锚索施工及张拉工艺控制要点 精华版

锚索施工及张拉工艺控制要点

中铁十四局北京地铁八号线 ***

内容提要：

经过对北京地铁八号线鼓楼大街站-什刹海站区间工程轨排井锚索段施工及对六号线南锣鼓巷站基坑围护系统的了解，在现场实际控制锚索施工的情况下，充分认识到锚索作为围护结构有着不可替代的特殊优点。

关键词：锚索施工工艺预应力张拉

锚索围护体系是依靠锚固于稳定土体的高强度低松弛的钢绞线拉紧承载腰梁与深基坑周边土体施加到围护桩土压力形成相互作用力，提供与边坡破坏力相反方向的抗力来克服的。锚索预应力可以控制由于基坑开挖周围土体形成的松弛区发展，主动限制边坡的变形并提供支挡作用力，与常用的钢管支撑围护系统比较起来锚索能够完全满足施工需要，并提供足够宝贵的施工空间。

双排桩+锚索支护结构是近年来出现的一种围护结构形式,它是由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶的连梁形成的空间门架式结构体系。由于该种支护结构具有侧向刚度大、施工方便等优点,在工程上得到了越来越广泛的应用。尤其在深基坑施工中，对需要足够的施工空间的工序来说，锚索配合双排桩支护结构能够形成一个稳定成熟的支护体系，像在鼓楼大街站-什刹海站区间工程轨排井锚索段施工中这种设计理念对后期施工提供足够的便利性，可见锚索施工的优点是显而易见的，前景很广阔，并且拥有充分的发展前景，现对锚索施工做进一步的介绍。

1.施工工艺

本文基于宝峨KLEMM KR909-1锚杆钻机，采用套管跟进对锚索施工工艺来研究。

1.1钻孔

钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序同时也是控制施工质量的关键性环节。

其中需要控制是对成孔后清孔的处理，鉴于锚索施工成孔一般孔径较小，所以清孔就成为控制一个要点，不同的地层，分为两种清孔，第一是粘土等较软弱性性地层，清孔采用套管跟进后注入清水并且往返拉动芯管来清孔，还有就是卵石等易扰动地层，就需要稍增加成孔孔深来配合清孔，确保孔径孔深。第二是在山体岩层中钻孔过程中或钻孔结束后利用风来清孔，若从孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黄色团粒而无粉尘，说明孔内有渗水，岩粉多贴附于孔壁，这时，若孔深已够，则注入清水，以高压风吹净，直至吹出清水，以此来达到清孔的目的。

1.2锚索制作

锚索在钻孔的同时于现场进行编制，钢纹线下料长度为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作余量的总和。正常情况下，钢绞线截断余量取50mm。

1.3锚索安装

安装下倾锚索比较简单，没有更多的技术问题。安装上倾和水平锚索时要注意以下四点：检查定位止浆环和限浆环的位置，损坏的，按技术要求更换。安放锚索要保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度，锚索安放要平直，张拉段要放在锚孔中央。

1.4注浆施工

锚固法注浆采用排气注浆发施工，为保证浆液性能可加入不同用途的外加剂，注浆充盈系数为1.1--1.3。

1.5安装腰梁

腰梁的作用是把锚具的集中荷载传递到基坑受力方向。为了使腰梁上表面与锚索轴线垂直，预先将围护桩表面喷混凝土保证腰梁背后填实，或者是腰梁安装完成，张拉之前将腰梁背后回填密实，这样才能保证张拉时锚索应力的均匀传递。

1.6二次劈裂注浆

对一些锚索需要增大锚固强度，提高抗拔力，则应在初次注浆体强度达到5Mpa后进行二次劈裂注浆。注浆量要根据设计压力灵活控制。

1.7锚索的张拉

张拉锚索前需对张拉设备进行标定，绘出千斤顶出力（KN）和压力表指示的压强（MPa）曲线，作为锚索张拉时的依据。压力表损坏或拆装千斤顶后，要重新标定。

为克服地层徐变等因素造成的预应力损失，第一次张拉锁定后30天左右，进行一次补偿张拉，然后锁定，切除多余钢绞线，用混凝土封锚。

对于张拉是本文要着重论述的对象，这里不再赘述。

1.8外部保护

张拉完成之后，要将自由段未注浆处封孔注浆，注浆完成后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余的部分截去。截取锚索采用砂轮切割机，不可采用电焊或者氧炔割除。

2.对张拉的详解

张拉的效果好与坏直接影响到围护结构的成与败，张拉锁定的技术关键在于严格遵循预张拉、差异张拉、五级张拉施工程序，及应力损失后的补偿张拉。所以对于这项工序，笔者立足现场实际施工，参考多方面资料，得出如下结果：

