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【摘 要】 预应力锚索施工在公路桥梁工程、水利工程等领域已得到普遍使用。预应力锚索是一种较复杂的锚固工程，需要专门知识与经验，施工技术人员应具有更丰富的理论和经验。为保证施工及运营过程中边坡的稳定，既要有合理的加固措施，还要有科学的施工方法、工艺及程序，避免施工中边坡失稳破坏或者留下隐患，影响公路通车后的运营安全。以某一级公路施工为例，重点对预应力锚索框架的施工步骤及注意事项进行描述，提出边坡加固的质量控制方法。
1、工程概况
湖南省某一级公路路堑高边坡全长252m，最大坡高46m，自下而上每8m分为一级，共6级。该边坡强风化层较厚，岩体破碎不稳定，地质构造作用强烈，可见贯穿整个坡面的挤压破碎带，地层错动10～100cm不等，断层带内岩体破碎，挤压错动痕迹明显。根据边坡动态设计原则，其中第三、四级采用压力分散型预应力锚索加固，每级两排，上下排各两束锚索与框架共同组成锚固结构体，每束锚索设计拉力为700kN，锚固段12～13.5m，自由段8～16.5m，设计孔深20～30m，孔径13cm，总共施工锚索80根。本文就预应力锚索框格梁防护工程的施工过程及控制方法进行叙述。
2、预应力锚索的工作原理
2.1预应力锚索的作用机理
预应力锚固技术最大的特点是能够充分利用岩土体自身强度和自承能力，大大减轻结构自重，节省工程材料，是一种高效和经济的加固技术。预应力锚索防护是利用一定强度的水泥砂浆在有效深度的锚孔底端与周边岩石形成具有一定强度的锚固体，而后在预应力作用下，将不稳定的山体与稳定山体组成整体，确保边坡的稳定，不使滑移体裂隙进一步发展，从而达到防护的目的。预应力锚索预先主动对边坡松散岩层施加正应力，增大滑动面的正应力，从而增加抗滑力F，使坡体趋于稳定。另一方面，注浆液可以填充坡体内的裂隙，提高破碎岩体的强度，并且由于水泥浆的凝固作用使破碎岩体形成整体，从而增强坡体的整体稳定性。
2.2预应力锚索的结构
1）锚固段：锚固段为锚索通过破裂面伸入稳定岩土体内的孔段，依靠砂浆与钢绞线及孔壁的固结，增加摩阻力，使孔周岩体成为承受预应力的载体。
2）自由段：自由段是锚索穿过被稳定破裂土体，连接锚固段和张拉段的索体部分。自由段锚索的钢绞线必须能够自由伸缩，通过对锚索的张拉，使自由段钢绞线产生弹性变形，从而产生预应力并传递到锚固段。
3）张拉段：张拉段是锚索实现张拉和锁定的部位，包括斜托、钢绞线、锚具和封头，是锚索反力的承载体。通过锚索的锁定，使自由段钢绞线产生弹性变形，从而将预应力传递到锚固段。
3、预应力锚索施工工艺及质量控制
3.1预应力锚索施工过程
预应力锚索框格梁防护的施工过程如图1所示。
3.1.1边坡开挖
边坡开挖施工应该遵循“逐级开挖，逐级支护”的原则，也就是边开挖边加固，开挖一级防护一级，不得一次开挖到底。开挖一级后用人工及时修整坡面，尽量保持边坡壁面的平整。
3.1.2钻孔
钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业，因此，它是影响锚固工程经济效益的主要因素。在钻孔前，应根据设计要求和底层条件，确定出孔位并做好标记，如遇坡面不平顺或者特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。钻孔机具的选择应根据锚固底层的类别、孔径、锚孔深度以及施工场地条件等来选择钻孔设备。钻孔要求干钻，禁止采用水钻，确保锚索施工不影响边坡岩体的工程地质条件并保证孔壁的粘结性能。锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，确定机座水定位和立轴倾角（即锚孔倾角），钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合，保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差为±1.0，方位允许误差±2.0。如遇塌孔、缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，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。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2min，防止孔底达不到设计孔径。
