CN104775428A - 复合型预应力锚索结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种复合型预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的预制内锚头、自由段、外锚固段和锚头部分，预制内锚头采用工厂化制作，与钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部，其上部为钢绞线处于自由状态的自由段，孔口设置外锚固段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定，其特征在于，在所述的孔底安装预制内锚头，自由段的上端与至钻孔口之间设有外锚固段；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成锚固段，在锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，即对外锚固段注浆，除自由段的钢绞线处于自由外，预制内锚头和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成预制内锚头、外锚固段的复合型预应力锚索。

Description

复合型预应力锚索结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种复合型预应力锚索结构及其施工方法，适用于公路、铁路、矿山、市政等的边坡加固工程中。

背景技术

边坡锚固工程作为隐蔽工程，其主要材料钢材及混凝土埋设在各种类型的岩土体中，长期与地下水、场地土介质接触，都会不同程度地遭受各种侵蚀介质的腐蚀损坏，会导致结构的耐久性、强度等物理力学性能降低。

要提高锚固工程的耐久性和有效性，除了对现有技术进行完善之外，结合不断发展的新技术、新材料、新工艺，研究新型锚固结构，开发具有较好耐久性能的锚固技术，是必由之路。为了解决以上不足之处，研究创新了一种新型锚索结构，即复合型预应力型锚索。

发明内容

本发明目的是提供一种复合型预应力锚索结构，以解决传统的边坡加固技术现有技术存在的耐久性不够的问题。

本发明的技术方案是：一种复合型预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的预制内锚头、自由段、外锚固段和锚头部分，预制内锚头采用工厂化制作，与钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部；预制内锚头的上部为钢绞线处于自由状态的自由段，在该自由段的上端至钻孔口设有外锚固段；在钻孔的孔口设置外锚固段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成自由段至预制内锚头底部之间的锚固段，在锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，形成外锚固段；除自由段的钢绞线处于自由外，预制内锚头和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成预制内锚头、外锚固段的复合型预应力锚索。

所述的预制内锚头包括承载体、挤压套、挤压簧和定位机构，承载体包括：在锚头不锈钢管内的下部设有钢质承压板，在锚头不锈钢管的中心穿过中心注浆管，在钢质承压板以上部分设有预制注浆体和螺纹受力筋，在预制注浆体中心的周围沿圆周均布四根预留钢绞线孔，在预留钢绞线孔之间设有四根螺纹受力筋，固化在预制注浆体内，在两根该螺纹受力筋的底端设有定位螺杆，定位螺杆穿过钢质承压板上对应的固定螺杆孔；将钢绞线的底部穿过承载体内的预留钢绞线孔至钢质承压板下部的空腔内，在空腔内的钢绞线上套装挤压簧，在挤压簧外套装挤压套，钢绞线底端外露长度20mm；用挤压机对挤压套和挤压簧进行径向挤压，挤压后将定位片上的预留孔套入定位螺杆和外露的钢绞线底部，并顶住挤压套底端，在定位片底侧用定位螺母紧固在定位螺杆上，构成预制内锚头。

所述的自由段装有Ⅰ型定位架进行定位，Ⅰ型定位架为直径105mm、厚度10mm的圆形板，在其周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口，并设有数个穿过钢绞线的定位孔；所述的外锚固段采用直径为85mm、厚度10mm的Ⅱ型定位架，在其周边均布四个用于穿过钢绞线配合的钢绞线缺口，在钢绞线缺口之间设有与注浆管配合的圆弧口。

所述的自由段采用套管使钢绞线处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段的上端设有止浆塞，用于阻隔外锚固段的注浆体进入自由段。

所述的止浆塞长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。

所述的外锚固段的结构和形成过程是：在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线采用Ⅱ型定位架定位；在外锚固段的钻孔内设有波纹管，待钢绞线张拉完毕，确定不在需要补偿张拉后通过三次注浆管进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线与注浆体、岩土体形成外锚固段。