2.1张拉过程

首先，正式张拉之前要曲0.1—0.2倍的轴向拉力设计值Nt对锚索预张拉1—2次，使张拉受力锚索完全平直，各部接触紧密，保证张拉效果，然后按照0.2Nt、0.5Nt、0.75Nt、1.0Nt、1.05Nt-1.1Nt 分五级张拉，张拉到第五级时，对岩层、沙性土、卵石层拉力保持10min，对粘性土层保持15min，使其将足够的预应力损失在锁定之前消耗掉，达到位移要求后，卸荷，最后再张拉按照锁定设计值进行锁定。

分级预紧的主要目的是使单根钢绞线受力均匀,避免在正式张拉过程中出现个别钢绞线受力超过钢绞线的极限抗拉强度。用大吨位千斤顶整束张拉时每根钢绞线受力一致,这样才能使每根钢绞线均匀地达到设计张拉力,另外:分级预紧不装工作夹片预紧,然后在卸载回油,这样 1860 MPa高强度低松弛钢绞

线完全回到了零状态,不影响后期整束钢绞线的张拉锁定。

2.2 超张拉的问题

张拉的过程中，由于存在千斤顶卸载时，工具夹片会发生回缩，钢绞线的张拉力就达不到设计要求，从而出现超张拉问题。

这就需要我们在实际张拉的过程中最终锁定张拉应力稍增大一些，考虑到最后的预应力损失才能保证最后的锁定轴力，这个数值，笔者经过分析多个实际施工中安置的轴力计读数，分析出超张拉在0.05Nt—0.1Nt之间时，当地层从粘土到卵石层各种地层之间均能够满足最终的锁定荷载设计值。

2.3 张拉时钢绞线的轴向伸长量的计算及结果分析

整束预紧张拉只控制张拉力，以理论伸长值（△La）为准。预张拉后，第三次张拉至控制应力的张拉以实测张拉力（油表显示）与实测伸长值（千斤顶活塞伸长实测值△Lb）记录为准。锚索实际伸长值△L=△La+△Lb。

控制应力×钢绞线截面积×钢绞线的根数=张拉力。注意：有的需要超张拉来抵消预应力损失，在控制应力中乘以超张拉系数即可。

预应力钢绞线张拉理论伸长量计算公式：

ΔL＝（PpL）/（ApEp）

式中：Pp――预应力筋的平均张拉力（N）

L――预应力筋的长度（mm）

Ap――预应力筋的截面面积（mm2）

Ep――预应力筋的弹性模量（N／mm2）

Pp＝P（1－e-(kx+μθ)）／（kx＋μθ）

式中：Pp――预应力筋平均张拉力（N）

P――预应力筋张拉端的张拉力（N）

x――从张拉端至计算截面的孔道长度（m）

θ――从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和（rad）

k――孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数

μ――预应力筋与孔道壁的摩擦系数

虽然严格按照规范是每级都要核对伸长量，但是在实际张拉过程中每级核对总是存在一些问题, 由于众多因素的影响，难以控制在设计或者是规范之内。根据施工现场经验，发现超出设计或是规范范围内的情况，主要是由以下几个原因引起：

清孔没有清理到位，造成注浆体有杂质，强度降低；

工作夹片没有安装好，导致滑丝，钢绞线和工作夹片发生相对滑动。

分级张拉升荷速率每分钟超过了设计应力的1/10，卸荷速率每分钟超过设计应力的1/5；

张拉过程中发生钢绞线断丝、绞索等等情况。

在正式锚索张拉施工时，锚索实测伸长值应该采用两端同时进行测量的方法（既要测量大吨位千斤顶的回缩量，又要在钢绞线做标记进行测量），用经过修正后的伸长值作为计算基础。在分级张拉完时, 修正后的实际伸长量与理论伸长量来核对,在设计或是规范范围内,方可进行张拉。如果实际值与理论值比较超出范围,停止张拉,查明原因后,才能继续张拉。但是由于影响因素较多，分级张拉时的实际伸长量

检查，应该以抽查的形式作为张拉质量控制检查的辅助手段，而不应当影响施工操作的正常进行，最终对张拉质量的验收和评定还是应以总伸长量进行校核为准。

3.结语

预应力锚索施工专业技术性强，工序多，属于隐蔽工程，过程控制非常重要。施工全过程必须认真推行全面质量管理，建立健全岗位责任制度，在现场技术人员的监督指导下确保各工序的施工质量。各主要工序应统一印制专门的记录表格，记录人员要严格按要求记录好每一个数据，原始数据决不允许涂抹或擦掉，数据更改只能在原始数据旁边进行，并注明更改的原因。确保施工每一步的严谨性。

参阅文献（资料）：

1.闫莫明，徐祯祥，苏自约．《岩土锚固技术手册》．北京：人民交通出版社，2004

2.《CECS22-2005土层锚杆(索)__技术规范》

3.郭映龙，夏万仁．原状岩体锚固抗剪效应试验研究，《岩土工程中的锚固技术》，北京：地震出版社，1992