高边坡防护中预应力锚索的施工要点探析

江慧元

（江西省地质调查勘查院，南昌 330025）

1 工程概况

某水电站位于金沙江上游，由核工业华东某工程勘察院承担水电站尾水洞出口边坡施工任务，施工范围为高程2 715.20～2 791.92 m 的边坡，边坡上部发育3 处危岩体和1处危石群，需在尾水出口边坡开挖前先行处理。根据设计方案，边坡2 715.20 m 高程以上设计支护结构，防护类型主要有浅层锚喷支护、深层锚索支护、马道锁口锚杆、边坡开口线锁口锚杆束、坡顶截排水沟、柔性防护网等，其中，深层锚索支护设计预应力锚索516 束。该工程边坡2 745 m 高程以上为基岩陡壁，坡度在40°～60°；2 745 m 高程以下至金沙江边为崩坡积块碎石土，基岩岩性为华力西期花岗闪长岩，岩石致密坚硬，风化较弱。结合开挖施工方法，锚索采用随层支护方式进行。

2 高边坡防护中预应力锚索的基本原理

高边坡防护中预应力锚索施工实践中，常用的工具包括锚垫板、保护帽、锚具。其中，锚具是高边坡防护中固定锚索位置的重要工具，能够在后期张拉锚索的过程中避免锚索出现位移，将其固定在特定位置内，同时促进支护区域内张拉力的传递，确保各坡段受力的均匀性[1]。高边坡防护中，预应力锚索的基本原理是用锚索承受边坡区域的外力加固该区域的土体结构，为边坡施工打好基础。

3 高边坡防护中预应力锚索的应用优势

预应力锚索是新时期处理高边坡施工问题的重要技术手段，能够针对性地改善高边坡的受力情况，使其具有较强的稳定性，能够预防高边坡施工过程中的坍塌、失稳风险。相较于其他防护技术，预应力锚索的应用范围较广，可用于各类工程项目的边坡防护，同时有助于减少边坡施工量，节约施工时间[2]。除此之外，预应力锚索施工技术还能在高边坡施工中分散各区域的荷载力，从而通过调节边坡受力的方式，预防因荷载过大而导致的塌方情况。在高边坡防护施工中突出预应力锚索的技术优势，还应提前分析锚索加固的基本要求，计算其规格参数。

4 预应力锚索高边坡防护的施工要点

4.1 钻孔

高边坡防护作业中，钻孔是预应力锚索施工技术的基础工作，钻孔时可用的设备包括QZJ-100B 钻机和锚索钻机。（1）施工人员应基于高边坡施工设计图纸，使用全站仪放样并确定孔位，之后可在指定位置将钻机布设安装，同时调整钻机的各项参数，以及钻头的倾角、方位角，固定后钻孔。钻孔过程中的开孔偏差应控制在100～200 mm，钻入偏差应控制在3°以内，孔的斜度一般不得超过孔深的2%，孔径应与设计值相符。而钻孔时的终孔应控制在合理深度，不得超过40 cm，孔径的允许误差约为10 mm。（2）使用专用孔道扶正器进行对穿孔的钻孔施工。钻孔过程中，施工人员可采用BUZ-D 型多点照像测斜仪作为孔道的测斜设备，并每隔10 m 在钻孔内进行分段测斜。测斜过程中需要同时量测、记录孔道内的曲线坐标。然后用曲线数据处理软件计算孔道偏差。若发现孔道存在偏差，施工人员应及时优化钻机风压、钻进压力、扶正器位置等施工参数，及时纠偏，使其精度达到设计要求。（3）钻孔作业完成后，若出现端头锚孔深度达到设计深度，内锚段却处于破碎或断层等情况时，还应适当延长钻孔深度，确保钻进至稳定地层后方可停止。

4.2 锚索制作

4.2.1 锚索加工

钢绞线进场时，应对其进行质量验收，验收无误后登记其编号。钢绞线开盘前先固定牢固后将外包装拆除，再抽芯放线，然后进入钢绞线下料环节。钢绞线下料通常会在专用工作台上完成，下料长度应符合钻孔深度及高边坡防护施工图纸设计，或按照钻孔深度加上锚具厚度、千斤顶工作长度、垫座厚度和20 cm 调节长度截取。正式下料前应注意钢绞线表面有无损伤，同时用专用仪器设备将钢绞线截断，确保钢绞线截断后不存在三头、切口不齐等问题。