所述的外锚固段、自由段和预制内锚头的长度分别为5-12m、5-10m和50～120cm；在相邻的定位架之间的钢绞线和注浆管用铁丝捆扎作为紧箍环。

所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁、钢垫板、定型锚具和封锚砼体，网格状的框架梁用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡上，框架梁的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线连接，并浇注在一起；露出框架梁的钢绞线穿过承压板并用锚具锁紧，锚索的顶端用封锚砼体封住。

一种所述的复合型预应力锚索结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预制内锚头：

锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度(fptk抗拉强度标准值)、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽。

①钢绞线选用Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其力学性能必须符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)的规定；锚具必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2010)的规定；无粘结预应力钢绞线必须符合建筑行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG 161-2004)的规定；

②预制内锚头为提前7天现场制作，主要包括以下几步：

A、承载体的制作：根据预制内锚头的直径、设计长度，加工锚头不锈钢管，并预留钢绞线孔穿钢绞线；安装中心注浆管、钢质承压板、定位螺杆、螺纹受力筋，最后浇筑水泥浆形成承载体。

钢质承压板为直径76或95mm，厚度20mm钢板，其上预留四个直径20mm的锚索孔；在中心预留直径20mm的注浆孔；预留两个定位螺杆穿孔。

水泥浆可采用PO42.5普通硅酸盐水泥，外加0.6％的UNF-5高效早强减水剂，添加适量纤维防止开裂，采用专门振动台振捣密实，注浆体强度不小于M40。

水泥浆配合比：水泥：水：早强剂：纤维＝1：0.38：0.016：0.0023，减水剂按20％减水率考虑。

B、安装挤压套：根据设计要求切割加工单根钢绞线的长度，并按照设计抗拔要求安装挤压套，挤压套内设置挤压簧，起增强摩阻力作用，挤压套的内径20mm，外径33mm，长度55mm。

③I型、II型定位架均由工程塑料制成,I型定位架的直径为105mm，厚度10mm，孔位与承压板一致，另在周边预留Φ30的注浆管缺口，Φ15定位孔，用紧箍环(Φ8铁丝)通过定位孔把钢绞线、二次注浆管和一次注浆管及定位架一起固定牢固，定位架外缘呈圆弧形。

④锚索编束要确保每一束钢绞线均匀排列，平直、不扭不叉，对有死弯、机械损伤及锈蚀坑应剔出。

⑤一次注浆管7应伸至预制内锚头的底部，与Φ20不锈钢管套接，并绑扎牢固，保证预制内锚头周围被注浆体包裹；二次注浆管的下端设置在预制内锚头的顶部，并在5m范围内沿二次注浆管管壁钻Φ8孔眼，为二次注浆管出浆孔，安装二次注浆管时应用胶带封堵出浆孔，防止一次注浆时水泥浆进入二次注浆管内，使二次注浆管失效。

(2)定位架的制作：

定位架采用硬塑材料加工制作而成，圆形板的中部设有正方形分布的四个钢绞线通孔，在边缘设有用于穿过一、二次注浆管的缺口；沿一、二次注浆管和钢绞线间隔1.5～2m设置一道定位架，起对中作用；定位架之间用铁丝绑扎牢固。

(3)一注浆管和二次注浆管安装：

一、二次注浆管随钢绞线绑扎，一起伸入钻孔底，一次注浆管底部30cm内开螺旋分布的孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞；二次注浆管在5～10m范围内开螺旋分布的孔眼，并用胶带缠绕几道，防治在下锚索过程中孔眼堵塞；一次、二次注浆管在锚索安装时制作，置于外锚固段的波纹管和止浆塞内；三次注浆管和排气管在浇筑框架梁时布置，从框架梁底部侧面穿出；从波纹管侧面开口伸入波纹管内，三次注浆管应伸入波纹管内2m以上，排气管伸入波纹管内即可。

(4)止浆塞8的制作：提前几天现场制作，要求外锚固段的波纹管与自由段套管搭接长度至少为60cm；制作止浆塞时将波纹管底部50cm长范围内两端堵死，从侧面两端开两个注浆小口，将配置好的水泥浆从小口注入波纹管内，注满即可，水泥浆凝固后形成止浆塞。

