宁武高速公路ZK166+360~ZK166+645
预应力锚索设计与施工
宁武高速公路ZK166+360~ZK166+645该段地形复杂，V字型沟谷发育，修建的路堑边坡较高，最大高度达33.2m，其中的锚索防护因工艺较新、工程数量较大，是施工的重点和难点工程。本段共有锚索96孔2880m，试验孔3孔36m。
二、施工工艺流程
施工工艺流程：测量放线、钻锚索孔、编索、安装锚索、注浆、浇筑钢筋砼框架、预应力张拉锁定及封锚等。 三、基本试验 1、试验目的：大规模施工前，按照施工图设计规定进行锚索基本试验，即抗拔拉破坏试验，以验证锚索的性质和性能、施工工艺、设计工艺、设计合理性、安全储备、锚索的抗拔拉承载能力、荷载、变形、松弛和蠕变等问题，以及有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。如发现问题，应及时采取变更和完善等应对措施，以便调整和修正设计参数和施工工艺。 钢绞线孔 φ20承载体大样φ95钢质 承载体φj15.24钢绞线砼封锚钢筋砼锚梁φ130钻孔螺旋筋波纹管架线环（每1.5m）HVM锚具自由段A注浆管 φ25钢质承载体A-A注浆管L1L2锚固段水泥浆AM40水泥浆95L3图1 边坡加固预应力锚索结构示意图 注浆管孔 φ25130
2、试验孔的布置和试验方案的确定：布置在有代表性岩土的坡面上。基本试验每种类型锚索数量不少于3根，试验时最大的试验荷载不宜超过锚筋承载力标准值的0.9倍，待锚固体强度大于设计强度的80%时，方可进行试验。
3、试验方法
（1）基本试验加荷等级与测读锚头位移：
a、对于压力分散型锚索，初始荷载为0.1×A×fptk+差异荷载（A为锚筋的截面积，fptk为锚筋承载力标准值），使锚筋拉直，然后松开。随后再采用循环加荷，每级加荷增量取A×fptk的1/10～1/15倍。
压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载计算公式：（以三单元共六束压力分散型锚索为例）：
差异伸长量： △L1-2 =△L1-△L2 △L2-3 =△L2-△L3
△Li =（σ/E）·Li ，（式中σ=P/A；i=1，2，3） 差异荷载: △P1 =E·A·（△L1-2/L1）·2 △P2 =E·A·（△L2-3/L2+△L2-3/L1）·2
其中：L1，L2，L3—分别为第一、第二、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（设计锁定）荷载作用
下的伸长量；
△L1-2，△L2-3—各单元锚索在给定最终张拉（投计锁定）荷载作用下
的差异伸长量；
σ—给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力； P—给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载; A—单根钢终线束的截面面积； E—钢绞线的弹性模量；
△P1，△P2—分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。 b、锚索加荷等级与观测时间见表1。
锚索基本试验加荷等级与观测时间 表1 加荷等级（A×fptk %） 加荷标准循环数 加 载 最大加载量 卸 载 初始荷载 — — — 10 — — 第一循环 10 — — 30 — — 第二循环 10 20 30 40 30 20 第三循环 10 30 40 50 40 30 第四循环 10 30 50 60 50 30 第五循环 10 30 50 70 50 30 第六循环 10 30 60 80 60 30 观测时间5 5 5 10 5 5 （min） c、在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次。
— 10 10 10 10 10 10 5 d、在每级加荷等级观测时间内，锚头移量不大于0.1mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至头位移增量2.0h小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。
（2）锚索试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载： 锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出； 锚头总位移量超过设计允许位移值；
