預應力錨杆與錨索支護技術

5 預應力錨杆與錨索支護技術

5 預應力錨杆與錨索支護技術

5.1 概述

5.1.1 預應力錨杆和錨索的概念

5.1.2 預應力錨索的分類與錨索基本結構

5.2 預應力錨杆和錨索結構與材料

5.2.1 預應力錨索與普通錨杆的區別

5.2.2 索體材料與結構

5.2.3 其它構配件

5.3 預應力錨索支護參數設計

5.3.1 錨索作用的基本原理及其破壞形式

5.3.2 錨索設計

5.4 預應力錨杆和錨索施工及其施工機具

5.4.1 預應力錨索施工程序

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

5.4.3 預應力錨索施工機具

5.1.1 預應力錨杆和錨索的概念

(1)基本概念

預應力錨杆就是施加有預應力的錨杆。如采用鋼絞線、鋼絲等線材作錨杆材料，並施加預應力，則被稱為錨索。

預應力錨固是預應力岩錨與混凝土預應力拉錨的總稱，是在預應力混凝土基礎上發展起來的一項錨固技術。它可以按照設計要求的方向、大小及錨固深度，預先對基岩或建築物施加主動的預壓應力，從而達到加固或改善其受力條件的目的。

所謂主動的預應力，就是在基岩或建築物產生變形之前，就已在發揮作用的錨固力。

預應力錨固的結構型式各異，但均由錨孔、錨束兩個部分組成。錨孔是設置錨束的鑽孔，錨束是施加預應力的主體。

錨束由錨頭(又稱外錨頭)、錨束體(即錨束的自由段)及錨固段(又稱錨根或內錨頭)等三個部分組成。

錨固段是預應力錨索的根基，是錨固在錨孔底部的非張拉段;

錨頭位於錨孔孔口以外，是張拉與鎖定預應力的支撐部分，屬非張拉段;

自由段是聯接錨頭與錨固段的部分，承受預應力張拉所施加的全部荷載。

5.1.1 預應力錨杆和錨索的概念

(2)錨索技術的曆史

最早是在20世紀初期(1918年)用於西裏西安礦山。30年代(1934年)阿爾及利亞工程師將預應力岩石錨杆技術用於舍爾法水壩。70年代，預應力錨固技術的應用已經相當普遍，有了專門的理論、設計方法和施工設備機具。

應用範圍：在工業與民用建築、橋梁、礦山、高陡邊坡、地下洞室、壩基、水閘墩基工程以及建築物的維護與補強等方麵已成為一種常用的經濟有效的手段，其理論與技術、工程規模都相對成熟。

我國起始於20世紀60年代，70年代後被廣泛推廣應用。當前，隨岩土工程規模的越來越大，國內的預應力錨固技術也達到了較高水平。

5.1.1 預應力錨杆和錨索的概念

(3)預應力錨索的特點

1)在高邊坡基礎開挖與隧洞洞臉開挖中，可增加邊坡穩定，減少開挖工程量，提前進洞，大大縮短開挖工期。

2)在壩基、岸坡抗滑穩定加固中，可在不擾動基岩，不影響水庫運行的前提下，提供可靠的抗滑力。

3)在大壩加高、加固中，可在不放空水庫、不影響壩區已有布置及水電站運行的情況下，達到加高、加固壩體，改善壩體應力的目的。

4)可較好地修補混凝土的裂縫或缺陷，可將過大的集中荷載分散到較大的範圍內。

5)可不增加自重而提高壩體或其他建築物的抗震、抗衝擊性能。預應力壩還可以用預應力錨索代替部分混凝土壓重，減少混凝土數量，改善壩體結構型式及施工條件，從而縮短工期、降低造價，使設計斷麵更加合理。

