基本介紹
- 中文名：錨索
- 外文名：anchor cable
- 地位：錨索施工中控制工期的關鍵工序
- 工藝流程：安裝錨固段注漿，立錨墩
- 學科：建築
工藝流程,鑽孔,錨索安裝,錨固法注漿,立錨墩,錨索的張拉,封孔注漿,外部保護,工藝過程,錨索製作,非線性分析,
工藝流程
鑽孔
鑽孔是錨索施工中控制工期的關鍵工序。為確保鑽孔效率和保證鑽孔質量，採用潛孔衝擊式鑽機。鑽機鑽井時，按錨索設計長度將鑽孔所需鑽桿擺放整齊，鑽桿用完，孔深也恰好到位。鑽孔深度要超出錨索設計長度0.5 m左右。
鑽孔結束，逐根拔出鑽桿和鑽具，將衝擊器清洗好備用。用一根聚乙烯管覆核孔深，並以高壓風吹孔，待孔內粉塵吹乾淨，且孔深不少於錨索設計長度時，拔出聚乙烯管，塞好孔口。
兩種特殊情況的處理：
滲水的處理。在鑽孔過程中或鑽孔結束後吹孔時，從孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黃色團粒而無粉塵，說明孔內有滲水，岩粉多貼附於孔壁，這時，若孔深已夠，則注入清水，以高壓風吹淨，直至吹出清水；若孔深不夠，雖衝擊器工作，仍有進尺，也必須立即停鑽，拔出鑽具，洗孔後再繼續鑽進，如此循環，直至結束。有時孔內滲水量大，有積水，吹出的是泥漿和碎石，這種情況岩粉不會糊住孔壁，只要衝擊器工作，就可繼續鑽。如果滲水量太大，以至淹沒了衝擊器，衝擊器會自動停止工作，應拔出鑽具進行壓力注漿。
錨索
錨索塌孔、卡鑽的處理。當鑽孔穿越強風化岩層或岩體破碎帶時，往往發生塌孔。塌孔的主要標誌是從孔中吹出黃色岩粉，夾雜一些原狀的（非鑽頭碎的、非新鮮的、無光澤的）石塊，這時，不管鑽進深度如何，都要立即停止鑽進，拔出鑽具，進行固壁注漿，注漿壓力採用0.4 MPa，漿液為水泥砂漿和水玻璃的混合液，24小時後重新鑽孔。雨季，常常順岩體破碎帶向孔內滲流泥漿，固壁注漿前，必須用水和風把泥漿洗出（塌入鑽孔的石塊不必清除），否則，不僅固壁注漿效果差，還容易造成假象。
錨索在鑽孔的同時於現場進行編制，內錨固段採用波紋形狀，張拉段採用直線形狀。鋼紋線下料長度為錨索設計長度、錨頭高度、千斤頂長度、工具錨和工作錨的厚度以及張拉操作餘量的總和。正常情況下，鋼絞線截斷餘量取50 mm。將截好的鋼絞線平順地放在作業台架上，量出內錨固段和錨索設計長度，分別作出標記；在內錨固段的範圍內穿對中隔離支架，間距60-100 cm，兩對中支架之間紮緊固環一道；張拉段每米也扎一道緊固環，並用塑膠管穿套，內塗黃油；最後，在錨索端頭套上導向帽。
錨索安裝
向錨索孔裝索前，要核對錨索編號是否與孔號一致，確認無誤後，再以高壓風清孔一次，即可著手安裝錨索。
安裝下傾錨索比較簡單，沒有更多的技術問題。安裝上傾和水平錨索時要注意以下四點：檢查定位止漿環和限漿環的位置，損壞的，按技術要求更換；檢查排氣管的位置和暢通情況；錨索送入孔內，當定位止漿環到達孔口時，停止推送，安裝注漿管和單向閥門；錨索到位後，再檢查一遍排氣管是否暢通，若不暢通，拔出錨索，排除故障後重新送索。
錨固法注漿
上傾和水平錨索孔注漿過程中，當排氣管不再排氣，且有稀水泥漿從排氣管壓出時，說明注漿已滿；對於下傾錨索注漿，採用砂漿位置指示器控制注漿位置。
錨索孔注漿採用注漿機，注漿壓力保持在0.3-0.6 MPa。
立錨墩
錨墩的作用是把錨具的集中荷載傳遞到岩面和調整岩面受力方向。為了使錨墩上表面與錨索軸線垂直，預先將一根外徑與鑽頭直徑相同的薄壁鋼管和墊板正交焊牢，澆築錨墩前將鋼管的另一端插入鑽孔即可。
錨索的張拉
