1、自由式拉壓復合型預應力錨索在金河水電站廠房后邊坡處理中的應用巖體錨索由內錨固段（內錨根）及自由段（張拉段）兩部分組成，施加在錨索上的荷載可由錨固段的頂端向下傳遞，亦可底部向上傳遞，這取決于錨索在內錨固段內的錨固方式。比較傳統的拉力型，是將錨索直接埋置在水泥漿體內，靠彼此間的粘接傳遞拉力，錨固段的應力分布很不均勻，錨索周圍灌漿體處于受拉狀態，因而拉伸裂縫和剝離現象首先在頂端出現。另一種是壓力型，由于錨索與灌漿體完全拖開，荷載是通過錨索直接傳遞到錨固段底部錨板上，然后由錨板向上推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。在這種情況下，灌漿體受壓，錨固段的應力分布仍很不均勻，因此，本文提出的拉壓復合型就是將上述兩種

2、錨固方式聯合應用，使錨固段的應力分部趨于均勻，并使最大應力值明顯減小，因而在施加荷載條件下，灌漿體內的裂縫或剝離現象有可能不出現或很少出現，增加了錨固效果及防腐蝕系統的可能性，此外，它還可以提高錨索的錨固性能、降低施工成本。1拉力型、壓力型和復合型錨荷載及應力分布特性及比較（1）荷載沿錨索長度方向的分布為了量測預應力錨索沿錨固段長度上的實際荷載分布，分別按照拉力型、壓力型和復合型三種模型進行室內彈性模擬試驗，結果表明：在相同荷載作用下，拉力型是錨固段頂端荷載最大，向下逐漸減小，至錨固段底部幾乎為零。壓力型的錨索與灌漿體完全脫開，所以頂端和底部的荷載完全相同，荷載通過錨索直接傳遞至底部錨板上，然

3、后由錨板推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。壓力型與拉力型恰好相反，荷載的傳遞主要集中在錨固段的下部。復合型與上述兩種錨固方式完全不同，首先是錨固段頂部荷載最大，向下逐漸減小，直到底部錨板仍有荷載。說明沿錨固段長度上錨索傳給灌漿體再傳給周圍巖體；然后是傳至底部錨板上的部分荷載，由錨板推壓灌漿體再傳給巖體，由此可見，復合型錨固方式使荷載分散作用于整個錨固段長度上，而不是集中作用于上部或下部，因而改善了錨固段的應力狀態。（2）應力在灌漿體和錨索孔巖壁間的傳遞拉力型通過室內彈性模型試驗，拉力型錨索的錨固段的剪應力呈倒三角形分布，頂端最大，為應力集中區，向下迅速減小，當頂端交界面上的剪應力超過它的抗剪強度，就

4、出現剪切破壞，最大剪應力則向下轉移，由此可以說明當拉力型錨索承載后，從灌漿體到四周巖基的荷載轉是以拉剪方式傳遞的，主要承載部位在錨固段頂部以下幾米內。由于頂部剪切力過大常出現剝離現象。同時，錨索受拉力，錨孔壁亦受拉伸，因而錨索周圍灌漿體處于受拉狀態進而出現拉伸縫，因而影響錨固性能和永久防腐效果。壓力型由于荷載是由錨固段下端的錨板向上推壓灌漿體傳遞給基巖的，所以錨固段孔壁的應力與拉力型相反。交界面上的剪應力是底部最大，向上逐漸減小，呈正三角形分布，同時，錨固段孔壁中心方向受壓縮，底部最大，向上逐漸減小。室內彈性試驗也表明，當錨索承載后，從灌漿體到四周基巖的荷載轉移是以壓剪方式傳遞的，主要承載部位

5、是以上幾米內，錨索周圍灌漿體受壓縮，因而不會出現拉伸裂應力區，由于底部錨索孔內灌漿體受力很大，允許應力問題值得考慮，特別在低強度巖體內易致使錨固體壓裂而破壞。拉壓復合型拉壓復合型錨索擺脫了錨固體應力集中分布情況，使沿錨固段交接面上的剪應力分布趨于均勻，錨孔巖壁底部壓應力最大，向上逐漸減小，并轉為拉應力，其最大拉應力也減小一半。當錨索承載后，從灌漿體到四周巖基的荷載轉移是以壓剪方式傳遞的，而上部仍以拉剪方式傳遞，主要承載部位大致均勻地分布在整個錨固段上，因而錨固效果更好，增強了錨固壽命，同時根據分析還可以得出：錨索的埋置長度越短，越能發揮其粘接阻力作用，因而還可縮短錨固段長度。（3）拉壓復合型錨