在此基础上，对于部分无黏结锚索，施工人员应按照高边坡防护中锚固段的设计长度去除PE 塑料保护管，清洗油脂，使其长度误差控制在1 cm 以内。去除外层的保护管时，可结合实际情况，应用人工拉拔、电工刀的方法将外层保护管剔除。清洗保护管中的油脂时，需要使用专业工具。施工人员可借助专用工具将钢绞线松开，逐个清洗。清洁后用不会损伤钢绞线的棉纱吸干水分和剩余油脂。经检测确定钢绞线干净后，可将其投入使用。在此过程中，使用人员还应在钢绞线套管切口端头处用胶带缠封，避免出现漏浆的情况。

4.2.2 锚索制作

确定无黏结锚索满足高边坡防护设计要求后开始锚索制作：（1）现场编制钢绞线，编束时可在编束储料架上将钢绞线顺次平铺，并按照施工图穿好架线环及其他附件，随后开始编帘扎束。距离锚索锚固段约1 m 的地方，施工人员可安装对中隔离架，然后在锚固段中心位置使用无锌铅丝将隔离架绑扎起来。而在锚索张拉段，相关人员应在距离锚固端2 m 处布设隔离架，然后在间隔1 m 处绑扎隔离架，绑扎过程中应确保绑扎的牢固性。（2）施工人员可将灌浆管、钢绞线捆扎，绑扎时确保二者相互平行。绑扎后可用塑料支架分离钢绞线和塑料管，塑料支架与锚固段的距离约为0.75 m。和锚索张拉自由段的距离为3.0 m 时，施工人员可用胶带将连接锚固段、自由张拉段的钢绞线和PE 套管缠绑在一起，避免在锚索制作过程中出现浆液浸入的情况。（3）将导向管布设在锚索端头，然后借助锚索和铁丝将其固定，再使用环氧水泥将二者胶结。而锚索尾端则需要结合钢绞线的排列顺序依次编帘，且间隔2.5 m 范围内应避免使用隔离支架。

4.3 锚索安装

1）钢绞线组装完毕后，可将其装入波纹管内，靠近内锚固段的波纹管顶端应使用PE 塑料端帽封口。在此期间，可将其中一根塑料灌浆管伸出端帽外，作为波纹管外部灌浆管，另一根塑料管处于端帽内，并距端帽0.1 m 的间隔，作为波纹管内部的灌浆管。波纹管外侧安置外部定心器，便于确定锚索是否处于钻孔中心区域，但需要在波纹管周边预留后期安装锚索的空间，同时使波纹管管身可以均匀涂抹一定厚度的灌浆胶结体。在此过程中，定心器与锚固端的距离一般为1.5 m，与自由端的距离为3 m。

2）安装锚索时，应在锚索入孔前期，使用高压风冲洗孔道，清洗、风干孔道后，施工人员可将锚索体转移到钻孔区域，使用人工及液压自动送索装置等方式将其送入孔内。索体就位后及时将锚索外露部分包裹，以防污损。

3）锚墩施工。高边坡防护施工中，锚墩施工尤为重要，锚墩所用的混凝土应为C35，实际配比应在试验分析后确定，配制完毕后使用6 m3混凝土搅拌车将其运输到施工现场，使用振捣器振实浇筑。浇筑前，施工人员需要将混凝土浇筑区域打毛并清洁，同时布设钢筋网片、套管、孔口垫板等设施，随后正式浇筑混凝土，铺装锚垫板。铺设锚垫板时，施工人员应使垫板结构与孔道轴线垂直，套管则需要与垫板结构相互对称，套管、垫板固定后，将二者之间的孔隙进行密封。

4.4 锚索灌浆

基于高边坡防护工程的预应力锚索技术，锚索灌浆是该技术的施工要点之一。该工程无黏结锚索灌浆采用两次注浆，注浆时间分别在下锚索后与混凝土浇筑外锚墩前。施工人员需要在孔口封闭后在全孔进行一次性注浆，经检验确定锚索张拉合格后可二次封孔，同时回填浆液。