(5)钻孔：

锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；钻孔后，将上面制作的锚索主体穿入钻孔内；

(6)注浆：

(a)一次注浆：

采用一次注浆管注浆，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆；为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在注浆管末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm；

(b)二次注浆：

二次注浆通过二次注浆管内进行，浆液通过高压将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度；注浆压力1～5Mpa；

(c)三次注浆：

三次注浆通过三次注浆管对外锚固段进行注浆，需要在孔口设置出气孔，防治被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。

本发明的优点是：①反向自锁功能：锚索内、外锚固段能形成对拉效果，当外锚头失效或预应力损失时，锚索可以产生反向自锁锚固功能。

②有效减少锚索预应力损失：外锚固段注浆后，当外锚固段浆体达到龄期后逐步形成了锚固力时，外锚头的荷载有一部分传递分配给外锚固段，因而缓解了外锚头结构物的长期应力集中而导致的预应力损失问题。

③外锚固段注浆体具有先张法工作特性：外锚固段在锚索张拉锁定后再注浆，注浆体具先张法特性。

④外锚固段防腐效果较好：一般拉力型锚索自由段一般位于地表以下一定深度，在地表水下渗、空气对流及温度综合作用下，腐蚀较快，导致锚索失效，对自由段张拉后二次注浆，解决锚索腐蚀问题，提高锚索耐久性。

⑤外锚固段有足够锚固力：采取孔口扩孔方法可有效提高外锚固段的锚固力。

⑥提高了承载体的耐久性：将无粘结钢绞线、挤压套和钢质承压板采用水泥浆现浇为整体，外裹不锈钢管，其承载体有很强的承载力，耐久性好。

⑦整体防腐效果较好：锚索周围的注浆锚固体从孔底至孔口均处于受压状态，锚固体开裂的可能性相对较少，对锚索的防腐有利。而且，预制内锚头的钢绞线具有可靠的结构保护层，有效的防止了由于施工因素带来的各种质量隐患；其他部位钢绞线采用无粘结钢绞线，其表面PE防腐层26(无粘结钢绞线外套黑色管)及防腐油脂27(黑色管与钢绞线充满油脂)有更好的防腐功能，PE防腐层周围的注浆体进一步增强防护性能。因此，这种新型锚固技术在整体防腐性能上很大的提高。

⑧提高了锚固力：由于较传统的压力型锚索增加了沿预制内锚头长度的锚固力，有效地提高了单个内锚头的锚固力。

本发明复合型锚索结合了普通型锚索与控制注浆技术的优点，复合型预应力锚索结构，具有结构合理、技术先进、经济合理、防腐效果好等优势，是一种具有发展前途的新型边坡加固技术。

附图说明

图1是本发明的复合型预应力锚索总体结构示意图。

图2是图1的I-I剖视图；

图3是图1中预制内锚头的横截面(图5的B-B)的剖视图；

图4是本发明预制内锚头的承压板的一侧的结构示意图；

图5是图3的C-C剖视图；

图6是图3的D-D剖视图；

图7是图1的II-II剖视图；

图8是本发明的Ⅰ型定位架的结构示意图；

图9是本发明的II型定位架的结构示意图；

图10是本发明的钢垫板的结构示意图；

图11是本发明的止浆塞的轴向剖视结构示意图。

附图标记说明：1、预制内锚头；2、无粘结钢绞线(φ15.24)；3、紧箍环；4、定位架；41、I型定位架，42、II型定位架，5、锚索孔(φ130)；6、二次注浆管；7、一次注浆管；8、止浆塞；9、框架梁；10、钢垫板；11、定型锚具；12、封锚砼(C30)；13、锚墩；14、螺旋筋(φ6)；15、承压板(φ75或φ98，钢质)；16、后注浆体(M30水泥浆)；17、预制注浆体(M40水泥浆)；18、中心注浆管(φ20mm不锈钢)、20、螺纹受力筋(φ12)；21、锚头不锈钢管(φ102或89)；22、定位螺杆；23、挤压套；24、挤压簧；26、PE套管；27、防腐油脂(黄油)；28、导向体；29、预留钢绞线孔；30、定位片；31、螺母；32、波纹管，33、波纹管侧孔，34、三次注浆管，35、排气管，B、表示锚固段，C、外锚固段，E、外锚固端；F、锚索主体；G、承载体。