6、索的結構設計拉壓復合型錨索是在傳統拉力、壓力型錨索基礎上，利用承載板上部裸鋼絞線與漿體的粘接力承受拉力，而承載板下部有PE管保護的無粘接鋼絞線與漿體的粘接承受壓力，這樣使得錨固體內既有受拉部位，又有受壓部位，從而整個錨固體內應力及錨固體與周圍巖石間的粘接摩阻應力分布比較均勻，應力峰值大幅度降低。其大致結構組成為：高強度無粘接鋼絞線、擠壓頭、錨板、托板等，2工程概況金河水電站廠房后邊坡覆蓋層深30m左右，巖石強風化，卸荷強烈，穩定性較差，為保證邊坡在開挖及電站運行過程中的安全穩定，設計采用2000KN級預應力錨索進行加固處理。預應力錨索分3排布置，共59根，深度50m。第一排錨索19根，間距5m

7、，高程314150m；第二排錨索20根，間距5m，高程313150m；第三排錨索20根，間距5m，高程312150m。錨固段要求位于弱風化弱卸荷巖體內，見圖1。預應力錨索型式采用自由式拉壓復合型結構，其結構見圖2。該錨索為單孔多錨頭結構，有3個及以上錨頭，每個錨頭分別承載一定荷載，總錨固力沿錨固段長度進行分散分布，減少了單位面積上的圍巖應力，改善了應力集中的狀況，對工程的長效錨固起到了重要作用。根據錨索噸位不同，自由式拉壓復合型預應力錨索錨頭數目及組合結構亦不同。該錨索采用拉壓復合型結構，使錨固段應力分布基本趨于均勻，對復雜及軟弱地層適應性強。3自由式拉壓復合型預應力錨索施工工藝金河水電站廠房

8、后邊坡覆蓋層采用跟管護壁鉆進，基巖采用沖擊器沖擊回轉鉆進，相應的自由式拉壓復合型預應力錨索施工工藝流程如下：（1）2000KN錨索孔基本設計技術參數孔徑錨孔俯角錨固段長度錨索孔深度鉆孔開孔偏差135mm15°10m50m（由于預應力錨索的錨固段必須位于弱風化弱卸荷巖體內，故錨索孔深度根據實際鉆孔揭示的地質條件進行了調整）±20cm（2）造孔施工由于我國地域遼闊，東西南北地質構成差異極大，錨固施工地質條件十分復雜。在我國西部及東南沿海的山區，山高路險，交通運輸十分不便，設備大多數是在人工搭建的腳手架上進行施工，給施工設備的搬遷運輸造成了極大的困難；另一方面，長期造山運動形成了

9、大量的裂隙破碎地層，古滑坡及松散堆積體地層等，在這些復雜地層中施工時，極易發生鉆孔坍塌，卡鉆埋鉆等孔內事故，施工設備及機具在這些復雜的負載下極易受到損傷。因此在這些復雜地質條件下進行工作的錨固鉆機及機具必須具備以下優良性能：、錨固鉆機具有較大的扭矩輸出，有一定的儲備系數，能夠克服鉆孔內復雜的鉆進負載變化及卡鉆現象。b、具有較大的提升能力，當孔內出現掉塊、坍塌等復雜現象時，能夠采取強力起拔措施處理，防止卡鉆、埋鉆事故的發生。c、具有較大的調速范圍，適應在土層、巖層不同地層條件下采用不同鉆進方法時滿足回轉速度變化的需要。d、具有較長的給進行程，這一點對提高鉆進效率和采用跟管鉆進方法很重要，一般給進

