预应力锚索施工方法

预应力锚索施工措施

一、序言

伴随铁路、公路以及水利工程数年日勺建设，科学技术的不停发展,

设计手段日勺完善，坡面防护形式多种多样。陡崖坡面加固，预应力锚

索发挥着重要日勺角色，采用预应力锚索防护不仅很好地加固了边坡，

保证稳定，并且施工便捷、经济环境保护。

宜万铁路为山区铁路，其技术原则在山区铁路中是最高的。我单

位施工的W12标DK192+660^+986低山陡坡，自然坡度为35、45度,线路

右侧部分地段为陡崖,崖高11~28米，山坡上有溶沟溶槽,植被较发育，

右侧陡崖设计采用预应力锚索进行坡面加固措施。

二、工法特点

1、施工快捷灵活，预应力锚索施工工艺机灵、施工进度快、工期

短、施工安全等特点，用于应急抢险更具有独特优势。

2、经济性好，预应力锚索既可单独使月，充足运用岩土体自身强

度，从而节省大量工程材料，同步可与其他构造物组合使用，改善其

受力状态，节省大量出J用工，具有明显经济效益。

3、预应力锚索具有一定的柔性，可以深层加固，同步可以积极控

制岩土体变形，调整岩土体应力状态，有助于岩土体的稳定性。

三、合用范围

预应力锚索工程应用概括如下:

滑坡整改、边坡加固、深基础工程、构造抗倾覆、地下工程、桥基

加固

四、施工工艺及施工要点

(-)＞工作原理

预应力锚索是通过对锚索施加张拉力以加固岩土体使其到达稳定

状态或改善内部应力状况H勺支挡构造，锚索是一种重要承受拉力日勺杆

状构件，它是通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部稳定地层中，在

被加固体表面对钢绞线张拉力产生预应力，从而到达施加固体稳定或

限制其变形的目的。

(二)工艺流程

预应力锚索施工工艺流程图

见图1

图1工艺流程图

1、锚索造孔

锚索孔定位采用全站仪或经纬仪测量，在岩面上标出孔位，在排架

平台上标出后视点确定造孔方位。孔位误差控制在10cm以内，因地

质缺陷、废孔重造等原因调整孔位，在0.5m内需经监理工程师同意,

超过0.5m需经设计承认。在钻孔过程中采用分段测孔斜，进行及时

纠偏股I措施。

验孔采用全站仪或经纬仪测量，将引导光源置于孔内，经纬

仪架设于孔口，照准测定孔底位置的方向角、竖角，同步记录孔深；

对穿锚索采用全站仪测量开孔点、终孔点坐标，计算孔位偏差、孔深

及孔斜，锚索设计孔斜误差规定不不小于2%。

2、编索和穿索

C、灌浆过程中对耗浆量、止浆环气囊压力及回浆压力等诸项数据

进行仔细日勺检查，若耗浆量过大、气压或回浆压力偏小，判断也许存

在止浆环失效、地质缺陷、裂隙漏浆等异常状况，则必须作深入的分

析检查。止浆环失效则将索体拔出修复、裂隙窜浆及地质缺陷处理措

施包括：固灌扫孔、孔道加深等。

4、锚索锚墩制作

锚墩按其顶面大小分为0.3和0.4m边长W、J锚头，按有无承压板分

为：有承压板和无承压板两种锚墩。承压板按边长不一样分为1.0m、

1.2m、L5nl三种。在详细的施工中应当根据地层承载力、锚索吨位选

用不一样的锚墩。

在锚索张拉时会导致锚下混凝土应力集中，锚墩制作时应当满足

混凝土抗压强度＞30MPa。浇筑混凝土时振捣密实，草袋覆盖洒水养护

至张拉龄期。

5、预应力锚索张拉

(1)张拉工序包括：锚具安装一一次张拉一二次张拉一锁定。

(2)稳压持荷时间：分级稳压5min,最终一级稳压不少于10min

锁定。

张拉是预应力锚索施工的关键工序，张拉吨位以张拉力控制为主,

采用张拉力与伸长值同步控制的双控原则，若张拉伸长量的实测值未

超过计算值(-5%,+10%)容许偏差范围，则符合规范规定。通过

伸长值日勺校核，可以综合反应张拉力与否足够，孔道摩阻损失与否偏

大，以及预应力筋与否有异常现象等。

6、锚索张拉段灌浆

锚索在张拉锁定后即进行张拉段灌浆。灌浆压力不适宜于不不小于

0.6〜0.8MPa；结束原则，实际耗浆量不小于理论耗浆量，回浆比重

不不不小于进浆比重，且孔内不再耗浆。