具体实施方式

参见图1-图11，本发明复合型锚索结构包括预制内锚头1、钢绞线2、紧箍环3、定位架4、钻孔5、一次注浆管7、二次注浆管6、三次注浆管34，波纹管32，预制注浆体17和外锚固端E，分别说明如下：

1、预制内锚头1：

所述的预制内锚头1包括承载体G、挤压套23、挤压簧24和定位机构，承载体G包括：在锚头不锈钢管21内的下部设有钢质承压板15，在锚头不锈钢管21的中心穿过中心注浆管18，在钢质承压板15以上部分设有预制注浆体17和螺纹受力筋20，在预制注浆体17中心的周围沿圆周均布四根预留钢绞线孔29，在预留钢绞线孔29之间设有四根螺纹受力筋20，固化在预制注浆体17内，在两根该螺纹受力筋20的底端设有定位螺杆22，定位螺杆22穿过钢质承压板15上对应的固定螺杆孔103；将钢绞线2的底部穿过承载体G内的预留钢绞线孔29至钢质承压板15下部的空腔P内，在空腔P内的钢绞线2上套装挤压簧24，在挤压簧24外套装挤压套23，钢绞线2底端外露长度20mm；用挤压机对挤压套23和挤压簧24进行径向挤压，挤压后将定位片30上的预留孔套入定位螺杆22和外露的钢绞线2底部，并顶住挤压套23底端，在定位片30底侧用定位螺母31紧固在定位螺杆22上，构成预制内锚头1。

所述的承载体G是工厂化制作，以前没有此技术，制作好后，运输至施工现场后再与挤压套23、挤压簧24一起组装成预制内锚头1。

2、无粘结钢绞线：

无粘结钢绞线由钢绞线2、黄油27和PE套管26组成。通过PE套管26使钢绞线2与预制注浆体17不直接接触，由底部向上受压来提供锚固力，整段钢绞线2成为自由段。黄油27有隔水防锈，减少摩擦力的作用。

3、定位架4：

由于钢绞线2是柔性结构，定位架4起到捋顺钢绞线2和一次注浆管7和二次注浆管6，提高钢绞线2刚度的作用，同时也设计一定的保护层厚度，确保钢绞线2周围由注浆体包裹，提高锚索的防腐耐久性。

定位架4有两种结构：Ⅰ型定位架41(参见图8)和Ⅱ型定位架42(参见图9)。

Ⅰ型定位架41为直径105mm、厚度10mm的圆形塑料板，在其周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口411，并设有4个穿过钢绞线2的定位孔412，在缺口411的对面设有两个用于钢绞2与定位架4固定的辅助孔413。所述的自由段用Ⅰ型定位架41进行定位。

Ⅱ型定位架42的直径为85mm、厚度10mm的圆形塑料板，在其周边均布四个用于穿过钢绞线配合的钢绞线缺口421，在钢绞线缺口421之间设有与注浆管配合的圆弧口422。所述的外锚固段采用Ⅱ型定位架42定位。

定位架4的孔位(注浆孔或缺口411和422)和轴线与承压板15一致。

4、紧箍环3：

紧箍环用φ8铁丝制作，设置在两个定位架4中间位置，把一次注浆管7、二次注浆管6与钢绞线2一起绑扎牢固。

5、锚索孔5：

在深挖方边坡上斜向向下打一定孔径、一定深度的锚索孔5，要求锚索孔5穿过滑动面，深入到可锚固的地层中。把预制内锚头1伸进钻孔底部，注浆，张拉，锚固边坡。锚索孔5的孔口应套孔口钢管8，孔口钢管8的底端深入孔口以下30cm，孔口钢管8的顶端应与框架梁9平齐，在浇筑框架梁9时应放入孔口钢管8，并定位，使锚索位于孔口钢管8中心位置，便于锚索张拉。