10、行程不小于182m。e、具有最輕的重量和便利的分解組裝性能，對于交通不便的山區和高邊坡錨固施工，不僅可減輕在設備搬遷時的勞動強度，還減少了輔助作業時間，有利于提高施工綜合效率。f、擰卸鉆具的機械化程度要高，具有在較大負荷狀態下機械擰卸鉆具，減輕勞動強度。g、鉆機具有較好的導向性能，便于保持鉆孔的直線度。鉆機應具有較好的工藝適應能力，能滿足常規回轉鉆進、風動潛孔錘鉆進、螺旋鉆進、跟管鉆進等多種鉆進工藝方法的需要。h、鉆機及鉆具的可靠性能要好，能經受復雜地層負載變化的考驗，便于維護保養。液壓馬達、泵機及換向操作閥，是鉆機核心部件。山梁堆積體處于蠕滑變形階段，搶險加固工程要求短期內控制坡體變形量，并

11、最終達到穩定，對工期要求相當高。而成孔效率高低對提高預應力錨索錨固工程進度、盡快穩定坡體起到關鍵作用。但山梁預應力錨索孔鉆孔施工難度非常大，主要有以下難點：、鉆孔質量技術指標要求高。要求鉆孔孔位偏差10cm，鉆孔軸線方位角偏差25°，孔斜度設計水平下傾510°，孔斜允許偏差孔深的1，孔深不小于設計并不超深20cm，孔徑不小于設計要求。為保證坡體的相對穩定，不允許采用液體作為沖洗介質。b、地層復雜。堆積體是由弱、微風化花崗片麻巖塊石、孤石巖塊組成骨架，巖塊堅硬完整，可鉆性級高；骨架之間充填碎石質土、碎石，軟弱破碎；坡體整體結構松散，且局部有架空現象。地層的軟硬不均、易塌孔掉塊

12、（該類地層，大斜度鉆孔孔壁穩定本身就很差）、沖洗介質漏失量大等均會造成鉆進和成孔極其困難。c、施工條件惡劣。由于地形復雜、山高坡陡，必需在高排架上施工，由于搶險工程施工期限要求短，進場施工的隊伍、設備很多，造成施工場地狹窄擁擠，設備搬遷頻繁。施工工藝及鉆機設備選擇、施工工藝針對施工難點，覆蓋層采用以風動潛孔沖擊器跟管鉆進工藝為主的施工方法，其優點在于鉆進效率高，能避免塌孔掉塊、孔壁漏風現象，盡可能防止鉆孔彎曲度過大、卡鉆埋鉆等事故。基巖的造孔方法采用風動潛孔錘沖擊回轉鉆進。b、鉆機設備選擇鑒于鉆進中孔底情況復雜多變，工藝參數調整頻繁，跟管鉆進深度大，以及施工條件受限，對鉆機的性能要求就高。覆蓋

13、層選擇全液壓動力頭式YG80型錨固工程鉆機，鉆機特點是：鉆機為分體式結構，鉆機主機可以分為鉆進機架、液壓動力泵站及操縱臺三大部分。鉆機可拆性好，搬遷、安裝迅速方便；并可遠距離操縱，一次搬遷完成多孔施工；操作員工工作環境好，勞動強度低。鉆機鉆進能力強，適用范圍廣；鉆孔速度快，處理事故能力強，鉆進效率高。鉆機動力頭輸出軸設有伸縮機構，可以有效保護鉆機及鉆具。鉆機液壓馬達、泵、快速接頭采用國際名牌產品。其它主要部件優選國內名優產品，使整機性能穩定、可靠、壽命長。鉆機易損件的標準化、系列化程度高，互換性好。鉆機機架前部設有上下調節立柱及哈夫，可調節桅桿高低，施工時對孔位快捷方便。基巖的造孔設備：MGY

14、100型錨固鉆機。機具：168偏心跟管鉆具，89鉆桿，168套管（波形扣連接），大噸位液壓拔管機CIR110沖擊器配套鉆具；c、主要施工設備及機具序號設備名稱設備型號單位數量1螺桿式空壓機VHP750臺22錨固鉆機YG80臺2MGY10023鉆桿89米2×704套管168米2×1005偏心跟管鉆具168套2×46跟管管靴168 只2×107潛孔沖擊器QCW100套5QCW1505YG80錨固鉆機造孔工藝、安裝鉆機設備，校正孔位，并校正鉆機鉆孔方位和傾角（利用鉆機自身的鉆孔傾角調節裝置把鉆機傾角調到鉆孔的設計傾角并固定）。b、開孔。采用QCW150沖擊器配