6)在大型洞室的支護中，既可以改善洞室圍岩的受力條件，又能加固洞室、治理邊坡、處理坍方、優化設計、方便施工，因此，在大型洞室噴錨支護中占有越來越重要的位置。

總之，預應力錨索具有設計合理、施工簡便、效益顯著、經濟可行等優點，這些獨特的優點，使其在國內外都得到廣泛的應用。

5.1.2 預應力錨索的分類與錨索基本結構

可根據錨索錨固部分的受力狀態將預應力錨索分為：張拉型(拉力型)、壓力型、載荷分散型等3類。

(1)張拉型錨索

張拉型錨索的錨固類似於普通端頭錨固錨杆。它有兩種錨固形式，即水泥漿液、水泥砂漿或樹脂的粘結式錨固與機械式錨固。

所謂張拉型錨索，就是錨索體所施

加的預應力對砂漿、水泥漿或樹脂

固結體產生張拉力作用，從而對圍

岩實施主動支護作用。

張拉型錨索根據張拉段是否粘結分

為全長粘結式和自由式。但全長錨

結是經過端頭錨固、張拉和二次注

漿的過程。

張拉型錨索結構簡單，造價低。

5.1.2 預應力錨索的分類與錨索基本結構

張拉型錨索靠錨索體對固結體的張拉作用實現錨固，因此，容易在自由段與粘結段界麵出現應力集中使錨索與固結材料發生開裂(剪裂縫一般在粘結段1m範圍內出現，張拉裂縫會在1~3m的範圍出現)，甚至會由此而導致整體錨索失效。

(2)壓力型錨索

壓力型與拉力型錨索在結構上存在明顯的區別，一方麵壓力型錨索的拉力是通過錨索底部的端部壓板對漿液固結體的壓力實現預應力，從而產生對圍岩的約束作用;另一方麵，壓力型錨索的自由段套管一直沿伸到端部壓板附近。

由於漿液固結體的抗壓性能要比抗拉和

抗剪性能好得多，且受力範圍也更大，

因此壓力型錨索的受力狀況要比拉力型

更好，工作更可靠。同時，這種結構可

以一次完成全部長度的灌漿工作。

5.1.2 預應力錨索的分類與錨索基本結構

(3)載荷分散型錨索

預應力作用的過分集中對固結體以及岩土體受力不利，采用在錨索孔長度上將錨索預應力分散，這樣就形成了荷載分散型錨索結構。

該法對裂隙發育或土質鬆軟的地層非常有利，可避免固結體及岩土體強度不足而造成的破裂，同時，可減小加固範圍內的岩土體因受預應力作用而引起的不均勻變形。

荷載分散型錨索可分為壓力分散和拉力分散與拉壓分散型等幾種。

拉力分散型錨索隻是將幾根長短不等的錨索體，采用和拉力型錨索的結構一樣，錨固在錨孔中的不同長度位置上，使預應力分散作用於不同深度的岩土體上。

壓力分散型錨索有相同的概念，將錨索的端部壓板固定在長度不同的錨索體上，在實現壓力傳遞預應力過程中起分散載荷的作用。

剪力分散型錨索結構是在無粘結鋼絞線末端用環氧樹脂粘結，然後固結在水泥砂漿或水泥漿中。

拉壓交叉分散型錨索是在一根鋼絞線的端部，做成拉力式錨固結構，而在其餘部分設置套管，並在套管端部位置安設承壓板。錨索孔中長短不同的錨索體采用相同結構，形成拉壓分散型結構。

5.1.2 預應力錨索的分類與錨索基本結構

5.2.1 預應力錨索與普通錨杆的區別

1)錨索要施加高預應力，在全長範圍內要區分錨固段和自由段。錨固段是錨索受力的根基，同時也是能承受預應力的基本條件;自由段是預應力作用的工作段。

2)錨索承受更大的載荷，錨索體通常采用高強高性能材料;對錨固力的要求也高，一般錨固段較長，且通常是全長灌漿。

3)錨索加固工程一般規模相對較大，服務壽命也相對較長，因此要求考慮錨索的防腐蝕問題。

4)為了向岩土體內傳遞比較高的載荷作用，在錨頭部位一般設有專門的墩座。

5)為保證錨索或預應力錨杆在錨孔中受力合理，要使其在長度範圍內能對中就位，因此在錨索上設有對中支架。

6)由於錨索的施工規模相對較大，預應力和承載能力高，預應力施加要求嚴格，因此施工機具和施工質量都要求有比較可靠的保證。

5.2.2 索體材料與結構

(1)對索體材料一般要求

應根據材料自身特點、載荷大小和特性、加固規模、施工場地等因素選擇。常用的索體材料有高強預應力鋼絞線、高強預應力鋼絲、精軋螺紋鋼筋和無粘結預應力筋等，要求具有強度高、柔性好、延伸率低等特性。