3.1.3清孔
钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，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。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安錨筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。
3.1.4锚索的编制及下锚
锚索由4束钢绞线排列成同心环状，中间为灌浆管。要确保每根钢绞线顺直、不扭不叉、排列均匀。除锈、除油污，对有死弯、机械损伤应剔除。下料长度按下式计算
式中：L为下料长度；Ls为实际孔深；Lm为锚墩及锚具厚度；Lq为千斤顶长度；d为预留长度。下料时，钢绞线必须用机械切割，严禁使用电弧烧割，同时也不得使用焊接材料。在自由段钢绞线上涂防锈漆并且外套PVC管，在锚固段和自由段交界处要注意绑扎牢固，并用胶带缠绕，以防进浆。让安装有导向帽的一端先入孔，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。若遇见下锚困难可稍拔出一点再下推，直至下到设计深度。如若存在进孔困难可先用高压风吹洗孔一次，如果不行，只得使用钻机进孔冲孔。下锚前要核对锚索编号与钻孔编号是否一致，保证注浆管离孔底30～50cm。
3.1.5注浆
注浆质量的好坏，直接影响到锚索的抗拔力，也对日后锚索应力的保持起到关键的作用。锚索的注浆液必须达到规定的稠度和均匀性。该工程设计水泥砂浆的灰砂比为l：1，水灰比为0.4～0.45。采用的方法是孔底返浆法（注浆管不拔出），当孔口出现水泥砂浆时停止注浆。注浆后观察浆液的回落情况，若有回落应及时补浆。实际注浆量不少于设计锚索的理论计算量，即注浆充盈系数不小于1.0。在注浆过程中应该做好注浆记录，同时对每批注浆采样进行强度试验。 3.1.6澆筑框格梁
框格梁施工前，需要对部分边坡进行修整，土质边坡用人工开挖地梁槽，石质边坡用风镐开凿地梁槽。框格梁的施工一般应当在锚索注浆7d后开始施工。钢筋骨架的安装平整后，开始立模和混凝土的浇筑。安装模板时要注意保护层的控制和模板的加固牢靠，用短锚杆固定在边坡上，浇筑时注意混凝土的振捣和竖梁尺寸的控制。尤其是在孔周围，应该仔细振捣，保证质量。
3.1.7锚索张拉
锚索张拉前必须确保张拉设备已经标定校核过，锚索的张拉砂浆强度达到100%，框格梁的强度达到设计强度85以上才可以进行。张拉分级进行，不得一次张拉到设计荷载，预应力锚索的张拉按设计要求进行。本工程张拉分30%、60%、100%、110%、4级进行，存在10%的超张拉防止预应力损失。前三级稳定10min，后一级稳定5min。
张拉采用“双控法”，即利用张拉力和伸长值来控制锚索的应力，以油表读数为主，用伸长量来校核。若实际伸长量与理论伸长值差别大于6%，应暂停张拉，待查明问题后方可继续进行。理论伸长值采用下式计算
式中：△L为预应力锚索的理论伸长值，mm；Pp为预应力锚索的平均张拉力，N；L为锚索的长度，mm；Ap为预应力锚索的截面面积，mm2；Ep为预应力锚索的弹性模量，N/mm2。
3.1.8封锚
在张拉完成后应该立即封锚，锚具外应预留10cm的钢绞线，其他多余的预应力锚索要使用机械的方法切割，然后，用与框格梁相同标号的混凝土将锚头封闭，以防风化侵蚀。
3.2预应力锚索施工中的注意事项及控制方法
1）边坡开挖时要做好排水设施的挖设，因为水对边坡工程的危害是相当严重的，本文所提到的这个工程，就是在雨水过后出现的边坡部分垮塌。边坡开挖要遵循开挖一级支护一级，同时，也要避免开挖暴露时间过长，使边坡松弛范围变大，造成新病害。