15、185mm鉆頭裸孔鉆進，開孔口徑大些，跟管時易跟進，開孔孔斜易控制，一般開孔深度58m，且采用中、低風壓的動力。c、偏心鉆頭跟管鉆進：采用QCW100沖擊器配168偏心鉆頭（偏心公轉直徑172178）跟168套管鉆進穿過堆積體。在施工過程中，根據需要選用不同的偏心鉆具，遇較厚破碎松散地層，使用兩件套偏心鉆頭（導正器偏心鉆頭），通過速度較快，但遇堅硬孤石時，由于鉆頭負荷大且受力不勻，鉆頭損耗大，壽命短。一般采用三件套偏心鉆頭（導正器偏心鉆頭中心鉆頭）鉆進，具有鉆進效率高，以及鉆頭在孔底受力較均衡，對預防鉆孔偏斜和提高鉆頭壽命大有好處等優點。由于堆積體厚度大，套管跟進最大達65m，跟管深的鉆孔，管

16、靴、套管以及鉆具的損耗都很大，為了保證順利成孔，考慮到這些材料的使用壽命，當跟管到一定深度，采取了多次起鉆、拔管的手段，檢查管靴、套管以及鉆具的使用情況，如有損壞及時更新。d、潛孔錘裸孔鉆進：跟管鉆進穿過堆積后，改用QCW100沖擊器配138鉆頭鉆進。如遇巖體裂隙發育，鉆進中塌孔或漏風嚴重，采取固壁灌漿處理后鉆進。e、在整個的成孔施工過程中，為避免埋鉆、卡鉆的事故發生，做到勤倒桿，反復捅孔吹洗，盡量把孔內的巖粉和巖渣充分排盡。為避免鉆孔彎曲，在容易孔斜地層中鉆進注意控制進尺速度。f、鉆進到設計孔深后，用高壓風徹底沖洗鉆孔。MGY100錨固鉆機造孔工藝、用同徑常規釬頭先造孔1m左右，為跟管鉆進提

17、供定位和導向作用。開鉆前，讓偏心鉆頭伸出套管靴，正轉速度達到一定時，張開偏心鉆頭即可進行鉆進；b、跟管鉆進過程中，實行邊加鉆桿邊加接套管。每鉆進23m，進行提鉆檢查釬頭與沖擊器的聯接狀況、偏心鉆頭聯接機構及鎖緊機構狀況，更換銷子防止了掉鉆事故的發生；c、當跟管鉆進至覆蓋層與基巖接觸面時，即將跟管鉆頭、沖擊器、鉆桿提出孔外，再用135常規釬頭鉆進至設計深度。施工中遇到大孤石等障礙使得跟管困難時，用130常規釬頭鉆出導向通道后再偏心擴孔跟管；d、鉆孔完畢后，連續不斷地用水和高壓風徹底沖洗鉆孔，直至孔口返出之風手感無塵屑，延續510min，孔內沉渣不大于20cm。在套管內放入錨索體，用液壓拔管機將套

18、管拔出；e、在錨固段10m范圍內，對巖石較破碎的錨孔進行了固結灌漿。灌漿壓力采用0102Mp。（3）錨索體制作鋼絞線及錨具的選用選用符合預應力混凝土用鋼絞線的1860Mp高強低松弛無粘結鋼絞線，其性能指標見下表。2000KN級錨索由12束鋼絞線編成，錨具選用OVM1512。強度級別公稱直徑截面積彈性模量極限1伸長最小載荷延伸率荷載強度1860Mp1524mm140mm2195±10KN/mm2266KN1900Mp2346KN35自由式拉壓復合型錨索制作、下料：使用砂輪切割機下料。各級錨頭鋼絞線下料長度L為：式中：錨固段長度；距第一級錨頭之距離；自由段長度；錨墩長度；張拉長度。b、錨

19、固擠壓段鋼絞線清洗：剝離擠壓段鋼絞線的聚乙烯塑料套；剔除鋼絞線表層保護油脂；按順序分別使用C號油，Q號油，JSQJ劑，高溫清洗液和熱水（60）將鋼絞線清洗干凈，直至手感無油膩有澀感且表面烏黑發亮為止；c、組裝：將鋼絞線順直排列在加工平臺上，保持長度一致；按照圖紙裝配擠壓頭、錨板、托板并進行錨頭部分的制作；按照隔離架上對應位置安放并順直注漿管、排氣管，同時注意使注漿管、排氣管在錨索體中的相對位置滿足圖紙要求，按12m的間距安置隔離架、對中架；捆扎：自由段在兩對中架中間使用黑鐵絲捆扎。錨固段在兩隔離架中間使用黑鐵絲將其捆扎成紡錘型；在錨索體外側安置塑料或鋼制對中架，使預應力錨索體在鉆孔內居中放置；