精軋螺紋鋼筋屬剛性預應力錨杆，由40Si2MnV或45SiMnV高強度鋼材製作，鋼筋全長軋有完整的外螺紋，可用聯接套管接長，端部用墊板和螺母鎖定，施工方便。一般在設計錨固力600kN以下，杆長小於20m的工程中使用。

預應力錨索常用鋼鉸線的規格是Φ12.70mm和Φ15.24mm。

高強預應力鋼絲一般在混凝土工程中應用較多，它是以優質高碳鋼園盤條經等溫淬火並拔製而成。

無粘結預應力筋由預應力鋼絞線、防腐油脂塗料層和聚乙烯或聚丙烯外包層組成，具有優異的防腐、抗震和錨固性能，適用於各種先張和後張錨固。

錨索材料及其施工質量的好壞直接關係到錨索加固工程的質量、效果和壽命。因此，錨索材料不僅要合理選擇，而且從開始進場就應該有嚴格的管理和驗收製度，並確保合理維護和正確施工。

5.2.2 索體材料與結構

(2)常用索體材料性能參數

高強精軋螺紋鋼筋的力學指標見表5-1;

普通預應力鋼絞線規格和力學指標參數見表5-2;

低鬆弛預應力鋼鉸線規格和力學指標參數見表5-3;

預應力鋼絲規格和力學指標參數見表5-4和表5-5。

5.2.2 索體材料與結構

(3)索體的製作

鋼絞線或鋼筋的製作內容主要是根據長度要求截斷，然後在自由段套上套管，並在其內注入油脂。如是用廠家提供的帶套管鋼絞線時，則要求在錨固段和錨頭長度範圍內剝除套管，以便於注漿固結。對錨固段需根據設計安裝和固定好隔離支架，以形成串狀糖葫蘆結構，可有助於提高錨固強度和錨固力。在張拉段可設置對中支架，保證鋼絞線沿全長在一條線上。

高強鋼絲的製作多一道編製的工序。即在下料後需要將設計的若幹鋼絲分別穿過帶孔(槽)的金屬板(隔離架)使其定位。然後每隔1m左右用鐵絲或束線環將鋼絲綁紮固定在一起;在張拉段要設置對中支架，且要求綁紮在一起的鋼絲長度應彼此一致，否則會造成受力不均勻，從而降低整個錨索的支護效果。

5.2.2 索體材料與結構

(4)張拉與鎖定

準備工作：為張拉需要，在墊墩和外錨頭底麵間留置千斤頂空間，並用臨時支座支撐。支撐外安置墊平鋼板和注漿套管以及外錨頭。

張拉與鎖定工作：應在孔內膠結材料和墊墩混凝土有足夠強度以後再進行。因為張拉力一般為極限錨固力的40~70%，而混凝土中加入早強劑以後可以在10天左右達到80%設計強度，因此，通常在注漿後8~10天可以進行張拉。

正式張拉前應先用10~20%的張拉力進行兩次預張拉。使錨索各部件緊密接觸、杆體平直，消除隱蔽的變形量。

張拉應按規定分級進行。荷載加到最終值時(1.1~1.2倍的設計值)，保持規定時間間隔，壓力無變化、位移不超量，方可鎖定。

5.2.3 其它構配件

(1)導向帽、隔離支架、束線環、對中架

導向帽用於鋼絞線、高強鋼絲錨索錨固端的頂部，將鋼絞線或鋼絲與導向帽組合在一起並有一定剛度，可便於將錨索送入錨孔底部。一般采用鋼板或鋼管製作。

隔離支架用於鋼絞線的相互分離，使鋼絞線分布均勻，並有混凝土包裹。注意隔離支架不能影響注漿時漿液流通。

束線環配合隔離支架使用，用束線環將鋼絞線束成環，可避免隔離架和鋼絞線的脫落。

對中架用於錨索的張拉段，套在錨索上支撐在孔壁上使索體對中，並保證有一定漿液包裹。對中架應根據錨索自身的剛度來設置，一般間隔為1~3m。

5.2.3 其它構配件

(2)錨具

包括夾具、錨鎖等。預應力錨索采用的錨夾具以夾片式為主，常用的錨具為OVM型、QM型、XM型等。因錨具規格要按鋼絞線來選取，因此，在使用中應按所用鋼絞線規格選取相應的錨具，以保證錨具夾片與鋼絞線之間有良好的匹配關係。