2）钻孔的好坏关系整个预应力锚索框架防护工程的防护效果，这一步骤要特别注意。在下锚之前要复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。
3）编制预应力锚索的时候要在搭设的制作平台上进行，严禁在地面上直接进行编索。钢绞线在存放时要避免直接露天，造成钢绞线被雨水浇淋和氧化锈蚀。锚索的切割严禁使用电弧烧割，应该使用机械切割。
4）在注浆和张拉的过程中做好现场施工的记录，保证孔道注浆饱满，并且在注浆强度达到设计值的100，框格梁的强度达到设计值的80以后才可以进行张拉。张拉采用双控法，以油表读数为主，以实际伸长量为验算指标。若出现过大偏差，应找出问题并解决后再继续进行张拉。
5）由于预应力锚索是一种隐蔽工程，在现实的施工过程中容易出现问题，需要加强监督和管理，可以引入第三方检测制度，对预应力锚索的灌浆密实度，预应力锚索的下料长度以及预应力损失进行检测。这样，可以提高施工单位的责任意识，及时发现施工中存在的问题，采取措施进行补救。
4、结束语
预应力锚索是边坡防护工程中重要的维护手段，其对坡体挠动小，节省工程材料并对坡体的稳定可起到重要作用。本文从现实施工中的一个案例出发，阐述预应力锚索施工工艺及流程，并特别提出程序当中的注意事项，以此来加强其质量控制，为预应力锚索加固工程的合理施工和管理提供参考。
参考文献：
[1]邓崇权.浅析预应力锚索高边坡加固施工质量控制[J].四川建材，2010，36（1）：36—38.
[2]范雄娃.预应力锚索框架加固路堑边坡施工技术[J].隧道建设，2007，27（2）：7274.
[3]林桂銮，潘叶辉.分散型预应力锚索施工过程控制[J].中外公路，2004，24（4）：116—118.
[4]杨杰.高速公路路堑边坡加固预应力锚索施工技术与质量控制[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2759—2764.
[5]李小平，况志敏.预应力锚索地梁施工方案研究[J].交通标准化，2008，76（4）：32—35.
[6]何东.高速公路边坡施工中若干问题的控制与管理[J].四川建材，2010，6（3）：141—143.
[7]邱玉良.高大边坡防护预应力锚索施工技术[J].铁道标准设计，2007（7）：20—25.
1、工程概况
湖南省某一级公路路堑高边坡全长252m，最大坡高46m，自下而上每8m分为一级，共6级。该边坡强风化层较厚，岩体破碎不稳定，地质构造作用强烈，可见贯穿整个坡面的挤压破碎带，地层错动10～100cm不等，断层带内岩体破碎，挤压错动痕迹明显。根据边坡动态设计原则，其中第三、四级采用压力分散型预应力锚索加固，每级两排，上下排各两束锚索与框架共同组成锚固结构体，每束锚索设计拉力为700kN，锚固段12～13.5m，自由段8～16.5m，设计孔深20～30m，孔径13cm，总共施工锚索80根。本文就预应力锚索框格梁防护工程的施工过程及控制方法进行叙述。
2、预应力锚索的工作原理
2.1预应力锚索的作用机理
预应力锚固技术最大的特点是能够充分利用岩土体自身强度和自承能力，大大减轻结构自重，节省工程材料，是一种高效和经济的加固技术。预应力锚索防护是利用一定强度的水泥砂浆在有效深度的锚孔底端与周边岩石形成具有一定强度的锚固体，而后在预应力作用下，将不稳定的山体与稳定山体组成整体，确保边坡的稳定，不使滑移体裂隙进一步发展，从而达到防护的目的。预应力锚索预先主动对边坡松散岩层施加正应力，增大滑动面的正应力，从而增加抗滑力F，使坡体趋于稳定。另一方面，注浆液可以填充坡体内的裂隙，提高破碎岩体的强度，并且由于水泥浆的凝固作用使破碎岩体形成整体，从而增强坡体的整体稳定性。
2.2预应力锚索的结构
1）锚固段：锚固段为锚索通过破裂面伸入稳定岩土体内的孔段，依靠砂浆与钢绞线及孔壁的固结，增加摩阻力，使孔周岩体成为承受预应力的载体。
2）自由段：自由段是锚索穿过被稳定破裂土体，连接锚固段和张拉段的索体部分。自由段锚索的钢绞线必须能够自由伸缩，通过对锚索的张拉，使自由段钢绞线产生弹性变形，从而产生预应力并传递到锚固段。