20、錨固段頂部安裝導向帽；對組裝好的錨索按照對應的錨索孔進行編號，并妥善放置備用。（4）下錨采用人工下錨方式。下錨時，錨索體由套管作導向，操作人員協調一致，均勻用力往錨孔里推，保證了錨索體在孔內順直不扭曲。下錨完畢，用拔管機將套管拔出。（5）注漿錨索注漿是為了形成錨固段和為錨索提供防腐蝕保護層。另外，一定壓力的注漿可以使漿液滲入地層的裂隙和縫隙里，從而起到固結地層、提高地層承載力的作用。注漿是錨索施工中最關鍵的工序之一，其效果的好壞直接影響到錨索的錨固性能和永久性。自由式拉壓復合型錨索注漿為全孔一次注漿。制漿、設備：100/35攪拌機。b、材料：水泥：采用四川峨眉水泥廠生產的425級水泥；外加劑：

21、由于個別錨孔錨固段巖石較為破碎，裂隙發育，吃漿量較大，為了在保證工程質量的前提下，盡量減少工程投資，施工中在水泥漿液中加入了2的速凝劑；c、漿液配比：采用水灰比036：1的水泥漿，錨固段漿液結石強度指標滿足：；d、攪拌時間：。錨索孔注漿、錨固注漿前，結合錨索造孔過程中發現的地質情況，充分分析了可能的漿液灌注量，以此檢查庫存水泥量是否足夠；同時保證制漿設備、送漿管路、灌漿泵、灌漿管路正常；確保灌漿過程順利，避免因中斷而影響錨固注漿質量；b、自由式拉壓復合型錨索注漿：采用3SNS泵灌注；灌注前先壓入壓縮空氣，檢查管道暢通情況；采用孔口阻塞器封閉灌注。漿液從注漿管向內灌入，空氣直接排出；注漿結束標準

22、：灌漿壓力為0305Mp，排出的漿液濃度與灌入的漿液濃度相同，且不含氣泡時為止。（6）錨墩混凝土澆筑錨墩鋼筋制安：鋼筋制安時，先用風鉆在錨孔周圍坡面上對稱打孔46個，插入骨架鋼筋并固定，將鋼絞線束穿入導向鋼管并把導向鋼管插入孔口1020cm，然后按照圖紙要求分別焊接3層鋼筋網并固定于骨架鋼筋上，焊接質量需符合要求。焊接過程中，不得損傷鋼絞線。鋼筋網為1415，L80cm，層距15cm。鋼墊板安裝：50cm×50cm×3cm鋼墊板牢固焊接在鋼筋骨架上，其預留孔的中心位置置于錨孔軸線上，平面與錨孔軸線正交，其誤差不得大于05°。導向鋼管的作用是為錨索順利通過預留孔，見

23、圖3。鋼墊板與基巖面之間按照圖示錨墩尺寸立模，混凝土澆筑時，進行了現場混凝土取樣，確保了錨墩混凝土澆筑及養護質量，為錨索張拉提供應力保證。（7）張拉設備儀器、所有張拉設備儀器如電動油泵、千斤頂、壓力表必需在張拉和試驗前30d率定，以便獲得油壓與千斤頂張拉力之間的關系曲線，從而能指導張拉過程中張拉力的施加；b、ZB4500S電動油泵；c、YDC240Q單根張拉千斤頂；d、張拉設備技術指標值見下表。表2表ZB4500S超高壓油泵技術指標YDC240Q單根張拉千斤頂技術指標額定壓力額定流量質量額定壓力公稱張拉力行程質量穿心直徑50Mp2×2L/min130kg50Mp240KN200mm1