6、一次注浆管7和二次注浆管6：

制作锚索时，预设一次注浆管7和二次注浆管6，深入锚索孔5的低部，由孔低返浆。

7、后注浆体16：

预制内锚头1入锚索孔5后，由一次注浆管7把一定水灰比的纯水泥浆注入钻孔内形成后注浆体16，通过后注浆体16与锚索孔5孔壁的粘结力来提供锚固力，对裂隙发育、岩层软弱地层，一般采用二次劈裂注浆工艺，二次注浆采用高压劈裂注浆原理，起到对岩体裂隙挤密注浆效果，可以认为是后注浆的一部分。

8、导向体28：

导向体28外型呈锥形，位于预制内锚头1的底端，在承载体、挤压套23、挤压簧24及定位螺杆22组装成预制内锚头1后，用现浇混凝土制作，混凝土充满锚头不锈钢管21下部的空腔P内，与挤压套23、钢绞线2、定位螺杆22浇筑一起，形成整体，头部呈锥形，满足强度要求。起到锚索在伸入锚索孔5孔底过程的导向作用。

9、外锚固端：

由长20cm*宽20cm*厚20mm钢垫板10、定型锚具11、C30封锚砼12、锚墩13组成。

本发明的施工过程如下：

(1)预制内锚头：

锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽。

①钢绞线2选用Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其力学性能必须符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)的规定。锚具必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2010)的规定。无粘结预应力钢绞线必须符合建筑行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG 161-2004)的规定；

②预制内锚头1为提前7天现场制作，主要包括以下几步：

A、承载体G的制作：根据预制内锚头1的直径、设计长度，加工锚头不锈钢管21，并预留钢绞线孔29穿钢绞线2；安装中心注浆管18、钢质承压板15、定位螺杆22、螺纹受力筋20，最后浇筑水泥浆形成承载体G；

钢质承压板15为直径76或95mm，厚度20mm钢板，其上预留四个直径20mm的锚索孔102；在中心预留直径20mm的注浆孔101；预留两个定位螺杆穿孔103；

水泥浆可采用PO42.5普通硅酸盐水泥，外加0.6％的UNF-5高效早强减水剂，添加适量纤维防止开裂，采用专门振动台振捣密实，注浆体强度不小于M40。

水泥浆配合比：水泥：水：早强剂：纤维＝1：0.38：0.016：0.0023，减水剂按20％减水率考虑；

B、安装挤压套23：根据设计要求切割加工单根钢绞线2的长度，并按照设计抗拔要求安装挤压套23，挤压套23内设置挤压簧24，起增强摩阻力作用，挤压套23的内径20mm，外径33mm，长度55mm。

③定位架4采用硬塑材料加工制作而成，每间隔1.5～2m设置一道，相邻的定位架4之间用铁丝(紧箍环3)绑扎牢固。

④锚索编束要确保每一束钢绞线2均匀排列，平直、不扭不叉，对有死弯、机械损伤及锈蚀坑应剔出。

⑤一次注浆管7应伸至预制内锚头1的底部，与Φ20不锈钢管18套接，并绑扎牢固，保证预制内锚头1周围被注浆体包裹，二次注浆管6设置预制内锚头1的顶部，并在5m范围内沿二次注浆管6管壁钻Φ8孔眼，为二次注浆管出浆孔，安装二次注浆管时应用胶带封堵孔眼，防止一次注浆时水泥浆进入二次注浆管内，使二次注浆管失效。

(2)一、二次注浆管7和6的安装：

一、二次注浆管7和6随锚索(钢绞线2)绑扎，一起进入钻孔5的孔底，一次注浆管7底部30cm内螺旋开孔眼，防治在下锚索过程中被堵塞，二次注浆管6在5～10m范围内螺旋开孔，并用胶带缠绕几道，防治在下锚索过程中，孔眼堵塞，二次注浆管5起二次劈裂作用，二次劈裂注浆可提高锚索锚固力。