对比进、回浆比重，回浆比重到达进浆比重开始计算并浆时间，

检查核算耗浆量，确认灌浆结束前孔内不再耗浆。对于灌浆过程中出

现的裂隙漏浆、持续耗浆等异常状况，采用封堵裂隙、延长并浆时间

进行处理，直至符合规定。

7、锚头封堵混凝土浇筑

外锚头保护是锚索施工最终一道工序。锚索在张拉锁定，并完毕封

孔灌浆后，将锚索外露钢绞线预留50mm长度，其他采用手持砂轮切

割机切去。钢绞线和工作锚进行清洗，垫座混凝土凿毛处理后，用IU250

细骨料混凝土封闭保护锚头。

(三)、预应力锚索计算分析

1、锚固体承载力确实定

锚固体的承载能力由三部分强度控制，即锚固体与孔壁口勺抗剪强

度、钢绞线束与水泥口勺黏结强度以及钢绞线强度，取其小值。

(1)、安全系数

在进行锚固时，由于存在许多不确定的原因，因此设计时考虑一定日勺

安全储备。表(一)列出了不一样状况下的安全系数:

锚固设计安全系数表一:

注浆体与锚孔壁界面

钢绞线Fsl注浆体与钢绞线FS3

Fs2

类型

高腐蚀高腐蚀高腐蚀

一般地层一般地层一般地层

地层地层地层

临时性锚固1.51.71.52.01.52.0

永久性锚固1.72.02.53.02.53.0

当锚索孔为仰孔时，因注浆难度较大不易灌注饱满密实，安全系

数Fs2应当合适提高。

(2)、钢绞线束与水泥砂浆的黏结强度

钢绞线束与水泥砂浆时黏结应力T一般按照注浆沙浆原则抗压

强度3的10%取值。

(3)、锚固体与孔壁的抗剪强度

锚固体与孔壁日勺极限剪应力见下表(二)所示：

锚固体与孔壁的极限剪应刀表二:

孔壁摩擦阻力孔壁摩擦阻力

岩土种类岩土状态岩土种类岩土状态

(MPa)(MPa)

硬岩1.2〜2.5

岩石软岩1.0〜1.5粉土中密0.1-0.15

泥岩0.6〜1.2

软塑0.03-0.04松散0.09〜0.14

粘性土砂土

硬塑0.05-0.06稍密0.16-0.20

坚硬0.06-0.07中密0.22〜0.25

密实0.27-0.40

2、锚固力确实定

针对不一样的外锚构造型式，锚固力的计算采用不一样日勺计算措

施，例如：持续梁法、简支梁法、弹性地基梁法等。

计算公式如下：

Pt=F/[sin(c[±B)tan。+cos(a±B)].......(1)

式中:

F一一滑坡下滑力(KN)o可以采用极限平衡法或传递系数法计算，安全系数

采用1.05〜1.25

Pt——设计锚固力(KN)

力——滑动面内摩擦角(°)

a——锚索与滑动面相交处滑动面倾角(°)

B——锚索与水平面的夹角(锚固角)，如下倾为宜，不适宜不小于45°,

一般为15°〜30。

B可以参照下式计算：

6=45°/(A+1)+(2A+1)<1)/2(A+1)-a.......(2)

