预应力锚杆支护技术探讨及安全施工措施研究

摘要：预应力锚固是通过埋设在岩体中的受拉杆件，改善岩土体的力学特性和应力状态，以提高岩土体的稳定性，锚固技术在工程中的应用已经有一百多年的历史。本文主要阐述锚杆的锚固机理及特点，进而探讨其施工技术和施工方案，最后对施工安全进行了研究。

关键词：预应力锚固；施工方案；安全

1锚杆的锚固机理及特点

从上述锚杆支护用途上分析，锚杆支护的锚固机理实际可以归结为三种基本形式，即：阻止岩土体的剪切破坏、控制地下结构物围岩变形和防止塌落、加固基坑边墙和抵抗倾倒。

（1）阻止岩土体的剪切破坏机理

采用锚杆加固边坡，一方面锚杆预应力能直接作用于潜在滑面上，提高滑面的法向力和提供部分剪切抗滑里；另一方面提高边坡岩体的整体性，阻止局部关键块体滑坍而引起的连锁反映。其锚固作用主要表现在：抑制边坡岩体的变形、提高边坡开挖过程中的抗震能力、提高滑动面的抗剪能力、改善岩体质量。

（2）控制地下结构物围岩变形和防止塌落机理

采用锚杆锚固技术则是加固岩体，发挥围岩的自承作用，以使围岩在开挖卸载后不失去原有的强度，提高岩体的整体性，防止块体的松动变形而提高岩体的强度，杆体受拉对加固区内岩体产生压缩效应有效改善岩体的应力状态，从而提高围岩的稳定性。一方面，允许围岩有一定的位移，而产生受力环区；另一方面，限制围岩位移的程度以避免围岩变形过大而产生严重松弛卸载。其锚杆加固围岩作用主要表现在：悬吊作用、组合梁作用、挤压加固作用、围岩强度强化作用。

2施工方案

2.1清理坡面

按设计要求的放坡面角度修坡，去除表面松土及不稳定石块。

2.2钻机定位

锚孔钻进施工，应搭设满足相应承载能力和稳定条件的钢木（直径Φ50钢管、型钢）脚手架，根据坡面测放孔位准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向应符合设计要求，倾角允许误差为±1.0°，方位允许误差±2.0°。

2.3钻孔

钻孔在锚索施工中占据较大比重工作量，是影响工程费用和工期的关键性因素。在钻孔施工中，对钻孔方式、钻孔过程、钻孔清理、孔径孔深、锚孔检验、锚孔偏差等提出具体要求。

⑴ 钻进方式：锚孔钻进应采用无水干钻，禁止开水钻进，以确保锚固工程施工不致于恶化边坡岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻孔速度应根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

⑵ 钻进过程：钻进过程中应对每个孔的地层变化、钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，应立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新清孔钻进。

⑶ 孔径孔深：钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上。

⑷ 锚孔清理：钻进达到设计深度之后，不能立即停钻，要求稳钻3～5分钟，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，原则要求使用高压空气（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。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不宜采用高压水冲洗。

2.4预应力锚杆施工

锚杆制作与安装：锚杆设计拉力为350KN，采用Φ32精轧螺纹钢筋作为锚杆材料。钻孔孔径为Φ120mm，锚杆组装前钢筋应平直，并经除油和除锈处理合格。锚杆接头应采用专用锚杆连接接头或其它保证强度和质量要求的链接技术。精轧螺纹钢筋杆体一律不得采用焊接。沿锚杆体轴线方向每隔1.5～2.0m，应设置一个对中器，必要时设排气管，并与锚杆体绑扎牢固。锚杆体自由段按设计要求采用套管，与锚固段联接处应用铅丝绑牢和封扎严实，并按设计要求进行防腐处理。

2.5注浆施工

（1）注浆设备：注浆设备见设备一览表，所有设备使用前均严格检查，无任何故障及安全隐患方可使用，机械使用人员持证上岗。

（2）注浆材料：注浆材料采用水泥浆，在配浆时，严格按照试验室配合比进行，并由试验工程师全程监控，所有注浆原材均送检，检验合格后方可使用，锚固段和张拉段注浆压力不小于2.5MPa，浆体强度不低于30MPa，注浆材料加入聚丙烯晴纤维，掺入量为每方1.8～2.0kg。

（3）注浆作业：注浆浆液严格按照配合比进行，搅拌要均匀，浆液应在初凝前应完，注浆过程中，严防石块、杂物混入浆液。注浆压力严格按照设计进行，注浆严格按照孔底返浆方式进行，直至锚孔口溢出浆液或排气孔停止排气时，方可停止注浆。注浆结束后，应将注浆管，注浆枪和注浆套清洗干净。整个注浆作业，要按照要求严格记录。

2.6框架制作

框架采用C25砼浇注，竖肋基础先铺5cm垫层，再进行钢筋制作安装，硬质岩石边坡开挖凸出或凹进不应大于20cm；软质岩石则不应大于10cm，否则应进行坡面处理，并按现场实际情况调整钢筋长度。坡率为1：0.75时，框架嵌入坡面25cm，当坡率为1：1的时候，框架嵌入坡面35cm，框架刻槽后，采用厚2～5cm的水泥砂浆进行基地调平，局部架空采用C25砼嵌补。

2.7张拉锁定

（1）张拉设备：张拉设备见设备一览表，设备在使用前要到具有相关资质的检测单位进行标定。操作人员持证上岗。

（2）锚筋体张拉：

承压面应平整，并与锚筋的轴线方向垂直。

锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚筋体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢制垫片调整满足。

张拉顺序：张拉顺序严格按照设计进行，张拉过程现场工程师全程监控，锚筋张拉前，取0.1～0.2陪设计张拉力值对锚筋进行预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚筋体顺布平直。张拉控制应力不应超过极限应力值的0.6倍。超张拉力值应为设计值的1.1～1.2倍。，锚筋张拉分两次进行，第一次张拉作业力值为设计张拉力值的一半，第二次达到设计值直至超张拉力值，每次张拉宜分为5～6级进行，除第一次张拉需稳定30分钟，其余每级持荷稳定时间为5分钟，并分别记录每级荷载对应锚筋体的伸长量并做好记录。

如果采用循环张拉。在第一次张拉作业时，按照现左右后中间，先上下后中间，和先对角后中间的作业原则进行。

④锚筋锁定：锚筋张拉至设定最大张拉荷载值后，应持荷10～15分钟，然后进行卸荷进行锁定作业。锁定使用锚具和夹片应符合技术标准与质量要求。若发现明显的预应力损失，及时进行补偿张拉。

3安全施工措施

⒈ 工地除成立安全检查小组外，并设专职安全员。

⒉ 施工前必须向员工进行安全技术交底，安全和质量要时时讲、处处讲。

⒊ 进工地必须戴安全帽，不允许穿拖鞋上岗。

⒋ 高空作业前，应对脚手架的稳定性进行专门检查，必须是有经验的架子工负责搭建工作台，制定高空作业的安全保证措施。

5. 在预应力锚索（杆）张拉时，张拉机具后不许站人，操作人员严格按照规范安全操作。