预应力锚索张拉施工特殊情况分析及预防处理措施

随着预应力锚固技术的发展，预应力锚索越来越广泛的应用于水利水电、铁路、公路边坡处理工程，桥梁、建筑等预应力砼工程。由于预应力锚索在施工过程中虽然采取各种质量控制措施，但检验其是否合格的最终方法仅能通过张拉检查，因此如何能确保张拉合格变得尤为重要。一般的锚固规范规定“锚索张拉应采取以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法。当岩体锚索张拉实测伸长值与理论伸长值偏差超出+10%或小于-5%时，混凝土结构锚索张拉伸长值超出理论计算伸长值+6%时，应停机检查，待查明原因并采取相应措施后，方可恢复张拉”，而张拉过程中出现偏差值偏大的情况后通过张拉的结果查明原因非常关键，有些原因若不及时查明可能会导致整束锚索的报废。

一、 预应力锚索张拉施工

1、 锚索结构(普通拉力型锚索)

2、 张拉程序

0→m₁δ_con持荷t min→m₂δ_con持荷t min→m₃δ_con持荷t min→m₄δ_con持荷t min→m_5con持荷t min→m₆δ_con持荷稳压10 min→锁定

式中：

m₁-m₆ ：张拉系数，一般m₁、m₂、m₃、m₄、m₅分别为0.2、0.25、0.50、0.75、1.0

岩锚超张拉m₆为1.05-1.10;混凝土结构超张拉m₆为1.03-1.05;

T：持荷时间，一般为2min-5min,;

δcon：张拉控制应力。

3、直线型锚索张拉伸长值计算公式

  　　　　　　（E.2）

式中：

：锚索伸长值，mm；

P：预应力钢绞线的平均张拉力，取张拉端的张拉力与计算截面处扣除孔道摩擦损失后张拉力的平均值， N；

L：预应力钢绞线从张拉端至计算截面的孔道长度，mm；

E：预应力钢绞线的弹性模量，MPa；

A：预应力钢绞线的截面积， mm²。

二、 张拉过程中可能出现的特殊情况

1、 实测张拉伸长值比理论伸长值偏大

2、 实测张拉伸长值比理论伸长值偏小

3、 钢绞线受拉时油泵无法升压，钢绞线一直向孔外滑移，锚索失效

三、 原因分析及预防处理措施

1、张拉伸长值偏大

1) 原因1：  钢绞线弹性模量取值错误，计算值小于实际值。

   预防措施：由于每捆钢绞线的弹性模量可能不同，因此在进货时必须要求厂家出具包括盘卷号及弹性模量测试结果的每捆钢绞线的品质证明书，同时在锚索编制过程中，每束锚索均要记录所使用钢绞线的生产批次、盘卷号，且尽量避免一束锚索内使用两个弹性模量相差较大的盘卷号的钢绞线。

2) 原因2：  锚固段地质情况较差，岩石松散破碎，导致张拉时锚固段位移，严重时导致锚索失效。

   预防措施：在锚固段钻孔施工过程中，应观察地层地质情况，收集锚固段的岩渣，发现地质情况差时应采取增加孔深、固结灌浆等措施处理。

3) 原因3：   锚固段浆液密实度差，张拉时锚固段水泥浆结石体压缩变形，严重时导致锚索全部或部分失效。

   预防措施：在锚索安装之前应对钻孔彻底清洗，以防止过多岩渣沉积孔底，另外在灌浆时要确保浆液比级、灌浆压力达到要求。

4) 原因4：  受张拉作用后，锚墩向边坡内位移，导致测量伸长值偏大，特别是在堆积体边坡施工时。

   预防措施：在岩石边坡施工时，在浇筑锚墩前应将岩面的松散体清除干净；在堆积体边坡施工时，应用全站仪或经纬仪测量锚墩在张拉前后的位移情况，在张拉伸长值计算时，最终伸长值应为实测伸长值与锚墩位移量之差。