24、8kg18mm（8）張拉錨索張拉應在錨固灌漿抗壓強度達到35Mp及錨墩混凝土的承載強度達到設計規定值后進行。張拉程序穿錨初始循環張拉第一循環張拉第二循環張拉第三循環張拉第四循環張拉。張拉原則、加載速率：保持在40KN/min左右；b、卸荷速率：每min不宜超過設計應力的20。張拉方式自由式拉壓復合型預應力錨索由于各根鋼絞線長度不等，必須采用單根張拉千斤頂間隔對稱分序張拉，確保各根鋼絞線平均受載，如此一個張拉循環完畢，繼續進行下一循環張拉，直至設計工作荷載。、先張拉錨具中心部位鋼絞線；b、然后張拉錨具周邊部位鋼絞線，張拉時按照間隔對稱分序進行。預應力的施加向張拉油缸加油使油表指針讀數升至張拉系統

25、標定曲線上預應力指示的相應油表壓力值。初始循環張拉、底盤荷載：對錨索施加30KN的總荷載，用單根張拉千斤頂YDC240Q將鋼絞線逐根拉直預緊，拉直預緊時不上工作夾片。張拉按照先中間、后周邊對稱分序張拉的原則進行；b、將鋼絞線逐根按設計應力的10鎖定(上工作夾片)，再張拉至設計應力的1/4鎖定。單根張拉/10（穩定后鎖定）/4（穩定3min）/10/4（穩定3min）。第一循環張拉初始張拉結束后，在/4荷載的基礎上，繼續加載至/2荷載鎖定。/4/2（穩定3min）/4/2（穩定3min）/4/2（穩定后鎖定）第二循環張拉第一循環張拉結束，在/2的基礎上繼續加載至3/4鎖定。/23/4（穩定3mi

26、n）/23/4（穩定3min）/23/4（穩定后鎖定）。第三循環張拉第二循環張拉結束后，在3/4荷載的基礎上繼續加載至鎖定。3/4（穩定4min）3/4（穩定4min）3/4（穩定后鎖定）。第四循環張拉第三循環張拉結束后，在的基礎上加載至105。105（穩定1020min）鎖定（穩定后鎖定）。補償張拉、根據錨索監測觀測記錄可知，應力損失最大為12，賦存錨固力為968KN，應力損失最小的為10，賦存錨固力為990KN。b、錨索應力損失基本在集中張拉后第一月內，隨后應力損失逐漸下降，至張拉3個月，錨索應力基本保持穩定。c、預應力損失的主要原因是由于鋼絞線松弛所致。錨索第四循環張拉鎖定后，由于錨固段

27、與錨墩之間的覆蓋層發生彈性收縮，發現錨索鎖定的張拉力低于規定的設計值，遂對錨索進行補償張拉，從而滿足了設計永久賦存力的要求。（9）封錨外錨頭保護錨具外的鋼絞線除留存15cm外，其余部分切除。對外錨具或鋼絞線端頭用標號為C15混凝土封閉保護，混凝土保護層厚度25cm。4結論對于具體的錨固工程施工來說，由于受錨固設計噸位的大小和地質條件因素的影響，錨固鉆孔直徑和鉆孔深度存在有一定的差異，尤其是受不同地區，不同地質條件因素的影響，施工時對鉆孔設備和機具的能力要求往往會有較大的差異，因此要想以一種設備來完成所有的工程施工是不合理的。針對我國巖土錨固工程施工的實際情況，從技術可行、經濟合理的原則出發，對

28、錨固鉆機的輸出能力也應是分層次的，以滿足不同使用能力要求進行系列化開發、施工工藝相配套是錨固鉆機研制過程中貫徹的主要設計思想。（1）錨固鉆機的輸出能力主要從以下幾個方面來衡量：回轉扭矩在不同地層、不同鉆孔直徑和孔深、不同鉆孔工藝方法下所需要的鉆機回轉扭矩有較大的差別。風動潛孔錘鉆進時，地層相對完整的情況下所需要的扭矩較小，但是在復雜地層情況下，鉆孔的坍塌掉塊會引起回轉扭矩劇增，采用偏心跟管鉆進時，同樣需要較大的回轉扭矩；如果采用螺旋鉆桿干鉆時，對鉆機的輸出扭矩要求會更大。給進力和起拔力起拔力是衡量鉆機處理事故能力的重要標志。在復雜地層鉆進時，經常會遇到掉塊卡鉆事故，如果不能及時加以處理克服，往