压力分散型锚索施工工法

1 压力分散型锚索施工工法

工法编号：GZSJGF 07-03-04

中铁隧道集团二处有限公司 何峰 张昌伟 许维青

一、前言

压力分散型锚索是在不同长度的无粘结钢绞线末端套以承载体和挤压套。当锚固段注浆固结后，以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线，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。这样，对在整个锚固段范围内的被加固体提供分散的锚固力。与通常的拉力锚及压力锚相比较，压力分散型锚索的锚固范围及所提供的锚固力显著增加，对岩层的应用范围进一步扩大，减少了破碎岩体中的扩孔工作，能最大限度地减少破碎地段的挖方刷坡，并具有施工工序简化、抗震性能好的优点。

二、工法特点

1、锚杆的根部荷载大，孔口荷载小，可以将边坡表层不稳定体锚定在地层深部，有效地利用了内锚固段。同时，分散布置的内锚头又避免了锚固应力集中分布状况，使锚固段应力分布更趋于均匀。

2、浆体受压，加大了被锚固体的受压范围，使锚固体和被加固体能够提供更高更稳定的锚固力，因而对软弱地层适应性强。

3、杆体采用无粘结钢绞线，具有很高的防腐性能，减少了普通钢绞线施工时涂油工作，节省了人力，减少了对环境的污染，并可进行二次补偿张拉，有效地延长了锚固体的寿命。

4、安装锚索后可一次性全孔注浆，简化了注浆工序。

5、可以最大限度地减少破碎岩体的挖方刷坡，以较小的投入即可达到理想的加固效果，成本低、效益高，在深基坑加固中较其它加固类型可节约投资20%左右。

三、适用范围

1、适用于工业与民用建筑、矿山建设、地下洞室、高陡边坡、基坑支护、坝基、大型弧门闸墩的加固。

2、适用于各类岩层及可拆除的深基坑土层加固，加固深度可达60米。尤其对内锚固段岩石强度偏低的围岩地层或要求大吨位锚固力时更具有优越性，提供锚固吨位可达3000KN。

3、适用于滑坡体的加固治理，但应通过可靠的地质勘测手段确定滑动面位置，确保内锚固段设置于稳定的岩层之中。

四、工艺原理及关键技术

（一）工艺原理

压力分散型锚索是在不同长度的无粘结钢绞线末端套以承载体和挤压套，通过孔口设置的锚垫墩施加预应力，设置于不同深度部位的数个承载体将压应力传递给被加固体。

压力分散型锚索加固岩体是基于无粘结钢绞线预应力筋的自由伸缩而将所施加预应力传递于承载体上，然后通过承载体对浆体的挤压而起到加固锚固体的作用。

（二）关键技术

本工法的关键技术为：设置在不同深度部位的数个承载体的施工。

1、钻孔 2 （1）进行现场地质调查，根据岩层破碎实际情况进行钻机比选及确定钻孔过程中合理的辅助措施。

钻机以风动潜孔钻及轻型地质钻机为主，对破碎地段则采用偏心钻头跟管钻进或注浆固结二次成孔等辅助措施。常用钻机在不同岩层中的适用情况参见表1。

常 用 钻 机 对 不 同 岩 层 的 适 用 情 况 表 表1

序号 钻机型号 可钻孔径

（mm） 适用钻杆

Φ（mm） 配用

冲击器 适用岩层 备注

1 YG60 100-200 73、89 CIR系列 各种岩层 可跟管钻进20m，跟管钻进时选用偏心钻头

2 MG-50A 76-250 73、89 CIR系列 中、硬岩 可跟管钻进24m，跟管钻进时选用偏心钻头

3 MD-50 80-150 73、89 CIR系列 中、硬岩 可跟管钻进20m，跟管钻进时选用偏心钻头

4 YG-2A 75-600 73、89 CIR系列 中、硬岩 地质钻

5 QZJ100B 85-105 73、89 CIR系列 完整软岩 松散地段采用螺旋钻杆

（2）确定钻进技术参数

钻进技术参数主要指风量、风压、钻压。风量一般要求17m3/s，以确保排除岩屑及石粉；风压选择0.5～0.7Mpa；钻压以钻头落在石质上发出清脆声音为准：普通钻头钻进时钻压一般控制在8～10KN为佳，如选用偏心钻头，钻压一般控制在13～15KN为佳。

