐及耐久性能好等优点，其在岩土工程中的应用已日益广泛。
（2）压力分散型锚索施工质量的好坏不仅影响着锚索内部的荷载分布及受力情况，而且直接关系着锚索工程的锚固效果和运行安全。在施工过程中，必须严格控制各工序施工质量。
（3）预应力损失是涉及锚固工程安全的重大问题，预防和减小预应力损失则是设计、施工及工程管理人员所共同关心的问题。许多外部因素的变化（如加在锚固介质的荷载发生变化、锚固介质受到冲击等）都会使锚索的受力状况发生改变，导致锚索预应力的降低、损失，甚至还可能有所增加。因此，在工程运行过程中，应加强管理，尽量避免这些情况的发生。
参 考 文 献
[1]赵长海.预应力锚固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
[2]吴国华.浅谈预应力锚索的预应力损失及预防措施[J].岩土锚固工程，2006（1）.
[3]GB 50086—2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
[4]DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].
[5]凌四.压力分散型预应力锚索的施工与质量控制[J].公路，2006（3）.
[6]吴学兵，靖洪文.压力分散型锚索剪应力分布规律的研究[J].山西建筑，2006（6）.
[责任编辑：陈泽琦]
【作者简介】孙粤辉，男，湖南邵阳人，广东省基础工程集团有限公司项目经理，助理工程师，从事现场施工管理工作。
【摘 要】压力分散型锚索是一种新型单孔复合锚固体系，其在同一锚索孔中设置多个单元锚索，各单元锚索具有各自不同的自由长度和锚固长度，并通过预先的补偿张拉，使锚索的集中拉力分成为多个较小且荷载数值相等的分散压力分别作用于各单元锚索的锚固段上。文章结合某边坡工程实践，论述了压力分散型预应力锚索的施工工艺及在施工及工程运行管理中应注意的一些要点。
【关键词】边坡工程；压力分散型锚索；单孔复合锚固体系
【中图分类号】U416 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）06-0118-03
近年来，预应力锚索锚固工程作为一种新技术在边坡加固上获得了良好的应用和发展。压力分散型锚索的锚索体采用无黏结钢绞线，在不同长度的无黏结钢绞线末端套以承载板和挤压套。当锚索体被浆体固结后，以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线时，设置在不同深度部位的数个承载体将压应力通过浆体传递给被加固体，为锚固段范围内的被加固体提供被分散的锚固力。本文以一边坡为例，介绍压力分散型锚索加固高边坡的设计、施工，以及在施工中存在的问题及改进措施。
1 压力分散型锚索的原理及特点
拉力型锚索存在显而易见的缺点：一是锚固段的注浆体与锁体应力集中现象严重，易出现张拉裂缝，导致递进破坏；二是单根锚索极限承载力受到岩土强度的限制。而壓力分散型锚索与拉力型锚索的区别主要是锚索作用时，锚固段的注浆体是受压而不受拉，其优点是锚固体不易开裂，应力分布均匀，如图1所示。压力分散型锚索采用全长无黏结预应力钢绞线，锚索受到的载荷通过钢绞线直接传递到锚固段底部的承载体上，而一个锚孔可按一定间距设计成多个承载体，构成压力分散型的锚固体系。
根据大量的理论及试验研究成果资料，压力分散型的锚固力可大幅度增长，而不受岩土与锚固体的黏结强度的限制，从而可缩短锚索的总长度，降低成本，提高了单位长度锚索的使用效率。
2 工程概况
某医院拟建一住院楼，需对山体切坡为此建筑创造空间，山体开挖后形成高约30 m、坡度约70°、长度约150 m的高大边坡，因此该边坡对安全等级、美观要求比较高，且为永久性护坡工程。确定该边坡属I级边坡。