(3)混凝土墊墩

錨索頭部一般有台座、承壓板、緊固器組成。

墊墩台座通常由鋼筋混凝土或加鋼板構成，台座放置承壓板的表麵應平整並與錨索(杆)垂直。承壓板要求有足夠的剛度。

因此，墊墩混凝土強度等級一般在C30以上，混凝土墊墩的最小厚度不少於10cm，墊墩表層鋼墊板厚度不少於25mm。

錨索張拉和鎖定前後應用油脂充填錨孔墊板上下部位(錨孔與防護帽的空隙)，以起防止鋼絞線等金屬材料的鏽蝕作用。

5.3.1 錨索作用的基本原理及其破壞形式

(1)預應力錨索作用的基本原理

預應力錨索的基本作用原理和其它預應力構件一樣，是通過對錨索體的張拉，形成對周圍材料的壓力作用以提高岩土體抗破壞能力;同時，當岩土體有可能出現拉應力時被這部分壓力作用所抵消，可以減少岩土體內的拉應力。因此，岩土體處於預應力作用狀態將大大提高岩土體的強度值。

預應力錨索和普通錨杆支護的主要區別：預應力錨索支護與加固的是一種真正意義上的主動作用，它靠預應力提供的高抗滑動阻力以實現岩土體的穩定;而普通錨杆支護主要是由岩土體變形而被動地引起錨杆的約束作用實現岩土體穩定。因此，預應力錨索支護性能明顯優於普通錨杆支護。

預應力錨索支護的基本原理還是通過錨索使岩土體發揮出更高的承載能力，因此錨索也是一種通過岩土內部來實現加固岩土體的手段。岩土體自身的強度和性態還是決定於錨索支護與加固功能的根本因素，性質惡劣的地層就難以實現錨索支護或不能取得較好的效果。

5.3.1 錨索作用的基本原理及其破壞形式

(2)預應力錨索的破壞形式

預應力錨索的破壞形式主要有下列幾種：

1)錨索體與注漿固結體之間的剪切或拉伸破壞。

2)注漿固結體與岩土界麵之間的剪切破壞。

3)地層在預應力或地層載荷作用下的剪切破壞。

4)索體材料的斷裂破壞。索體斷裂情況比較複雜。大致可能分為兩種情況，一種是錨索材料強度不足造成的;另一種可能是預應力過高造成的。

5)固結漿體在錨索的拉力或壓力作用下破壞。

6)岩土體的整體破壞。

由此可見，錨索支護在設計中要考慮的因素比較多，同時，錨索支護設計過程還是一個比較複雜的問題。由於目前地層壓力問題等沒有很好解決，因此，進行錨索支護還不能象地麵預應力結構那樣，有一個比較可靠的理論依據和明確的設計方法。

5.3.2 錨索設計

(1)錨索設計的基本內容

錨索設計的基本內容有：錨固力大小和預應力值、固結長度和錨索整體長度(錨固深度與錨索自由段長度)、索體材料的確定及其構成和相應的截麵積、錨頭設計等。

(2)錨固力大小設計

要求錨索具有的錨固力大小可以由兩種方法來確定：一種是類似土釘的設計方法，根據地層滑動的最小穩定性係數，比較所需要的穩定性係數，通過錨索的錨固力來實現地層穩定並滿足設計要求所需要的穩定性係數。另外一種是采用工程類比法確定。根據穩定需要的錨固力，可稱工作錨固力( )。

實際設計錨索其他尺寸時，都需要考慮安全係數( )。所以通常用( )來計算錨索的各部分尺寸參數。

5.3.2 錨索設計

(3)錨固段長度設計

錨固結構不同，其錨固段長度設計也不同。可以分為以下幾種：

1)完整岩體或硬質粘土層，采用低壓力(<1MPa)或無壓灌漿

此時的漿液固結體成規整的圓柱體，並且基本和孔徑大小一致。錨固力靠固結體與地層的粘結力提供。

假設：漿液固結過程沒有體積收縮，且低壓力注漿也不改變(壓縮)孔徑;錨固段受力時，應力沿孔壁均勻分布;破壞是由漿液固結壁與孔壁的粘結力不足造成(粘結力控製錨固力大小);或者是由於粘結壁附近的土體內突發性剪切破壞(土的抗剪強度控製)。