5) 原因5：  锚索编制时束线环捆扎过紧，在预紧张拉时束线环无法张开，而随着后期张拉力变大，束线环才得以张开导致伸长值偏大。

   预防措施：在锚索编制时，束线环不得捆的太紧。

6) 原因6：   实际张拉力大于设计张拉力，可能有以下几个方面因素：

A、操作失误，或者升压速度过快；

B、在计算压力表与压力对应关系时取值错误，或者压力表与千斤顶不配套；

C、压力表发生故障，不准确。

预防措施：A、张拉前应对操作人员进行培训；

          B、压力表应与千斤顶配套率定，根据压力表与千斤顶的应力关系公式正确计算张拉应力。

          C、更换压力表。

7）原因7：  部分钢丝断裂，若继续张拉可能会造成更多钢丝断裂，此时一般可看到

断裂的钢绞线外露长于其它钢绞线，可能有以下几个方面因素：

A、钢绞线材质不合格；

B、钢绞线受过电焊、氧焊等高温淬火后，产生脆性，受拉时断裂；

C、安装锚具时，钢绞线未正确穿过锚具，存在互相缠绕现象；

D、锚垫板、锚具安装时未对中，导致钢绞线被锚垫板和锚具的棱角切断；

E、张拉时，夹片安装不整齐，产生较严重错牙，导致钢绞线被夹片剪断。

预防措施：A、购买合格生产厂家的产品；

          B、严禁在钢绞线附近进行电焊、氧焊等产生高温的操作，若必须操作时须做好对钢绞线的防护；

          C、按照实际锚索编制的顺序正确安装锚具；

          D、确保锚具、锚垫板安装时对中，且垂直于锚索方向；

          E、安装锚具时需将工作夹片和工具夹片装紧并敲平，防止错牙。

8) 原因8：  部分工具夹片由于磨损严重未夹紧钢绞线，实际受拉钢绞线数量变少，

因此伸长值变大。

预防措施：张拉前检查夹片完好情况，发现磨损严重的应及时更换。

2、张拉伸长值偏小

1) 原因1：   弹性模量取值错误

   预防措施：同上述张拉伸长值偏大时原因1的预防措施相同。

2) 原因2：   锚索长度不够

   预防措施：锚索安装前仔细测量实际长度，锚索安装时按要求安装至设计深度。

3) 原因3：   钢绞线破损，钢绞线锚固段与自由段连接处未包扎，导致自由段钢绞线与水泥结石黏结，张拉时不能自由伸长。

预防措施：锚索安装前进行检查，对所有破损段用强力防水胶带包扎，当破损段长度大于20cm时，应重新更换该股钢绞线，另外对于锚固段与自由段连接处应用细铁丝扎紧并用胶布包扎，防止自由段保护套内防护油脂外泄。

4) 原因4：  钻孔弯曲或锚索体扭曲，导致张拉时阻力变大，伸长值偏小。

   预防措施：A、确保钻孔角度符合设计要求；

             B、锚索安装时，调整入孔姿态，防止产生严重扭曲。

5) 原因5： 实际张拉力小于设计张拉力，可能有以下几个方面因素：

A、操作失误，或者管路漏油；

B、在计算压力表与压力对应关系时取值错误，或者压力表与千斤顶不配套；

C、压力表发生故障，不准确。

预防措施：A、张拉前应对操作人员进行培训；

          B、压力表应与千斤顶配套率定，根据压力表与千斤顶的应力关系公式正确计算张拉应力。

             C、更换压力表。

6) 原因6：  油泵管路故障或千斤顶故障，导致无法正常对千斤顶供油，此时可能进油压力已经达到设计值，但无法张拉。

   预防措施：检查油路有无堵塞现象，检查千斤顶油缸伸缩机构是否完好，确认无误后再张拉。

3、 锚索失效处理

在上述伸长值偏大的原因分析中原因2、原因3、原因7若不正确处理，极易造成全部钢绞线滑移失效。这也是在施工中极力避免的现象，因为出现锚索失效现象后的处理措施也比较困难，且成功率较低。常用处理措施如下：

1) 由于原因2、原因3中锚固段地质情况差或者锚固段注浆质量不合格导致锚索失效时，可以采取先在锚索孔附近1m左右与锚索同向钻入固结灌浆孔，再进行灌浆的措施处理。钻孔时严格控制孔斜防止损坏钢绞线，钻孔结束后应对钻孔进行彻底清洗，然后根据实际边坡地质情况对孔底锚固段平行范围内的孔段进行高压劈裂灌浆，以期浆液进入锚索孔的锚固段内，待浆液达到设计强度后再进行张拉。

2) 由于原因7中钢丝断裂造成锚索部分失效时，首先应观察断裂点的部位。若是在孔口附近可以10cm范围内，在设计方允许时，可以采用钢绞线连接器进行连接再进行张拉。否则可以采取降低吨位措施处理。

四、 总结

预应力锚索施工目前由于其锚固吨位大、施工效果好、可靠性高等特点而得到了广泛的应用，但在施工中其要求也相当严格，从上述分析来看，前期施工过程中任何一个环节出现问题均可能导致严重的后果，因此应在施工过程中必须抓好质量控制工作，特别是严格工序验收制度，上道工序不合格严禁进入下道工序施工，确保施工处于全过程受控状态，同时在技术上做好相应的预防措施。