后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍； 锚索材料拉断。
（3）整理试验报告，并绘制荷载一位移（Q-S）曲线、荷载一弹性位移（Q-S0）曲线、荷载一塑性位移（Q-SP）曲线。
（4）基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。压力分散型锚索之锚固段视为零，试验中其自由段应分单元按实际全长计算。
（5）试验得出的锚索安全系数K0值由下式确定： K0=Ru/Nt
式中：Ru—锚索极限承载力，取破坏荷载的95%；在最大试验荷载下未达到规定的破坏标准时，极限承载力取最大试验荷载值。
Nt—锚索设计荷载（设计轴向拉力值，下同）。
K0—安全系数；根据福建省的地质情况，k0值一般宜大于2.0。
5、试验结果：报告监理工程师审查合格后，方可组织大规模施工。 四、锚索施工工艺、施工要点 1、锚索钻孔
（1）测量定位：坡面检查合格后，按设计要求测量放线测定孔位，孔位误差不得超过±5cm。钻进过程用罗盘仪控制钻孔方向，以满足精度要求。
（2）钻机就位：用地质罗盘仪或测斜仪定向，钻杆与水平夹角控制在20°，并确保钻机安放支架牢固稳定，在造孔过程中不允许出现晃动。
（3）钻孔机具：采用空压机供风，潜孔钻无水干钻成孔，以确保锚索施工中不至于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能；使用钻头直径不得小于设计孔径。
（4）钻孔顺序：钻孔应自上而下逐层施工，并组织好交叉、流水作业。 （5）钻孔深度：为确保锚孔深度，钻孔深度大于设计深度0.2m以上。 （6）特殊情况处治：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，造成下锚固难或其它意外事故；如遇地层松散、破碎时，则采用套管跟进钻孔技术；如遇塌孔、缩孔现象，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，重新扫孔钻进，以使钻孔完整；若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理，或采用灌浆封堵二次钻进等方法处理锚孔内部积聚水体。
（7）锚孔清理：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。
（8）锚孔检验：锚孔成孔结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。锚孔钻造的允许偏差和检验方法应符合表2的规定。
（9）钻孔记录：钻进过程中应对第个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及其它特殊情况作好现场施工记录。
2、编索
编索在加工棚内工作平台上进行。钢铰线的下料长度等于锚索设计长度、外锚墩厚度、张拉千斤顶长度、锚具厚度以及张拉操作预留量等的总和。截取钢铰线前，对线材要进行检查，对无粘结钢铰线套管有破损的进行修补，钢铰线有机械损伤或锈蚀的放弃不用。截取钢铰线用切割机，不允许用电焊或气割。截好的钢铰线平顺地置于工作平台上。每孔压力分散型锚索有６根分为３组，每组２根，端部用红、黑、白三中颜色地油漆标记。在锚固段范围内按设计间距穿上架线环，用细铁丝绑扎固定，再在锚索下端部安装钢质承载体及挤压套。注浆管与锚索一起编入索体，从承载板中间穿过。编索后编号备用。
锚孔钻造的允许偏差和检验方法 表2
项次 项 目 坡面纵向 允许偏差 ±50mm ±50mm ±100mm 检 验 方 法 用经伟仪或拉线和尺量检查 用水准仪或拉线和尺量检查 用测角仪或地质罗盘检查 用经纬仪或地质罗盘检查 用钻孔测斜仪检查 验钻和尺量检查 验钻和尺量检查 1 孔位 坡面横向 孔口标高 孔轴线倾2 孔向 角 孔轴线方位 孔底偏斜 ±1.0° ±2.0° 满足设计要求 满足设计要求 大于设计深度20cm 3 4 孔径 孔深 3、安装锚索
锚索孔成孔检查合格后，再次用高压风清孔一次，将相应的锚索人工抬至孔口穿索。穿索时要人工缓慢送入，避免锚索体扭曲。
4、注浆
采用一次常压注浆孔底返浆方式注浆，直至锚孔孔口溢出浆液或排气管停止排气且有稀水泥浆压出时，方可停止注浆。注浆结束后应观察浆液的回落情况，若有回落应及时补浆。液浆作业过程应做好注浆记录，同时，对每批次注浆采样进行浆体强度试验。浆液为C40水泥浆，水灰比0.4～0.45，注
浆压力按设计要求控制，设计无要求时控制在1.5～2.5Mpa。