則錨固長度計算公式為

5.3.2 錨索設計

2)裂隙岩體或非粘性土的較低壓力(1~2MPa)注漿

此時，由於漿液滲透作用，固結範圍要超過鑽孔的孔徑。破壞發生在鑽孔錨固段地層周邊部位。則參照樁的設計方法，有公式

上述公式比較粗糙，進一步的修正的公式為

公式說明錨索的承載能力包括兩部分，即孔周圍的抗剪力(分母項)和考慮錨索端部的承載能力(分子後項)。

5.3.2 錨索設計

3)高壓(>2MPa)注漿造成漿液固結部位形成劈裂注漿形成樹根狀固結

目前這類計算公式更不成熟，主要通過試驗確定。

部分資料表明：當注漿壓力小於3MPa前，固結段強度隨注漿壓力線性上升;3MPa以後，注漿壓力就幾乎沒有影響。

對中到高塑性粘土注漿壓力達3MPa，其粘結強度為300~350kN/m2。

4)在錨固段采用一係列啞鈴狀擴孔法鑽孔的注漿錨索

擴孔後的直徑約為鑽孔直徑的2~4倍，因此其錨固力取決於周邊的剪切力和端部的抗拔力。這類方法要求擴孔時鑽孔不出現塌孔現象，適用於不排水強度 大於90kPa的粘性土。

錨固段長度可以按下式計算：

由公式可以看出，這類錨索的粘結強度由三部分組成，即直線鑽孔段周邊抗剪強度(分子中的後一項)、端部作用承載能力(中間項)、以及漿液粘結強度。

5.3.2 錨索設計

5)錨索體與注漿固結體界麵強度計算

沿錨固體長度上的剪應力分布是不均勻的。菲裏普斯將拉力型錨索應力分布表示成指數形式。從拉力作用點開始計的剪應力為：

對應力沿長度積分，有

因為計算不方便，設計時就采用均勻分布的假設，即

極限剪應力和固結體的抗剪強度與其抗壓強度有關。要求固結體的強度不小於30MPa。

5.3.2 錨索設計

6)錨固段長度設計的一般要求

要將4)、5)兩種錨固長度的計算結果進行比較，並取其大值。

對於硬岩石一般是後者控製，對於軟弱地層則常是前者控製。

在硬岩石中，錨固力小於200kN時，錨固長度不宜小於2m;錨固力大於200kN時，不宜小於3m。因為過小，可靠性太低。

在土中錨固，最短也不應小於3m，但最長也不宜超過10m。試驗表明，長度超過臨界值對錨固力並沒有顯著影響。一般最佳長度為6~7m。

5.3.2 錨索設計

(4)錨固段的深度(自由段長度)

1)概述

錨索錨固在岩土體內部一定深度，淺部是張拉的自由段。因此，錨固段深度(h)基本上就是自由段(l)的長度，也是錨索控製岩土體的(深度)範圍。

錨索在岩土中的總長為固結段與自由段長度之

和，即

預應力錨杆或錨索既有錨杆和土釘的作用，又有

較高的預應力作用。因此，考慮預應力錨杆或錨

索的錨固深度，既要考慮加固範圍，又要考慮在

高預應力下，錨杆或錨索作用範圍的岩土體不被

拔出，即岩土體不發生剪應力破壞。

岩土體在預應力拉拔作用下將呈喇叭鬥式破壞。

此喇叭鬥的錐角從固結段中點開始;根據岩土性

質不同，角度約在60º~90º之間。

5.3.2 錨索設計

2)在岩石中的錨固段深度

均質岩體單根錨索的錨固段深度：

均質岩體錨索群的錨固段深度：

斷裂岩體單根錨索的錨固段深度：

斷裂岩體錨索群的錨固段深度：

如果有地下水，則式中容重應改為浮容重，即

5.3.2 錨索設計

3)非粘性土中的錨固段深度

幹燥砂土:

錨索間距

其它情況

飽和砂土

另當錨索處於水平狀態時，可用上式進行簡化;而當錨索處於垂直狀態時，可用另外的計算公式。

5.3.2 錨索設計

4)粘性土

單根錨索或 的錨索群

錨索群，且

5)結構要求

錨索的的錨固段深度不應小於5m。

5.3.2 錨索設計

(5)錨索的截麵尺寸

以錨索截麵麵積為設計參數，即

(6)錨索間排距

錨索單獨使用時，可根據岩土體荷載大小，計算錨索的布置;群體錨索中的單根錨索作用要較單獨的錨索效果低。因此，群體錨索設計的錨固力要考慮對單根錨索的錨固作用的折減。

根據經驗，錨索間排距應大於4倍錨孔直徑，或大於1.5m。由於錨索經常與錨杆或土釘聯合使用，此時錨索設計要根據荷載分攤的原則進行。且因為錨固段預應力荷載相對較大，如錨索周圍有受力結構物，則應相距5m以上。

(7)張拉預應力設計

預應力錨索的張拉預應力大小需根據錨索材料的極限強度確定。

臨時錨索：不超過錨索材料強度的65%;

永久錨索：一般不超過60%，地下工程一般為40~60%。

5.4.1 預應力錨索施工程序

預應力錨索施工的基本程序包括：

造孔、編束、錨索安裝、注漿固結、張拉、錨頭固結和防護等。

5.4.1 預應力錨索施工程序

(1)造孔

預應力錨索可以用於岩石或土層中的加固，介質的性質有較大的差異。因此鑽孔前應根據加固工程所處岩土層的不同性質，選擇合適的鑽機。

在岩石中，應優先選用潛孔衝擊式鑽機，比較經濟有效。

在破碎岩層，可以使用旋轉式鑽機或帶套管的鑽機，可以避免因為碎石塌孔使鑽孔報廢，保證一次成孔;

在卵石層鑽孔，塌孔現象比較嚴重，則采用錨杆鑽機將鑽杆直接打入岩層中的方法(然後注漿);

在粘性土層中，可以采用帶麻花鑽杆的旋轉鑽機。

鑽孔施工要求鑽機的位置應不隨鑽機在鑽進過程的振動而移動，避免給安設錨索造成困難。

錨索的鑽孔孔徑一般大於80mm，長度在10m左右或者更長。對鑽孔的質量要求主要是保證長度、孔徑、孔的角度和軸線的偏差。孔內的碎屑會影響注漿效果和占居一定孔深，因此，鑽孔中碎石要盡量清除，鑽孔深度要有適當的延長(一般不超過1m)。

5.4.1 預應力錨索施工程序

造孔包括鑽孔、測孔、擴孔、固結灌漿及掃孔等工序，目的是鑽一個較為理想的錨孔，以提高錨固效果。對小型預應力錨索;一般隻要求一個孔放束即可;對滲水不大或采用爆破擴孔的錨孔，其工藝順序就可以改為鑽孔、固結、掃孔、擴孔;對大型粘結式錨索，為了減少錨固段的滲漏，就要先擴孔，再固結、掃孔;對中、小型錨索的機械式錨固段，孔底段宜改用金剛石鑽頭鑽進，以提高鑽孔孔徑的均勻性，更好地與錨具直徑配套。

由於造孔的造價約占預應力錨固工程總造價的一半，如何更好地改進造孔工藝，提高造孔工效，降低造孔部分的造價，將是造孔工藝設計與施工應該認真研究的重要課題。

5.4.1 預應力錨索施工程序

(2)編束

該工序可與造孔同時或提前進行。其內容包括編束的前期準備、編束及錨頭的製作等。鋼絲調直及防護處理等前期準備工作，可以根據各工程不同的錨索類型的具體情況酌定。

編束的方法，則隨錨束斷麵的型式不同而各異;錨固段與錨頭的製作，更是隨錨束的不同類型而各不相同。

5.4.1 預應力錨索施工程序

(3)放束與錨固

兩工序往往是同時或連續完成的。一般情況下，放束、錨固是在完成運輸、吊裝、孔內注漿後連續進行的。對某些類型的錨索在錨固後還應該繼續完成錨頭與墊塊的製作。例如混凝土柱狀錨頭，就是在完成放束、錨固之後才開始錨頭製作的，同時還應完成鋼筋混凝土墊柱或墊塊的製作。