3)锚索孔钻孔：

锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验。

4)注浆过程：

(1)一次注浆：

一次注浆采用一次注浆管4注浆，目的是在锚索2与钻孔5之间现成水泥柱体(注浆体17)。一次注浆管4采用Φ25mm PVC管。为保证浆液充满整个钻孔的空隙，一次注浆管7深入孔底，浆液通过一次注浆管7从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆。为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在一次注浆管7的末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm。

一次注浆结束后，如果发现孔口浆液回缩，在现场要及时补浆。

(2)二次注浆：

二次注浆通过二次注浆管5内进行，浆液通过高压(一般在1～5MPa)将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度。其有两个标志性注浆控制压力，一是：注浆体瞬间劈裂压力，即将二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体的压力，其与一次注浆的强度有关，又与一、二次注浆间隔时间长短有关。一般浆体劈裂压力为1～5Mpa。二是岩体挤裂压力，一次注浆体被劈裂后，浆液在注浆压力驱动下将沿岩体中“通道”(主要为节理裂隙)向四周扩散。当钻孔周边“通道”被浆液填充完成后，在注浆压力作用下，岩土体内浆体压力持续上升，直至岩体中封闭的节理裂缝被挤破产生新的“通道”，此时注浆压力即为岩体挤裂压力。

二次注浆(劈裂注浆)时，由于注浆压力较大，注浆管口需加密封牢固。

(3)三次注浆：

三次注浆管34和排气管35在浇筑框架梁9时布置，从框架梁44底部侧面穿出；从波纹管32侧面开口33伸入波纹管32内，三次注浆管34应伸入波纹管内2m以上，排气管35伸入波纹管32内即可。

三次注浆主要是对外锚固段C进行注浆，需要在孔口设置出气孔(排气管35)，防止被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。

(4)注浆结束依据

在施工中，要注意：一是在瞬间劈裂压力作用下，钻孔周围不能跑浆。二是持续注浆压力，即在二次劈裂后浆液向四周扩散的持续压力，根据孔周围岩土体的强度和结构不同，会出现三种情况。第一种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力明显小于劈裂压力，而且持续注浆压力不会增加，即不会出现岩体挤裂压力，注浆量不断增加，此时按设计注浆量三倍控制注浆量。第二种情况：在出现浆体瞬间劈裂压力后，持续注浆压力虽然明显小于劈裂压力，但持续压力不断增加，会出现岩体挤裂压力，而注浆量不断减小，此情况对其注浆量进行双控，按满足总注浆量不大于设计注浆量的3倍和出现二次岩体挤裂压力后注浆效果不明显(每分钟注浆量不超过0.2～0.5L)时，两者其中之一即可停止注浆。第三种情况：在出现浆体瞬间劈裂注浆压力后持续注浆压力没有明显的减小，或注浆压力一直增加没有形成岩体挤裂压力，注浆效果不明显，按注浆压力不超过注浆机与注浆管的容许压力(5MPa)进行控制。

Claims (9)

1.一种复合型预应力锚索结构，包括贯穿有钢绞线的预制内锚头、自由段、外锚固段和锚头部分，预制内锚头采用工厂化制作，与钢绞线用注浆体粘结在钻孔的底部；预制内锚头的上部为钢绞线处于自由状态的自由段，在该自由段的上端至钻孔口设有外锚固段；在钻孔的孔口设置外锚固段，锚头部分设在钻孔口的外面并与钢绞线的顶端固定；注浆体注浆分三次进行，第一次注浆至自由段中部止，第二次注浆采用劈裂注浆，形成自由段至预制内锚头底部之间的锚固段，在锚固段浆体达到龄期对钢绞线进行张拉后，再进行第三次注浆，形成外锚固段；除自由段的钢绞线处于自由外，预制内锚头和外锚固段的钢绞线全部与注浆体粘结，形成预制内锚头、外锚固段的复合型预应力锚索。