该水电站尾水洞出口边坡施工中，制浆设备为JJS200 浆液搅拌机、2SNS 灌浆泵，浆液为M30 纯水泥浆，水泥浆水灰比为0.4～0.45。注浆时可基于排气法，对于下倾锚索，施工人员可直接在孔底插入注浆管，使浆液从孔底注入钻孔内。在此过程中，注浆浆液会自下而上地从灌浆管缓慢灌注，顺利地排气、返浆，灌浆压力应控制在0.3～0.5 MPa。对于仰孔锚索，注浆作业中还应从止浆环处将浆液注入，并利用空气产生的压力使其注入孔底，经孔底的排气管排出。

灌浆管进浆时，还应将压力表布设在排气管上。然后采用压循环灌浆工艺，直接在注浆过程中敞开排气管，使浆液、钻孔内的水汽顺利排出。浆液回流后，施工人员应及时将排气阀关闭，将回浆压力控制在0.4 MPa 以上，吸浆率不高于1 L/min，满足两个以上条件后可在屏浆30 min 后结束灌浆作业。但灌浆浆液温度保持在5～40 ℃，若周围气温低于5℃，还需对制浆系统、灌浆机械、输浆管线进行保温处理。

4.5 锚索张拉

锚索张拉是高边坡支护中预应力锚索技术的关键环节之一。具体的张拉操作如下：

1）分别安装千斤顶、锚板、工具锚、夹片等锚索张拉所需的工具。但在安装前，施工人员应及时清洁锚板锥形孔和夹片，保证张拉过程中可以顺利将工具锚卸下。对于张拉时所用的工具夹片，施工人员可在夹片表面涂抹润滑剂。此外，锚板上雏形孔、工作锚上的雏形孔排列位置应保持一致，张拉期间，还应避免与千斤顶穿心孔内钢绞线相互交叉。

2）正式张拉前，可通过施加张拉荷载的方式预紧钢绞线，张拉荷载控制值约为30 kN，钢绞线受力均匀后开始张拉锚索。拉力控制是锚索张拉的关键，施工人员需要准确记录、校核锚索伸长值。在该水电站尾水洞出口边坡施工中，锚索张拉时钢绞线的预紧值分别为25%、50%、75%、100%、105%。

3）由于部分拉力较为分散的锚索中钢绞线长度存在较大差异，需要通过以下方式保证张拉结果：（1）按照锚索的总预紧力，分别预紧单根钢绞线。然后根据最短钢绞线的长度值，分别计算其他钢绞线的理论伸长量，并应用单根张拉方法，分别按照钢绞线伸长量将钢绞线张拉到位。（2）施工人员在分别预紧单根钢绞线后，可基于锚索设计荷载分析单根钢绞线张拉时需要的应力，同时按照张拉程序规范地完成单根张拉工作。施工人员需要准确标记单根钢绞线，并提前注明钢绞线长度、张拉力等张拉参数。

4）张拉锚索时，施工人员应将每分钟的升荷控制在设计应力的1/10，卸荷每分钟需要小于设计应力的1/5。锁定锚索后，锚索应力在48 h 后若没有下降到设计值的10%，还应通过补偿张拉的方式，使锚索应力符合设计要求。

4.6 外锚头保护

锚索孔口灌浆结束后，应在锚板外预留约15 cm，然后用砂轮切割其他多余的钢绞线。之后，施工人员可根据施工图纸，通过混凝土浇筑的方式封闭保护锚头。浇筑混凝土前，需要提前清理锚具、钢绞线外露头、钢垫板上的锈蚀和水泥浆液，并对锚墩、锚头区域的混凝土浇筑面进行凿毛处理，处理完毕后涂刷环氧基液。

5 结语

综上所述，高边坡防护施工中预应力锚索的技术优势尤为明显，可有针对性地调整边坡受力，预防高边坡施工风险，增强边坡区域土体结构的稳固性。但是为确保预应力锚索加固处理的可靠性，还应结合高边坡的施工设计要求，明确预应力锚索的施工要点，规范钻孔、锚索张拉、锚索安装及灌浆等环节的操作行为，保障预应力锚索的实施效果，确保高边坡施工的安全性。