錨索安設的主要質量問題是應保持錨索在錨孔中的平直、均勻，特別是在自由段和固結段之間不應有嚴重的彎曲。

錨索注漿有3個目的：形成與岩土層的固結段，提供基本錨固力和預應力的作用基點，提高錨固承載作用和加固效果，以及防腐。因此，對注漿漿液性質的基本要求是漿液的強度和稠度，即水灰比。注漿漿液的水灰比一般在0.4~0.45，有時可到0.5。漿液固結體的強度一般在30MPa以上。

下傾式鑽孔注漿，要和安設錨索的同時下入注漿管。上傾式鑽孔注漿要安設排氣管。注漿充滿鑽孔即可以結束注漿工作。

5.4.1 預應力錨索施工程序

(4)錨索張拉

錨索張拉是實現預應力加固的一個關鍵程序。它包括機具儀表的校驗、超張拉、張拉、安裝等工序。預應力張拉工具主要有千斤頂、油泵以及油壓表、高壓油管等。低預應力錨杆也可以采用扭力扳手。

預應力張拉要在注漿固結體具有足夠強度後才可進行。張拉施工應盡量采用單根對稱、分級逐步施加、慢加載的方法。所謂單根對稱是指有幾根鋼絞線的錨索，要先單根拉和對稱拉，然後整體張拉;所謂分級拉指張拉應力從小到大，逐級增加到設計值，並且在達到每一級張拉值後應有約二分鍾的穩壓時間。實驗表明，分級循環次數越多，預應力分布情況越均勻。

考慮到錨具的彈性恢複對預應力損失的影響，最終的張拉值應較預應力設計值更大一些，稱為超張拉。超張拉值一般為設計預應力值的5~10%。當油表表示預應力到達設計值後不再降低，可以鎖定錨索。

(5)防護

包括索體材料的防護、張拉前錨束在鑽孔內的臨時性防護與張拉後全孔的永久性防護。索體材料的防護和臨時性防護包括在索體上加金屬鍍層、塗有機質塗料、改變周圍介質性能等。而永久性防護則以水泥封灌為主。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

(1)錨索的錨固力

提高錨固力可以達到兩個目的：提供高預應力的條件和提高岩土體的穩定作用。提高錨固力的方法除采用高效錨固材料(高強水泥砂漿、樹脂)、優質施工外，還可以將固結段錨索製成波形以及在錨索底端製作專門的托板結構、增加錨固段的長度等。

增加固結段長度對提高固結力的作用並非一直是線性的。當固結長度超過一定尺寸後，再增加固結長度，對固結力的影響將明顯減小。這是因為錨索張拉力在固結段的分布並非均勻的。近拉力作用處應力集中顯著，遠處承受的應力就越來越小，並接近於零。由此以後再增加長度，對整個索體錨固力的影響也就幾乎為零了。因此，過分增加固結段長度，不僅錨固力的增加有限，而且減少應力集中的效果也不明顯。所以當增加預應力時，同樣會出現固結段拉裂的情況。一般錨固段長度不超過10m。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

(2)預應力損失問題

預應力是錨索加固的重要手段，因此保證預應力長期可靠作用是該技術的關鍵。造成預應力損失有三方麵的主要因素：

1)張拉過程的損失

張拉過程損失是指預應力張拉時，錨索實際上並未達到設計值。這是因為張拉過程中的摩擦損失，不同材料摩擦係數可以從0.03~0.3。因此張拉設備在使用前要求標定。

2)鎖定過程的損失

錨索鎖定力是靠夾具沿錨索鬆弛方向移動而提供的，因此在錨索鎖定過程中必然有損失。損失的大小和夾具設計和製造工藝有關。目前國內的夾具生產水平已經和國際水平相當，施加千kN級的預應力夾具回縮量約5mm，好的可以到達2~3mm。