A一一锚索的锚固段长度与自由段长度之比；

6、a——锚固段滑动面日勺内摩擦角和滑动面倾角；

(锚索下倾时取“一”，上仰时取“一”)

对于土质边坡及加固厚度较大H勺岩质边坡，锚索在滑动面产生H勺

法向阻力应进行折减，公式修正如下：

Pt=F/入sin(a±B)tan。+cos(。土B)...........(3)

入一一折减系数，与边坡岩性及加固厚度有关，在0〜1之间选用。

设计锚固力Pt应不不小于容许锚固力Pa,即PtWPa,对于锚固

钢材容许荷载应满足下表规定:

锚固钢材容许荷载：

项目永久性锚固临时性锚固

设计荷载作用时PaWO.6Pu或0.75PyPaWO.6Pu或0.8Py

张拉预应力时PaWO.7Pu或0.85PyPaWO.7Pu或().85Py

预应力锁定期PaWO.8Pu或0.9PyPaWO.8Pu或0.9Py

注：Pu为极限张拉荷载(KN),Py为屈服荷载(KN)；

3、每孔钢绞线根数

根据每孔锚索设计锚固力Pt和所选用内钢绞线强度，计算每孔钢

绞线的根数n.即有：

N=FslXPt/Pu...................(4)

式中：Fsl一—安全系数，取1.7〜2.0,高腐蚀地层中永久性工程取大值；

Pu一—锚固钢材极限张拉荷载；

对于永久性锚固构造，设计中应当考虑预应力钢材日勺松弛损失及

被锚固岩(土)体蠕变的影响，决定锚索的补充张拉力。

4、锚索间距、锚固角及长度确实定

(1)、锚索间距确实定

预应力锚索是群锚机制，锚索的间距不适宜过大，但太小时，受

群锚效应得到影响，单根锚索承载力降级，也就是说，锚索间距不可

以太小。

根据一般的设计和张拉试验观测，间距不不小于1.2m时\应当考

虑锚孔孔周岩土松弛区的影响，因此锚索间距宜不小于1.5m或不小于

5倍孔径。设计时还应当考虑施工偏差而导致锚索W、J互相影响，因此规

定锚索间距宜采用3〜6%最小不应当不不小于1.5mo

⑵、锚固角

设计锚固角应当避开一10°〜+10。，由于近水平方向布置的毛所,

注浆后注浆体的沉淀等现象，会影响锚索H勺承载能力.最优锚固角B：

B=a±(45°+6/2).................(5)

(3)、锚索长度确定

锚索总长度由锚同段长度、自由段长度及张拉段长度构成，一般自

由段长度不不不小于3〜5m,张拉段长度应根据张拉机具决定，锚索外

露部分长度一般为1.5m。

锚索锚固段长度计算：

a、拉力型锚索的锚固段长度计算

①、水泥砂浆与锚索张拉钢材粘结强度确定锚固段长度Lsa

Lsa=Fs2*Pt/n*ds*T.............(6)

当锚索锚固段为枣核状时，

Lsa=Fs2*Pt/n*II*ds*T.............(7)

②、锚固体与孔壁日勺抗剪强度确定锚固段长度La

La=Fs2*Pt/n*dh*T.........（8）

式中：

Ds一一张拉钢材外表直径（束筋外表直径）（m）

d一一单根张拉钢材直径（m）

dh——锚固体（即钻孔）直径（m）

Iu——锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限粘结应力，按砂浆原则抗压强度fck

的10%取值（KPa）

I——锚孔壁对砂浆H勺极限剪应力（KPa）

b、压力分散型锚索的锚固段长度计算

压力分散型锚索的锚固段长度计算公式同于拉力型锚索的锚固段长度

计算。

5、张拉力与油表读数线性方程确实定

通过进行张拉，可以得出一系列油压表读书及张拉力值，通过这

些数据我们可以确定张拉力与油压表读书之间的J线性方程。

假定线性方程为：Y=kx+b,要详细H勺求出线性方程，确定K,b

成为关键。确定线性方程的环节如下：

1.计算X平、Y平、E（X-X平）（Y-Y平）、E（X-X平产

2.计算回归系数K和截距b。K、b两值计算公式均是根据最小二

乘法的原理推算出来H勺，其公式如下:

K=E(X-X平)(Y-Y平)/£(X-XJ.....(9)

b=Y平一1(平乂..................(10)

3.列出回归方程，绘制回归直线，将求得日勺K和b时值代入Y=

kx+b,即得所求的I回归方程。

(四)、施工要点

1、注浆

锚孔围岩灌浆实质上就是运用锚孔进行深孔固结灌浆，当锚孔为

竖孔时，为了简化施工工艺，可采用自下而上分段灌浆。当锚孔为水

平孔或仰孔时，可在孔口安设灌浆塞，进行灌浆。

锚索口勺注浆分为一次注浆和两次注浆，两类注浆方式。大量实践

证明，认真进行孔内施灌一次砂浆效果已很明显，多次简朴地反复施

灌，往往延误工期，导致挥霍，效益也提高不多，如遇一次施灌效果

不能满足设计规定期，可采用下列补救措施：

(1)、提高水泥细度，改善浆液可灌性；

(2)、改用化学灌浆。

采用两次注浆注浆量H勺控制：

(1)、初次注浆量估算

Q尸Qwn•6...........(11)

式中：L一浆液扩散半径(m)

H—压浆孔深度（m）

n—岩体孔隙率（II：3%〜5%、III—1：2%〜3%、HI：3%〜5%、

IV-1：1%〜2%、IV：2%〜3%、V：1%〜2%）

B一注浆在裂隙内H勺有效填充系数，视沿层性质而定，约为0.3〜0.9。

初次注浆时间：t=Ql/q...........（12）

Q1---初次注浆量（L）；

q——注浆泵理论排量（D；

2、张拉

在详细张拉中，做好原始数据口勺测量，校核张拉实测伸长值与计算

伸长值，若实测值超过容许偏差范围，则暂停张拉，分析原因，采用

措施予以调整后，方可继续张拉。此外，在锚固锁定期检查预应力筋

的回缩值，以免由于锚固锁定引起的预应力损失超过规范规定。

张拉工程出现日勺夹片滑丝、实测伸长值超标等异常状况均及时向

设计单位通报，明确处理措施。处理措施包括：更换夹片重新张拉、

整束锚索返工等。在锚索张拉符合规定或出现异常状况但经处理符合

规定之后方准许进入下道工序。

锚索预应力损失重要由钢绞线松弛、地层压缩蠕变及锚具日勺锲滑

三部分构成。预应力损失重要发生在张拉至锁定的瞬间，锁定后预应

力损失为所施加的10%〜20%,其中钢绞线松弛约占4.5%,锚具口勺锲滑

约占1%,地层压缩蠕变约占4%〜10%。为减少预应力损失，设计中应

当选用高强度低松弛日勺钢绞线和高质量的锚具，此外还应当对锚索进

行赔偿张拉或超张拉。一般状况下，锚索自由段为土层时超张拉值宜

为15%〜25%,为岩层时宜为10%〜15%。

3、生产性试验及试验

(1)、生产性试验

a、预应力锚索生产性试验目的

预应力锚索生产性试验就是按预应力锚索的施工生产过程对试件

锚索进行受力检查、验证，通过各生产过程日勺试验，熟悉与优化施工

工艺，验证设计参数，检查锚索锚固力与否到达设计规定，是保证预

应力锚索施工质量不可缺乏的重要环节。

b、预应力锚索生产性试验内容

①、验证锚墩尺寸

锚墩尺寸是通过对锚索循环逐层加荷时的锚墩位移变形来验证

时。一般状况在循环逐层加荷至设计锚固力时，锚墩位移不超过20mm,

持荷时间到达lOmin,不破坏，认为锚墩尺寸能满足规定，否则需加大

尺寸。

②、锚索极限锚固力试验

极限锚固力指加荷至锚索的锚固段出现破坏时口勺荷载，锚索口勺破坏原

则为：

I、后一级荷载作用下的锚头位移增量到达或超过前一级荷载作用

下锚头位移增量的2倍；

II、锚头位移不收敛；

IIL锚头总位移超过设计容许值。

(2)、生产性试验

进行生产性试验重要针对压水性试验。为了保证在锚索注浆时注

浆不从孔内W、JW、J裂缝中流失，就要对钻孔H勺渗漏状况进行确定，为此,

在第一次成孔后和锚索推送前，应对钻孔进行压水试验。压水试验口勺

水压力一般不不小于0.3Mpao在详细日勺试验中应当按照如下日勺规定进

行操作：

a、进行压水试验时应按岩层的不一样特性划分试验段，试验段

长度宜5〜10m;

b、试验日勺起始压力、最大压力和压力级数按需要和现场状况确定;

c、应在每10分钟日勺间隔记录一次压入水量，当持续四次读数的

最大值或最小值与最终值之差不不小于最终值KJ5%时，该值即为该

压力下H勺最终压入水量；

d、压力应由小到大逐层进行，到达最大压力后再由大到小逐层减

少到起始压力，并及时绘制压力与压入水量的有关图;