2.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的预制内锚头1包括承载体G、挤压套23、挤压簧24和定位机构，承载体G包括：在锚头不锈钢管21内的下部设有钢质承压板15，在锚头不锈钢管21的中心穿过中心注浆管18，在钢质承压板15以上部分设有预制注浆体17和螺纹受力筋20，在预制注浆体17中心的周围沿圆周均布四根预留钢绞线孔29，在预留钢绞线孔29之间设有四根螺纹受力筋20，固化在预制注浆体17内，在两根该螺纹受力筋20的底端设有定位螺杆22，定位螺杆22穿过钢质承压板15上对应的固定螺杆孔103；将钢绞线2的底部穿过承载体G内的预留钢绞线孔29至钢质承压板15下部的空腔P内，在空腔P内的钢绞线2上套装挤压簧24，在挤压簧24外套装挤压套23，钢绞线2底端外露长度20mm；用挤压机对挤压套23和挤压簧24进行径向挤压，挤压后将定位片30上的预留孔套入定位螺杆22和外露的钢绞线2底部，并顶住挤压套23底端，在定位片30底侧用定位螺母31紧固在定位螺杆22上，构成预制内锚头1。

3.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的自由段装有Ⅰ型定位架进行定位，Ⅰ型定位架为直径105mm、厚度10mm的圆形板，在其周边预留两个用于穿过注浆管的注浆孔或缺口，并设有数个穿过钢绞线的定位孔；所述的外锚固段采用直径为85mm、厚度10mm的Ⅱ型定位架，在其周边均布四个用于穿过钢绞线配合的钢绞线缺口，在钢绞线缺口之间设有与注浆管配合的圆弧口。

4.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的自由段采用套管使钢绞线处于自由状态，没有注浆体粘结，在自由段的上端设有止浆塞，用于阻隔外锚固段的注浆体进入自由段。

5.根据权利要求4所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的止浆塞长40-60cm，采用水泥浆制作，水泥浆水灰比为0.38～0.40。

6.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段的结构和形成过程是：在钻孔口内部一定长度钢绞线预留粘结段，内部的钢绞线采用Ⅱ型定位架定位；在外锚固段的钻孔内设有波纹管，待钢绞线张拉完毕，确定不在需要补偿张拉后通过三次注浆管进行第三次注浆，通过三次注浆使钢绞线与注浆体、岩土体形成外锚固段。

7.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的外锚固段、自由段和预制内锚头的长度分别为5-12m、5-10m和50～120cm；在相邻的定位架之间的钢绞线和注浆管用铁丝捆扎作为紧箍环。

8.根据权利要求1所述的复合型预应力锚索结构，其特征在于，所述的锚头部分包括钢筋混凝土框架梁、钢垫板、定型锚具和封锚砼体，网格状的框架梁用钢筋混凝土浇筑在欲锚固的斜坡上，框架梁的钢筋与伸出钻孔口的钢绞线连接，并浇注在一起；露出框架梁的钢绞线穿过承压板并用锚具锁紧，锚索的顶端用封锚砼体封住。

9.一种权利要求1所述的复合型预应力锚索结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预制内锚头：

锚索采用四根Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，长度按设计长度切割，顶端焊接导向帽。

①钢绞线2选用Φ15.24mm、fptk＝1860MPa的高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其力学性能必须符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003)的规定；锚具必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85-2010)的规定；无粘结预应力钢绞线必须符合建筑行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG 161-2004)的规定；

②预制内锚头1为提前7天现场制作，主要包括以下几步：

A、承载体G的制作：根据预制内锚头1的直径、设计长度，加工锚头不锈钢管21，并预留钢绞线孔29穿钢绞线2；安装中心注浆管18、钢质承压板15、定位螺杆22、螺纹受力筋20，最后浇筑水泥浆形成承载体G；