張拉錨索前需對張拉設備進行標定。標定時，將千斤頂、油管、壓力表和高壓油泵聯好，在壓力機上用千斤頂主動出力的方法反覆試驗三次，取平均值，繪出千斤頂出力（KN）和壓力表指示的壓強（MPa）曲線，作為錨索張拉時的依據。因國產壓力表初始起動壓強不完全相同，所以，標定曲線上必須註明標定時的壓力表號，使用中不得調換。壓力表損壞或拆裝千斤頂後，要重新標定。
若錨索是由少數鋼絞線組成，可採用整體分級張拉的程式，每級穩定時間2~3 min；若錨索是由多根鋼絞線組成，組裝長度不會完全相同，為了提高錨索各鋼絞線受力的均勻度，採用先單根張拉，3天后再整體補償張拉的程式。
封孔注漿
補償張拉後，立即進行封孔注漿。對於下傾錨索，注漿管從預留孔插入，直至管口進到錨固段頂面約50cm；對於上傾和水平錨索，通過預留注漿管注漿。孔中的空氣經由設在定位止漿環處的排氣管排出。
外部保護
為保質保量地按期完成施工任務，工地必須成立QC小組，自始至終每個階段堅持採用科學的工作方法，制定一系列對策和實施辦法，及時改善錨索體結構，積極改進施工工藝，採用先進的網路技術組織施工，儘量做到均衡生產，使鑽孔、注漿、張拉、封錨等工序互不延誤，交叉進行，並按統一表格做好施工記錄。
工藝過程
施工準備—錨孔鑽造—錨索制安—錨孔注漿—腰梁（錨梁、錨墩或十字架梁、型鋼支架）施工—腰梁與樁間用混凝土填充密實—錨孔張拉鎖定-驗收封錨。其主要施工環節有兩個：一是錨孔成孔，錨孔成孔的技術關鍵是如何防止孔壁坍塌、卡鑽；二是錨孔注漿，注漿的技術關鍵是如 何將孔底的空氣、岩（土）沉 渣和地下水體排出孔外，保證注漿飽滿密實。
錨索製作
鑽孔、錨索、注漿同時進行。連線鑽桿接手、鑽頭，採用泥漿護壁方法，注漿鑽進同步進行，自由端完成後採用稠水泥漿進行旋進。
1. 上腰粱
採用工字鋼連線錨索。
2. 張拉
待泥漿凝固，兩天后進行張拉。
3. 外部保護
封孔注漿後，從錨具量起留50 mm鋼絞線，其餘的部分截去，在其外部包覆厚度不小於50 mm的水泥砂漿保護層。
非線性分析
預應力錨索通過儘可能少地擾動被錨固岩土體，由錨固在穩定岩土體中的錨固段提供預應力，從而有效地提高了被錨固岩土體的穩定性，是一種高效、經濟的岩土加固技術，已廣泛地運用於工業與民用建築、公路、鐵路邊坡的加固防護、大型地下洞室的圍岩加固以及大壩基礎的加固等。而對於預應力錨索設計理論的研究也正成為岩土工程界研究的一個熱點問題。但預應力錨索錨固段的工作機理還不十分清楚，儘管國內外已做了大量的室內外試驗，錨固段的側阻力分布的定性結論已經比較清楚，但理論研究，特別是用理論方法來預測錨固段的側阻力分布規律還有待於深入。現有設計理論還停留在簡單地將側阻力分布按均勻分布簡化的階段，而大量的試驗結果表明，錨固段側阻力不是均勻分布的，而是在其前端形成峰值，然後沿錨固段長度迅速衰減直至趨近於零。顯然，對這一問題作出合理解釋，進而用理論方法來預測並作出能用於實際工程的設計，這些對於工程實踐才比較有意義。文曾採用損傷理論對這一問題進行了研究，分別定義了岩體的剪下損傷變數和漿體材料的受拉損傷變數並研究了各自對應的損傷演化方程，根據荷載、變形協調關係建立方程組，並通過疊代法求解，取得了一定的成果。
在本文中，作者首先將預應力錨索錨固段離散化，並將預應力錨索體系分解成承受側阻力荷載作用的岩土體部分及錨固段部分並分別加以研究。其中，岩土體部分採用基於Mindlin應力解及應力疊加原理計算岩土體內任意點處的應力分布，並根據修正分層總和法計算預應力荷載下錨固段穩定岩土體內任意點處的變形值；錨固段漿體材料部分則根據錨索錨固段荷載傳遞特性來計算其變形量。最後根據兩者荷載、變形協調關係建立聯立方程組，採用疊代法求解，可以獲得錨索錨固段的側阻力分布及荷載、變形特性。本方法能夠考慮岩土體的三向應力對其變形特性的影響，最為重要的是在計算變形時能夠考慮岩土體的本構關係，從而可以考慮岩土體的非線性特性對其變形特性的影響。因此，在理論計算上比較合理。同時，可以運用本文建議方法的基本原理研究預應力錨索的群錨效應。本文理論對於預應力錨索工作機理特性研究具有現實意義。