錨頭的其它配件(墊板、墩墊等)質量和施工也會產生類似的影響。

超張拉的目的就是為了克服這兩部分的預應力損失。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

3)鬆弛和徐變造成的損失

鋼材鬆弛：鋼材在長期較高荷載下的鬆弛造成預應力損失通常在5~10%。如預應力在錨索強度的50%以下時，鬆弛影響可以忽略。

鬆弛的大小不僅和應力高低有關，還和工作溫度有關。

因此，預應力鋼筋要選擇低鬆弛鋼筋，並且規定設計的預應力張拉值一般不得超過強度的65~70%，超張拉時也不得超過78%。

岩土體蠕變：岩土體的蠕變也是預應力鬆弛的主要原因。

硬岩岩體蠕變的主要來自裂隙岩體受預應力作用後節理被壓密。因此質量高的岩體相對蠕變量就小得多。岩體蠕變的特點是：時間長、影響範圍小(在荷載集中域附近);通過反複加載，可以縮短蠕變穩定的時間(因此預應力施加過程常采用多次循環加載法)。軟岩(土)的蠕變量不可忽視。如，硬粘土的應力鬆弛量隻有中等硬粘土(12%)的一半。

混凝土徐變：混凝土徐變量相對較小。根據混凝土標號和混凝土的尺寸大小，一般因為混凝土徐變的預應力損失不超過3%。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

4)其他因素也可引起的預應力損失

如：材質變化(鏽蝕)、環境因素(溫度、介質受振動或衝擊)、載荷因素(外載荷變化、應力調整)。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

(3)錨索的最優錨固角

在邊坡錨固設計中，預應力錨索的布置方向是一個至關重要的問題。最有效的布置方向為逆滑動方向布置。但由於受施工條件、滑動體的邊界條件限製，隻能以一定的角度布置，所以必須經過綜合比較，選擇最優的錨固方向，以達到最有效的加固效果。

錨杆與滑動麵的夾角、錨杆同水平麵的夾角

及滑動麵的傾角間有如下關係：

錨杆提供的抗力為

當 時，可得最大抗滑力為

但此時錨杆最長，明顯不經濟。綜合比較，當

可得到最優的錨固角度，因此最優的錨固角度則為

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

但有些時候，因受到施工條件和結構本身要求的限製，不可能按最優錨固角進行布置，此時刻對錨固角進行適當調整，但必須保證提供較好的錨固效果。

5.4.2 預應力錨索施工中的一些技術問題

(4)錨索防腐問題

防腐問題是預應力錨固技術的一個比較特殊的問題。預應力材料的腐蝕不僅對工程可靠性、工程壽命會有影響，而且還會造成預應力的損失，導致工程失穩。因此，錨索材料的防腐蝕問題就比較更為重要。

國際預應力協會提出下列地層不適宜設置永久性錨索：地下水pH值小於6.5;CaO含量大於30mg/L;SO4-2含量大於200mg/L等。

防腐方法根據錨索的自由段、錨固段和錨頭等不同部位而不同。

自由段：選用二次灌漿或灌漿和用聚氯乙烯或聚丙乙烯塑料管套在鋼絞線或鋼筋上，並在管內添滿油脂;或用塑料帶或高分子纖維布纏繞;或采用防鏽劑塗層等。

錨固段：錨固段的防腐處理主要是固結灌漿。腐蝕情況嚴重的可以采用在波型套管外灌漿固結。

錨頭段：錨索的頭部在錨孔中的部位應采用充填油脂的辦法封孔;錨索外露的部分應有防護帽罩蓋嚴密、牢靠，防護帽內用油脂封填。

5.4.3 預應力錨索施工機具

(1)鑽機

包括潛孔鑽機(風動力或風電動力，衝擊或旋轉式、鑽孔直徑95~250mm、鑽孔深度16~60m)，錨杆鑽機(電動動力、旋轉式、孔徑110~300mm、孔深15m或50m、)，土層鑽機(電動或風動力、旋轉或衝擊式、鑽孔孔徑60~250mm、孔深60~150m)等。

(2)注漿泵

可使用灰漿擠壓泵(功率2.2~4kW、工作壓力1.2~2.45Mpa、流量0.4~3.0m3/h)，柱塞式注漿泵(功率11~22kW、工作壓力：砂漿4.2~5或水泥漿6~10Mpa、流量約50~200L/min)，螺杆式注漿泵(功率7kW、工作壓力6Mpa、流量400~2400L/h)等。

(3)張拉千斤頂

張拉千斤頂的張拉力：255~11000kN;工作壓力：50MPa;行程：150~200mm;穿心孔徑：18~320mm。

(4)油泵

可使用電動或手動油泵。電動油泵功率為0.75~3kW，油壓50MPa。