钢质承压板15为直径76或95mm，厚度20mm钢板，其上预留四个直径20mm的锚索孔102；在中心预留直径20mm的注浆孔101；预留两个定位螺杆穿孔103；

水泥浆可采用PO42.5普通硅酸盐水泥，外加0.6％的UNF-5高效早强减水剂，添加适量纤维防止开裂，采用专门振动台振捣密实，注浆体强度不小于M40。

水泥浆配合比：水泥：水：早强剂：纤维＝1：0.38：0.016：0.0023，减水剂按20％减水率考虑；

B、安装挤压套23：根据设计要求切割加工单根钢绞线2的长度，并按照设计抗拔要求安装挤压套23，挤压套23内设置挤压簧24，起增强摩阻力作用，挤压套23的内径20mm，外径33mm，长度55mm。

③I型、II型定位架4均由工程塑料制成,I型定位架41的直径为105mm，厚度10mm，孔位与承压板15一致，另在周边预留Φ30的注浆管缺口411、422，Φ15定位孔，用紧箍环3通过定位孔把钢绞线2、二次注浆管6和一次注浆管7及定位架4一起固定牢固，定位架4外缘呈圆弧形。

④紧箍环3为Φ8铁丝，把钢绞线2与一次注浆管、二次注浆管一起绑扎牢固。

⑤锚索编束要确保每一束钢绞线2均匀排列，平直、不扭不叉，对有死弯、机械损伤及锈蚀坑应剔出。

⑥一次注浆管7应伸至预制内锚头1的底部，与Φ20不锈钢管18套接，并绑扎牢固，保证预制内锚头1周围被注浆体包裹；二次注浆管6的下端设置在预制内锚头1的顶部，并在5m范围内沿二次注浆管6管壁钻Φ8孔眼，为二次注浆管出浆孔，安装二次注浆管6时应用胶带封堵出浆孔，防止一次注浆时水泥浆进入二次注浆管6内，使二次注浆管6失效。

(2)定位架的制作：

定位架采用硬塑材料加工制作而成，圆形板的中部设有正方形分布的四个钢绞线通孔，在边缘设有用于穿过一、二次注浆管的缺口；沿一、二次注浆管和钢绞线间隔1.5～2m设置一道定位架，起对中作用；定位架之间用铁丝绑扎牢固。

(3)一注浆管和二次注浆管安装：

一、二次注浆管随钢绞线绑扎，一起伸入钻孔底，一次注浆管底部30cm内开螺旋分布的孔眼，防止在下锚索过程中被堵塞；二次注浆管在5～10m范围内开螺旋分布的孔眼，并用胶带缠绕几道，防治在下锚索过程中孔眼堵塞；一次、二次注浆管在锚索安装时制作，置于外锚固段的波纹管和止浆塞内；三次注浆管34和排气管35在浇筑框架梁9时布置，从框架梁9底部侧面穿出；从波纹管32侧面开口33伸入波纹管32内，三次注浆管34应伸入波纹管32内2m以上，排气管35伸入波纹管32内即可。

(4)止浆塞8的制作：提前几天现场制作，要求外锚固段的波纹管与自由段套管搭接长度至少为60cm；制作止浆塞时将波纹管底部50cm长范围内两端堵死，从侧面两端开两个注浆小口，将配置好的水泥浆从小口注入波纹管内，注满即可，水泥浆凝固后形成止浆塞。

(5)钻孔：

锚管孔的钻孔工艺为：定孔位、搭设钻机平台、复合孔位、钻机精确定位、钻孔、检验；钻孔后，将上面制作的锚索主体穿入钻孔内；

(6)注浆：

(a)一次注浆：

采用一次注浆管注浆，浆液通过一次注浆管从孔底自下而上反向压浆，将管底残留的碎渣及漏浆压出孔口，且持续到孔口溢出净水泥浆；为防止下管安装时管口被残渣堵塞，在注浆管末端30cm范围内布置2排梅花形孔眼，孔径5-6mm；

(b)二次注浆：

二次注浆通过二次注浆管内进行，浆液通过高压将预留的二次注浆孔冲开并劈裂一次注浆体，向四周扩散、渗透，加固钻孔周围岩土体，提高其强度；注浆压力1～5Mpa；

(c)三次注浆：

三次注浆通过三次注浆管对外锚固段进行注浆，需要在孔口设置出气孔，防治被堵，无法注浆，注浆工艺同一次、二次注浆。