錨索錨固段的離散化
施加在錨索上的預應力是通過埋設在穩定岩土體中的錨固段傳遞給周圍岩土體，因此，錨固段是預應力錨索的主要受力部分，也是預應力錨索設計需要重點考慮的內容。至於錨索錨固段的側阻力分布模式、錨固段荷載、變形特性則是預應力錨索設計的核心技術。
圖1 預應力錨固段的離散化
圖1 預應力錨固段的離散化首先，將錨固段進行離散化處理(圖1)，即將錨固段離散為n段，當然每微段長度可以相同，也可不相同，設各微段長度分別為di(i=1，2，3，…，n)；作用在各微段上的側阻力為均勻分布，其大小分別為ti(i=1，2，3，…，n)，各微段的側阻力是各不相同的。
其次，將錨索體系看成是由兩部分組合而成：其一是承擔預應力荷載P及錨固段與岩土體相互作用的側阻力荷載Ps=[t1，t2，t3，L，tn]T的錨固段；其二是承擔側阻力荷載Pt= [t1，t2，t3，L，tn]T的穩定岩土體(圖 2)。當然，這兩者之間要通過錨固段與岩土體之間相互作用的側阻力荷載、變形協調關係統一起來。
圖2 錨索體系的分解
圖2 錨索體系的分解這樣分解的目的在於根據錨固段與岩土體的各自受力特點及各自的本構關係分別採用不同的方法進行研究，計算各自的荷載、變形關係。最後，通過兩者荷載、變形協調關係將其聯繫起來，從而獲得問題的最終解答。
固段周圍岩土體應力分布研究
為研究岩土體內由於側阻力荷載作用下沿錨固段與岩土體接觸面上任意點處的應力分布規律，本文採用基於Mindlin應力解進行計算。均布矩形側阻力下應力計算簡圖見圖3。
圖3 均布矩形側阻力下應力計算簡圖
圖3 均布矩形側阻力下應力計算簡圖荷載作用下沿錨固段與岩土體接觸面上任意點處的附加應力計算公式可通過積分獲得，與常規問題有所不同的是，本文問題的荷載作用方向是沿z軸的負方向。
固段荷載傳遞特性研究
錨固段的變形分析可以採用荷載傳遞法進行，首先推導錨索錨固段的荷載傳遞微分方程，然後，根據錨固段的側阻力分布模式，並利用邊界條件即可求得錨固段上任意點處的變形量。通過前面幾節的分析，可以確定岩土體在給定側阻力荷載作用下與錨固段接觸面上任意點處的沉降量，以及在給定外加預應力荷載和錨固段側阻力荷載共同作用錨固段的變形量。下面通過錨固段與周圍岩土體荷載、變形協調關係來對預應力錨索體系進行整體分析。
從理論上來說，在錨固段與周圍岩土體之間不產生滑移的情況下，任何位置處都應該變形協調，即變形應相等。
研究結論
從理論上對2次灌漿型預應力錨索錨固段側阻力分布規律、錨固段荷載、變形特性進行了系統研究，歸納起來做了以下工作：
(1)將預應力錨索體系分解成承受側阻力荷載作用的岩土體部分及錨固段部分並分別加以研究。
(2)岩土體部分採用基於Mindlin應力解及應力疊加原理計算岩土體內任意點處的應力分布，並根據修正分層總和法計算預應力荷載下錨固段穩定岩土體內任意點處的變形值。
(3)將錨固段進行離散化處理，並根據錨索錨固段荷載傳遞特性來計算其變形量，推導了錨固段荷載傳遞微分方程。
(4)根據兩者荷載、變形協調關係建立聯立方程組來進行錨索體系的整體分析，並採用疊代法求解，給出了具體的疊代步驟。
(5)通過一工程實例的分析比較，說明本文理論是合理的。