开挖山体地层从上至下为含砾土、强风化灰岩、中分化灰岩，开挖深度范围内无地下水。该工程采用锚网喷支护，设置5排压力分散型锚索，钢绞线套上承压钢管弯曲180°与承载板制成锚索承载体，边坡中部设3 m左右的水平台阶。其中，西侧坡面锚素间距为3 m，排距为5 m，顶部2排锚索用横梁连接，其余为独立锚座；南侧坡面上部有上山马路，可能有重车通过，故锚素间距为2 m，排距为5 m，顶部3排锚索用格构梁连接，其余为独立锚座。
工程施工后，为检验施工质量，对已施工的部分锚索进行验收试验，发现西侧边坡有相当一部分锚索承载力不足。为此，施工方按设计要求进行补强施工，同时进行了施工质量问题分析。在施工前进行的拉力试验均表明设计时采用的地层岩土参数、锚固体与地层界面的黏结强度参数是合理的，通过仔细检查锚索制作、施工过程，发现2个问题：一是施工人员在制作锚索承载体时，将承压板与端头套管留有间隙，且套管太短、承载板直径偏小；二是注浆质量不高。这2个原因造成承载体强度不足，致使整个锚索拉力达不到设计值。经过改进工艺和加强施工质量后，后续的拉拔力验收试验结果表明，锚索的抗拉力可满足设计要求。
3 工程施工工艺
压力分散型锚索的施工工序包括搭设钻孔平台、测量放样、钻机就位、锚索造孔、锚筋制作安装、混凝土框架浇筑、锚孔注浆、锚索张拉、补充注浆及封锚等。其中，最为关键的工序包括锚索造孔、锚筋制作安装、锚孔注浆、锚索张拉。
3.1 锚索造孔
锚索钻孔是锚索工程中费用最高和控制施工进度的关键工序，也是影响锚索工程经济效益的主要因素。本工程锚索钻孔采用MD-5O气动冲击型锚杆钻机配15 m3/min空气压缩机进行作业。钻孔前，充分熟悉设计图纸，做好施工准备，搭设好锚索钻孔施工作业平台，现场经测量放样做出孔位标记，钻机严格按设计孔位、倾角和方位准确就位。钻孔过程中，作业人员要严格控制钻速、钻压，以保证钻孔平直，不发生偏斜、扭曲或者变径现象。若遇到破碎地层，则采用套管跟进工艺进行施工；对于地层极其破碎的地段，则采用固结灌浆处理后重新钻进的方法施工。施工结束，钻孔应有50～100 cm的钻孔超深长度，以保证钻孔的有效深度不小于设计孔深，并使用高压风将孔内岩（土）粉及积水清除出孔外，以保证孔壁清洁。
3.2 锚索制作安装
压力分散型锚索结构比普通集中荷载型锚索结构相对复杂，因此其制作加工也相对较为复杂。本工程锚索分为4个单元锚索，锚索制作时，各单元锚索下料均根据各自不同的锚固长度、自由长度经计算后截取，并去除各自锚固段表皮套管，清除钢绞线表面油脂。锚索组装前，不同单元锚索应分别做好标记，以免混淆。挤压头组装要准确安装挤压套、挤压簧，挤压顶进应做到均匀充分，严格控制挤压工艺质量，确保单根挤压强度不低于设计值。锚索组装要做到保证各单元锚索承载体、架线环、注浆管定位准确、连接牢固。
锚索安装时要平顺推进，用力均匀一致，防止损伤锚索配件及保护层。严禁抖动、扭动和串动，防止中途散束和卡阻。同时，要不断检查排气管和注浆管，确保排气管和注浆管畅通。
3.3 锚孔注浆
锚孔注浆是用注浆设备把液态的水泥质浆体以一定的压力注入孔内的施工过程。锚孔注浆应在锚索安装好后尽快施工。本工程注浆采用UBJ3.0型挤压式注浆机作业。注浆体为M40的水泥浆掺入聚丙烯腈纤维（PAN），聚丙烯腈纤维掺量为1.8～2.0 kg/m3。注浆时，浆液水灰比控制在0.4～0.42，浆液必须搅拌均匀，随拌随用。注浆采用孔底注浆方法，中途随着浆液的注入缓慢地向外抽拔注浆管，但必须保证注浆管口始终有一段处于浆液内部，直至孔口溢出浆液且其浓度和注入浆液浓度相当。禁止孔口注浆。注浆完成后，若锚孔孔口浆液面回落，应在30 min内进行孔底压浆补足。注浆完成24 h内，不得对锚索进行扰动，不得在锚索上悬挂重物，以免破坏注浆体。 3.4 锚索张拉