（3）钻进施工

① 清理坡面，搭设作业平台。

② 按设计孔位编号进行现场布设，岩面用红油漆标明孔号，对观测锚索及试验锚索作特别标记。

③ 安装钻机、确定孔位方向及倾角，使钻机安装严格达到“正、平、稳、固”。

④ 开孔前核对孔位、孔向、倾角，检查活塞运动是否灵活，检查冲击器工作是否正常、钎头的磨损程度、外径是否合乎口径的要求、确定钎头有无整孔进尺的能力。进尺0.3m左右时重新校正一次钻机的位置，并量好该孔的机前距离，若发现钻机与孔位有明显的移位和异常现象，则重新调准钻机的位置和方向。

（4）钻孔过程中辅助施工措施

① 注浆固结二次成孔：对于岩体破碎，透水率q＞1Lu时，固结灌浆分段进行，段长一般控制在5～6米，对于大渗透地段适当掺加部分水玻璃等化学浆液。

② 对于岩体过于松散破碎，但又属于石质，因注浆而造成浆液流失过大时，则采用潜孔钻跟管钻进。若岩体破碎层覆盖较厚而造成跟管长度过长时，在套管上加工梅花孔眼，以确保注浆效果及锚固质量。对可拔除的套管，利用拔管机或直接利用潜孔锤反冲起拔。

2、注浆

（1）注浆设备的选择

根据施工任务及注浆压力要求，锚索注浆选择UBJ2挤压式注浆泵（注浆压力0～1.5Mpa，排浆量30L/min）和BW200/50注浆泵（工作压力P＝0～5Mpa，排浆量10～200L/min）。浆液搅拌设备采用普通搅拌机搅拌，同时根据浆液的凝胶时间，一次搅拌水泥浆量不小于0.3m3，搅拌时间不小于2min。注浆管采用耐压50Mpa的高压胶管，管口采用快速接头以保证注浆速度。

（2）浆液的配备

选用普通硅酸盐水泥，并对水泥中的氯盐含量严格分析，确保选用水泥的氯盐含量在0.1%以内。对于冬季施工的锚索，要考虑到水泥浆的冻胀泌水而引起的结石收缩，注浆时掺入适量的微膨胀剂。

（3）注浆施工 3 采用有压灌浆，终孔注浆压力≥1.2Mpa，且对靠孔口10米的自由段采取循环注浆，直至回浆浓度与进浆浓度相同后才结束灌浆。

3、锚索张拉

以金丽温25m锚索为例，锚索结构示意见图1。

（1）张拉设备的选用

根据BSM锚具的特点，并结合设计锚索承载力，千斤顶选用YCW-100t型和YCW-200t型（张拉行程200mm）；油泵选用ZB-500电动油泵，额定工作压力50Mpa，额定流量4L/min。

（2）张拉理论及计算（计算图示意见下图——图2）

考虑到各单元锚自由伸长长度不同，为保证各单元锚的受力均匀，防止某单元锚因应力过大造成破坏，张拉时必须考虑各单元锚在同荷载下因自由长度不等而引起的伸长值差。

各单元锚的伸长值计算：

各单元锚杆的承载力T=Td/n

式中：Td---设计复合锚承载力； n ---每个复合锚内的单元锚杆数

各单元锚杆的伸长量δi=T×Li/（Es×As）

式中：Li---单元锚杆的自由长度； T---各单元锚杆的承载力

Li=锚具厚度+锚垫板厚度+垫墩轴心厚度+2×（锚固段+自由段）+弯曲段长度-2×铁头半径

Es---预应力筋的弹性模量； As---预应力筋的截面积。 自由段钻孔Φ130mm锚固段总长度300cm300cm20水泥浆20300cm无粘结钢绞线承载体图1 锚索结构示意图

单元锚杆1自由伸长长度单元锚杆2自由伸长长度单元锚杆3自由伸长长度承载体锚头各单元锚杆自由伸长长度图2 各单元锚伸长长度示意图 4 由此得出各单元锚间位移差：

Δ1-2=δ1-δ2

Δ2-3=δ2-δ3。

（3）张拉施工

首先对各单元锚因自由段长度不同而引起的伸长值不同进行补偿，补偿张拉1单元：

张拉力T1 =Δ1-2× Es×As/L1；张拉（1单元+2单元）

张拉力T2=Δ2-3× Es×As/L2+T1+Δ2-3× Es×As/L1

在完成各单元锚的补偿张拉后，开始同时张拉（1+2+3单元）：因1、2单元均已采用补偿张拉，故三个单元同时张拉，采用逐级加载。逐级加载力分别为设计荷载的0.3、0.5、0.7、0.9、1.1倍进行，前四级荷载停留时间5分钟，最后一级荷载停留10分钟。