e、当测得钻孔在0.IMpa的I压力下lOmin内平均漏水量超过5L/m

in时，应对钻孔进行预注浆；待注浆体固化后再进行钻孔并反复压

水试验，直到漏水量满足规定为止；

f、当有水从钻孔渗出，且在邻近岩体区域内H勺节理裂隙中可看到

渗水时，可不做压水试验而直接进行预注浆。

4、碰到地质缺陷问题的处理

(1)、钻孔过程中碰到塌孔、严重失水、漏风等现象，导致钻孔困难

时，应认真分析原因，当确定为地质缺陷时，应先进行围岩钻孔固结

灌浆处理，以及加深钻孔，直至内锚段所有到完整岩体为止，同步锚

索长度作对应调整。

(2)、锚孔围岩灌浆时，如遇地质条件差，发生严重串孔时，将形成

大面积承受灌浆压力H勺危险局面，对抗滑、抗倾覆稳定极其不利，优

先采用单孔单灌，即灌一孔再钻相邻孔。若效果仍未到达设计规定，

则可采用：

a、充水平压，将串通的孔逐孔充水，也可阻塞孔口将孔内积水低

压循环，既可减少串浆也许，又可将小量串浆立即冲出去，防止在孔

内沉淀；

b、先临时封堵邻孔，待灌浆结束后，再对邻孔进行扫孔，严重串

孔时，应会同监理、设计人员研究，并采用有效口勺补救措施。

(3)、当岩面高下不平，以及破碎极为严重，尤其是多种裂隙交错发

育，使边坡岩体日勺稳定性大为减少，更为严重的是孔口有大量风化岩

体的存在，这就需要：

a、撬除孔口危岩，

b、将锚墩体积增大一倍，再是张拉吨位合适减少。

5、几种异常状况的处理

(1)、端头锚索二次进浆管堵塞。

对二次进浆管已堵塞的锚索采用补设回浆管、运用原回浆管灌浆,

提高压力灌浆等方式处理，对于其中的重要部位，设计采用了增补锚

索、锚杆等措施。补打锚索的施工，在张拉段灌浆前先检查二次进浆

管，若不能保证畅通，则将锚索卸荷，另穿入15mm钢管至孔底替代

灌浆管，再重新张拉，从而保证了因处理二次进浆管堵塞而补打日勺锚

索灌浆畅通。

(2)、锚索张拉伸长值超标。

出现伸长值异常H勺原因包括：锚固段裂隙窜浆使张拉段缩短、地

质裂隙受压闭合等。处理措施包括：确认为地质原因导致伸长值异常

而保留使用、整束锚索返工等。

(3)、锚索夹片滑动或锁定回缩量超标。

出现异常的原因包括：个别批次的锚具夹片加工缺陷、钢绞线被

尘粉粘染等，处理措施包括：卸荷后更换夹片重新张拉、单根钢绞线

赔偿张拉等

(4)、锚索张拉段灌浆异常状况。

在灌浆过程常常碰到裂隙漏浆、堵管等异常状况，分别进行了封堵

裂隙、延长并浆时间等处理。

五、重要材料及机具设备

1、重要材料

(1)、钢绞线及锚具

a、钢绞线规格：

根据边坡体的高度和土压力分布状况，采用①15.24mm高强度底松

弛预应力钢绞线，锚索分为5层设置，锚索排间距设置为3m。钢绞线

规格如下：

公1000h松

极限屈服设计荷载作用时

称伸弛率

公称强度单位张杭张拉

截长初始负荷使用状态预应

直径级别容重荷载荷载预应力施

面率力传

(mm)MPakg/mPuPy

积%0.70.80.60.65加过程中

(KN)(KN)递时

mm2PuPuPuPu0.9py

0.7pu

<<

15.218601391.1012592203.5155.4168.4198181.3

2.54.5

b、锚具规格:

锚固能力(心0

锚具规格钢绞线规格配套千斤顶

理论破断力张拉力超张拉力

15-6615541087.81243.2YCW150B

(2)、注浆材料

注浆材料重要分为:纯水泥浆和水泥砂浆，水灰比宜为0.4〜0.45,

根据需要掺入部分外加剂，灰砂比为1.0,一般注浆体抗压强度不不不

小于30MPa。水泥应当根据详细状况和设计规定选用，常采用硅酸盐水

泥或一般硅酸盐水泥。对永久性锚索，外加剂中不得具有有害性腐蚀

性元素。下表为常用日勺外加剂类型及掺入量:

类型名称最佳掺入量(％)阐明

早强剂三乙醇胺0.05加速凝结、硬化、提高初期强度

缓凝剂木质磺酸钙0.2~0.5延缓凝固、增大流动性

膨胀剂明矶石10〜15膨胀量达15%

抗泌剂纤维素酸0.2-0.3防止泌水，相对于拌和用水的0.5%

减水剂UNF-50.6增长强度、减少收缩

2、机具设备

重要机具设备

序号设备名称单位数量

1钻机台4

2注浆泵台1

3搅拌机台1

4千斤顶台1

(1)、钻机

采用100D型钻机。

(2)、注浆泵

采用TTB50/3注浆泵，该泵合用于含颗粒日勺浆液输送。其重要技

术参数如下:

型式单缸单作用柱塞泵

理论排量(L/min)50

额定压力(MPa)3

容积效率作)90

进浆管径(mm)38

排浆管径(mm)25

浆液配比(kg)1：2：2.5(水：灰：砂)

整机质量(kg)200

外形尺寸(长*宽义高)(mm)1070X500X490

动力机功率(KW)4

(3)、搅拌机

采用TTJ—(200〜300)液浆搅拌机，其重要技术参数如下:

j-—型号

型式"I,J一TTJ-200

公积容积(L)200

搅拌转速(r/min)35

出口直径(mm)64

功率(kw)1.5

重量(kg)300

外形尺寸(长X宽X高)(mm)850X850X1900

(4)、千斤顶

采用ESYDC1500-200型。

六、劳动组织

重要人员祥见下表:

序号工作项目人数备注

1总负面1指挥施工

2钻孔8

3编索4

4分.索4

5制浆4

6