锚索张拉就是通过张拉设备使锚束产生弹性变形，从而使锚固结构获得预应力，达到设计加固效果的一个施工作业过程，它是锚索施工中最为关键的一个工序。对于压力分散型锚索来说，张拉质量的好坏直接影响着锚索内部的荷载分布及受力情况，张拉不当甚至会发生单元锚索钢绞线断裂等情况，从而造成整根锚索的损毁。
本工程张拉设备采用YCW150A型液压千斤顶。压力分散型锚索因各单元锚索长度不同，为使各单元锚索受荷相同，张拉采用分单元差异补偿张拉方法。其原理是从最大变形量的单元锚索（最大自由长度）起按次序先后张拉，在到达最小变形量的单元锚索（最小自由长度）后，再同时张拉全部单元锚索，直至达到设计要求荷载。压力分散型锚索分单元差异补偿张拉法的具体操作步骤如下。
3.4.1 参数计算
（1）Qn为每个单元锚索所受的荷载，kN。
Qn=
式中，Qmax為最大荷载，kN；n为单元锚索数量。
（2）Si为每个单元锚索的变形量，mm。
Si=
式中，Li为每个单元锚索的长度，mm；Es为钢绞线的弹性模量，kN/mm2；As为每组钢绞线的截面积，mm2。
（3）Qi为单元锚索的预加荷载，kN。
当i=1，Qi=0；当i>1，
Qi=
（4）Q0为压力分散型锚索的初始荷载，kN。取适当大于Qi的荷载。
3.4.2 分次序差异补偿张拉
首先将工具锚夹片安装在最大变形单元锚索（最大自由长度）上，自Q1（Q1=0）加压张拉至Q2止。然后，在不放松最大变形量单元锚索的状态下，再将工具锚夹片装上次大变形量单元锚索，加压张拉，自Q2为止；同理，再装上工具锚夹片至再次级变形量单元锚索上，加压张拉，直至张拉到压力分散型锚索的初始荷载Q0为止。
3.4.3 按照荷载分级进行锚索的张拉和锁定
锚索在补足差异荷载后，按设计荷载加10%～15%的超张拉荷载分3～5级进行整体张拉，并且在各分级荷载张拉到位后持荷5～10 min，最后一级荷载持荷稳定15～30 min后进行锁定。锁定后48 h内加强观察，若发现存在明显的预应力损失，必须及时进行补偿张拉。
4 结语
（1）压力分散型锚索不仅具有施工快捷、安全可靠、经济高效、对岩（土）体扰动小、能充分发挥岩体固有承载能力等普通集中荷载型锚索的特点，而且具有锚固段分段受压、可设置高承载力锚索、防腐及耐久性能好等优点，其在岩土工程中的应用已日益广泛。
（2）压力分散型锚索施工质量的好坏不仅影响着锚索内部的荷载分布及受力情况，而且直接关系着锚索工程的锚固效果和运行安全。在施工过程中，必须严格控制各工序施工质量。
（3）预应力损失是涉及锚固工程安全的重大问题，预防和减小预应力损失则是设计、施工及工程管理人员所共同关心的问题。许多外部因素的变化（如加在锚固介质的荷载发生变化、锚固介质受到冲击等）都会使锚索的受力状况发生改变，导致锚索预应力的降低、损失，甚至还可能有所增加。因此，在工程运行过程中，应加强管理，尽量避免这些情况的发生。
参 考 文 献
[1]赵长海.预应力锚固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
[2]吴国华.浅谈预应力锚索的预应力损失及预防措施[J].岩土锚固工程，2006（1）.
[3]GB 50086—2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
[4]DZ/T 0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].
[5]凌四.压力分散型预应力锚索的施工与质量控制[J].公路，2006（3）.
[6]吴学兵，靖洪文.压力分散型锚索剪应力分布规律的研究[J].山西建筑，2006（6）.
[责任编辑：陈泽琦]
【作者简介】孙粤辉，男，湖南邵阳人，广东省基础工程集团有限公司项目经理，助理工程师，从事现场施工管理工作。