五、施工工艺流程

压力分散型锚索施工工艺流程见下图（图3）：

张拉设备标定注浆体强度试件检查砼试件强度抽检二次成孔固结灌浆布孔定位合格安装压力传感器传感器量测锚头防护处理补充张拉预应力损失超过规定值张拉锚索尺寸及质量检查垫墩立模配筋锚索编束、制作钻孔质量检查补充注浆锚索注浆浇筑砼垫墩安装锚索钻机就位合格钻孔返工不合格不合格机械、设备、材料进场搭设脚手架、清理坡面结束，进入使用维护

图3 压力分散型锚索施工工艺流程图 5 六、施工要点

1、钻孔施工要点

（1）开孔前检查供气管路是否连接牢固、是否有漏风现象，检查钻机安装是否能达到“正、平、稳、固”，检查钻杆及供风管路是否畅通，以防堵塞潜孔锤。

（2）钻进施工中严格按照钻进技术参数作业，严禁为求进度而擅自修改钻进参数，以防出现折断钻杆、加大钻头磨损等现象。

（3）钻进过程中注意观察进尺情况及潜孔锤的冲击响声，如出现突然进尺或潜孔锤不回风等现象时立即提钻，查明原因再行开钻。

（4）当发现钻杆抖动厉害或出现周期性滞转现象时应立即提钻，然后降低钻压，再进行开钻。

（5）每一回次结束时应上提钻具0.3～0.5m并进行吹孔，待孔口不返岩屑时才可停风加接钻杆。停风时，应缓慢关闭风阀，不可突然中断供风，防止潜孔锤倒吸岩粉造成堵塞。

（6）钻进过程中要经常对孔的方位角及倾角进行检查，防止出现偏斜过大现象。孔的测斜可利用手电筒倒置于孔内，通过回光来检查倾角及方位。

2、索体的制作及入锚施工要点

（1）确定预应力锚索的下料长度应考虑因素：垫墩受坡率影响锚索的增长、定位板及锚具的厚度、应力测试仪的厚度、千斤顶长度、施工预留值。

（2）锚索加工制作设备：钢铰线弯曲机、捆绑机。

（3）加工方法：采用切割机进行钢绞线下料。先从最里面的设计单元开始。用钢绞线弯曲机将承载体+铁头+下好料大致弯成“U”型的钢绞线共同推进。当钢绞线与铁头前凹槽密贴后，再利用捆绑机将钢带捆绑于承载体和钢绞线上，然后依次加工后续单元。加工时，须及时确定隔离支架的位置及间距，以保证钢绞线相互平行，同时做好双记号以便确认。

（4）下锚：入索前首先根据孔口找到对应索体编号，并进行锚孔及索体的检查，确认锚孔已有无杂物及坍孔现象、索体隔离架绑扎已牢固、索体无粘结油脂且无破坏、进出浆管畅通、锚索无明显弯曲扭转。经检查处理各项要求合格后，用人工将索体抬运至孔口，由人工利用导向锥的自重进行缓慢下放，直至入孔深度比设计孔深多进20cm，在注浆时再拔出，以保证第一个单元体注浆饱满度完全达标。

3、注浆施工要点

（1）缩短浆液的胶凝时间，根据钻孔情况对于裂隙非常发育的锚索孔首先利用水泥－水玻璃双液浆进行注浆固结，在3～5小时后利用提高注浆压力，再实行注纯水泥浆。

（2）对部分孔位采取以下注浆方式：开始注浆采取低压低流，待浆液距孔口3～5米时，立即进行封孔，加大注浆压力与注浆流量。

（3）采取间隔注浆施工，即根据钻孔揭示的裂隙分布情况对注浆采取分段间隔进行，分段以钻孔的地质为依据，在每一裂隙带处划开，注浆间隔时间控制在5～7小时左右。

4、格梁及锚垫墩施工要点

垫墩施工前对孔口岩面进行处理，清除碎渣和不稳定石块，并使孔口岩面基本垂直于钻孔轴线。施工中，锚索垫墩支垫板要进行整平，以确保垫墩后的混凝土密实程度。锚索孔通过在钢筋上定出孔轴线上两点来确定锚索孔的方位。混凝土利用电动卷扬机提升。