当锚固段地层为土质时，根据设计要求，为提高锚固段的抗拔能力，采用二次高压劈裂注浆，在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa进行。浆液选用水灰比0.45～0.5的纯水泥浆，注浆压力不宜低于2.5MPa。注浆压力、注浆数量和注浆时间可根据锚固体的体积及锚固地层情况通过试验确定，并分段依次由下至上进行。
5、钢筋砼框架施工
施工程序为：测量放线→锚梁开挖→支立模板→绑扎钢筋→安装锚索孔口波纹管→安装螺旋筋及孔口钢筋网→安装锚具（钢垫板）→现浇砼→砼养护。施工要点为：
（1）基础底面处理
基底用2～5cm厚水泥砂浆找平，遇边坡有局部超挖较大架空处采用C10浆砌片石嵌补。找平后的基础底面较框架梁宽50mm，作为立模的基面。
（2）模板的安装与加固
模板采用组合钢模，锚斜托处的模板特制，使锚斜托突出框架梁表面与锚索方向垂直。用１４圆钢筋打入地面和钢管支架联成整体固定模板。检查模板接缝，空隙用海绵条堵塞紧密防止砼灌注时漏浆。
（3）钢筋制安、砼灌注和养护
锚索框架现场浇筑。钢筋在棚内制作，运送至现场绑扎，下料、弯制、焊接、绑扎按设计技术规范要求施作。砼机械拌和，简易索道和铁斗车运输，振动棒振捣密实，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。砼浇筑完成后,及时草袋覆盖洒水养生至张拉龄期。
（4）浇筑砼前，必须将锚具中的螺旋钢筋、波纹管（宜用钢质）和锚垫
板按设计要求固定在地梁或立柱的钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整。
（5）锚索框架按设计分片施工，相邻两片框架横梁或顶梁接触处留2cm宽伸缩缝，用浸沥青水板填塞。
（6）对地质复杂，稳定性差的边坡，采用压力分散型锚索加固时，应根据边坡稳定变化的情况，及时采用简易预张拉，简易预张拉的拉力一般为设计荷载的30%。
（7）锚索地梁或框架允许偏差和检查方法按表3的规定。
地梁或框架的允许误差和检查方法 表3
序号 检查项目 规定值或允许偏差 ±50mm 检查方法 每20m用经纬仪检查3点 每20m用水准仪检查3点 查施工记录，每20m查2根 每个工点取3组试样试验 每5根抽查1根 1 孔距偏差 2 孔口高程 ±100mm 3 锚索轴线误差 ±3º 4 框架地梁砼强度 框架地梁断面尺寸 满足设计要求 5 满足设计要求 6、张拉锁定
压力分散型预应力锚索张拉按一定的次序分单元采用差异分步进行，即根
据设计荷载和锚固单元长度计算确定差异荷载。首先分单元补足张拉各单元差异荷载，然后按下述张拉程序整体同步分级张拉。
边坡锚固锚索张拉采用超张拉，超张拉力值为设计拉力值的1.1～1.2倍。锚索张拉力值宜分两次张拉作业施加，第一次张拉作业力值为设计张位力值的一半，第二次张拉作业直至超张拉力值。每次张拉宜分为5～6级进行，除第一次张拉需要稳定30分钟外，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索体的伸长量，做好记录。张拉时锚索体受力要均匀，发现异常情况应分析原因，并及时处理解决。
锚索张拉注意事项：
（1）锚斜托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直。 （2）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索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，必要时用钢质垫片调满足。
（3）锚固体与台座砼强度均达到设计强度的80%以上时，方可进行张拉。 （4）张拉千斤顶和油泵必须经过有资质的部门校验标定。
（5）锚索正式张拉之前，应取0.1～0.2倍设计张拉力值对锚索进行1～2次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚索体顺布平直。
（6）永久锚索张拉控制应力不应超过其极限应力值的0.6倍。 （7）完整记载并保存张拉记录。 7、封锚
锚索锁定后，做好记号，观察三天，没有异常情况即可用手提砂轮机切割余露锚索头，严禁电弧烧割，留长5～10cm外露锚索，以防滑。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求支模，用C25砼封锚处理，
防止锈蚀和兼顾美观。
8、监测
在施加预应力前全面测量被加固体平面位置及高程，张拉过程中，实行“信息施工法”，即边监测边施工，以反馈回的资料指导施工。
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