3）张拉段：张拉段是锚索实现张拉和锁定的部位，包括斜托、钢绞线、锚具和封头，是锚索反力的承载体。通过锚索的锁定，使自由段钢绞线产生弹性变形，从而将预应力传递到锚固段。
3、预应力锚索施工工艺及质量控制
3.1预应力锚索施工过程
预应力锚索框格梁防护的施工过程如图1所示。
3.1.1边坡开挖
边坡开挖施工应该遵循“逐级开挖，逐级支护”的原则，也就是边开挖边加固，开挖一级防护一级，不得一次开挖到底。开挖一级后用人工及时修整坡面，尽量保持边坡壁面的平整。
3.1.2钻孔
钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业，因此，它是影响锚固工程经济效益的主要因素。在钻孔前，应根据设计要求和底层条件，确定出孔位并做好标记，如遇坡面不平顺或者特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。钻孔机具的选择应根据锚固底层的类别、孔径、锚孔深度以及施工场地条件等来选择钻孔设备。钻孔要求干钻，禁止采用水钻，确保锚索施工不影响边坡岩体的工程地质条件并保证孔壁的粘结性能。锚孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，确定机座水定位和立轴倾角（即锚孔倾角），钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合，保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差为±1.0，方位允许误差±2.0。如遇塌孔、缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，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。为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2min，防止孔底达不到设计孔径。
3.1.3清孔
钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，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。除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安錨筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。
3.1.4锚索的编制及下锚
锚索由4束钢绞线排列成同心环状，中间为灌浆管。要确保每根钢绞线顺直、不扭不叉、排列均匀。除锈、除油污，对有死弯、机械损伤应剔除。下料长度按下式计算
式中：L为下料长度；Ls为实际孔深；Lm为锚墩及锚具厚度；Lq为千斤顶长度；d为预留长度。下料时，钢绞线必须用机械切割，严禁使用电弧烧割，同时也不得使用焊接材料。在自由段钢绞线上涂防锈漆并且外套PVC管，在锚固段和自由段交界处要注意绑扎牢固，并用胶带缠绕，以防进浆。让安装有导向帽的一端先入孔，然后加快速度推送，依靠锚索重力及惯性下滑。若遇见下锚困难可稍拔出一点再下推，直至下到设计深度。如若存在进孔困难可先用高压风吹洗孔一次，如果不行，只得使用钻机进孔冲孔。下锚前要核对锚索编号与钻孔编号是否一致，保证注浆管离孔底30～50cm。
3.1.5注浆
注浆质量的好坏，直接影响到锚索的抗拔力，也对日后锚索应力的保持起到关键的作用。锚索的注浆液必须达到规定的稠度和均匀性。该工程设计水泥砂浆的灰砂比为l：1，水灰比为0.4～0.45。采用的方法是孔底返浆法（注浆管不拔出），当孔口出现水泥砂浆时停止注浆。注浆后观察浆液的回落情况，若有回落应及时补浆。实际注浆量不少于设计锚索的理论计算量，即注浆充盈系数不小于1.0。在注浆过程中应该做好注浆记录，同时对每批注浆采样进行强度试验。 3.1.6澆筑框格梁
框格梁施工前，需要对部分边坡进行修整，土质边坡用人工开挖地梁槽，石质边坡用风镐开凿地梁槽。框格梁的施工一般应当在锚索注浆7d后开始施工。钢筋骨架的安装平整后，开始立模和混凝土的浇筑。安装模板时要注意保护层的控制和模板的加固牢靠，用短锚杆固定在边坡上，浇筑时注意混凝土的振捣和竖梁尺寸的控制。尤其是在孔周围，应该仔细振捣，保证质量。
3.1.7锚索张拉
锚索张拉前必须确保张拉设备已经标定校核过，锚索的张拉砂浆强度达到100%，框格梁的强度达到设计强度85以上才可以进行。张拉分级进行，不得一次张拉到设计荷载，预应力锚索的张拉按设计要求进行。本工程张拉分30%、60%、100%、110%、4级进行，存在10%的超张拉防止预应力损失。前三级稳定10min，后一级稳定5min。
张拉采用“双控法”，即利用张拉力和伸长值来控制锚索的应力，以油表读数为主，用伸长量来校核。若实际伸长量与理论伸长值差别大于6%，应暂停张拉，待查明问题后方可继续进行。理论伸长值采用下式计算
式中：△L为预应力锚索的理论伸长值，mm；Pp为预应力锚索的平均张拉力，N；L为锚索的长度，mm；Ap为预应力锚索的截面面积，mm2；Ep为预应力锚索的弹性模量，N/mm2。
3.1.8封锚
在张拉完成后应该立即封锚，锚具外应预留10cm的钢绞线，其他多余的预应力锚索要使用机械的方法切割，然后，用与框格梁相同标号的混凝土将锚头封闭，以防风化侵蚀。
3.2预应力锚索施工中的注意事项及控制方法
1）边坡开挖时要做好排水设施的挖设，因为水对边坡工程的危害是相当严重的，本文所提到的这个工程，就是在雨水过后出现的边坡部分垮塌。边坡开挖要遵循开挖一级支护一级，同时，也要避免开挖暴露时间过长，使边坡松弛范围变大，造成新病害。
2）钻孔的好坏关系整个预应力锚索框架防护工程的防护效果，这一步骤要特别注意。在下锚之前要复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。
3）编制预应力锚索的时候要在搭设的制作平台上进行，严禁在地面上直接进行编索。钢绞线在存放时要避免直接露天，造成钢绞线被雨水浇淋和氧化锈蚀。锚索的切割严禁使用电弧烧割，应该使用机械切割。
4）在注浆和张拉的过程中做好现场施工的记录，保证孔道注浆饱满，并且在注浆强度达到设计值的100，框格梁的强度达到设计值的80以后才可以进行张拉。张拉采用双控法，以油表读数为主，以实际伸长量为验算指标。若出现过大偏差，应找出问题并解决后再继续进行张拉。
5）由于预应力锚索是一种隐蔽工程，在现实的施工过程中容易出现问题，需要加强监督和管理，可以引入第三方检测制度，对预应力锚索的灌浆密实度，预应力锚索的下料长度以及预应力损失进行检测。这样，可以提高施工单位的责任意识，及时发现施工中存在的问题，采取措施进行补救。
4、结束语
预应力锚索是边坡防护工程中重要的维护手段，其对坡体挠动小，节省工程材料并对坡体的稳定可起到重要作用。本文从现实施工中的一个案例出发，阐述预应力锚索施工工艺及流程，并特别提出程序当中的注意事项，以此来加强其质量控制，为预应力锚索加固工程的合理施工和管理提供参考。
参考文献：
[1]邓崇权.浅析预应力锚索高边坡加固施工质量控制[J].四川建材，2010，36（1）：36—38.
[2]范雄娃.预应力锚索框架加固路堑边坡施工技术[J].隧道建设，2007，27（2）：7274.
[3]林桂銮，潘叶辉.分散型预应力锚索施工过程控制[J].中外公路，2004，24（4）：116—118.
[4]杨杰.高速公路路堑边坡加固预应力锚索施工技术与质量控制[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增2）：2759—2764.
[5]李小平，况志敏.预应力锚索地梁施工方案研究[J].交通标准化，2008，76（4）：32—35.
[6]何东.高速公路边坡施工中若干问题的控制与管理[J].四川建材，2010，6（3）：141—143.
[7]邱玉良.高大边坡防护预应力锚索施工技术[J].铁道标准设计，2007（7）：20—25.