可回收预应力锚索在支护工程中的应用

陆瑞芬 沈姚锋

摘要：在支护工程中，应用预应力锚索这种成熟的岩土工程施工技术，虽然能够很好的对基坑以及边坡进行支护，但是施工完成后在周边地层会留下长锚索，对地下空间造成非常大的障碍，不利于以后的施工。在某些条件受限的特殊工况下锚索的可回收性，可以解决锚索应用难题，并能够节约资源。从施工工艺成熟度、作用机理、经济效益及安全可靠性等几个方面本文探讨可回收锚索的推广价值和适用性，并就实例进行阐述。

关键词：支护工程；预应力锚索；可回收；应用

中图分类号： U455 文献标识码： A

引言

随着锚固技术的不断完善和发展，根据不同的地质形态和特殊工程需要，对锚索的拉拨力要求已经越来越高，特别是在城市的基坑支护过程中，为了控制基坑的位移，往往在开挖前施加较大的预应力。但是由于施工完成后，会在支护现场留下锚索，不但对随后的施工造成一定的阻碍，还会造成资源的浪费。以下就可回收预应力锚索的应用进行探讨，以供同行参考。

一、可回收预应力锚索的应用现状

一些较大规模的民用或商业建筑基坑选择混凝土内支撑，设置成环状或设置多个临时立柱，尽量减少对周围地下空间的影响，但同时也增大的工程投资。针对这样的背景，国内外很多学者和施工企业研究预应力锚索的可回收性，在有特殊需求的场合，能够提供一种技术解决方案，近几年国内一些工程也进行了可回收锚索的试验和理论研究，但国内采用这种新工艺的案例非常少，而且暂时没有相关规范规程作为技术支持，实际回收效果和可靠性有待进一步评价。

二、可回收式预应力锚索特点

本文确定的为压力分散型可回收式预应力锚索的结构型式，其主要组成部分有承压板、承载体、钢绞线等。在每一级单元锚索中，将钢绞线绕过承压板弯曲成“U”型，固定在承载体上，并在每根锚索上一定间隔设置多个承载体组成压力分散性锚索，其结构型式见图1。

图1压力分散型可回收式预应力锚索(锚固段部分)

承压板的主要作用如下:a.固定钢绞线;实现钢绞线的U形弯曲，应用销钉与绑扎将钢绞线固定在凹槽内;b.主要的传力部件;可将张拉荷载转化为对注浆体的压缩荷载;c.起隔离、对中支架的作用;保证各根钢绞线间的隔离，使锚索体居中位于钻孔内，保证钢绞线有足够的浆体保护层厚度。

由于目前没有相关规范规程对可回收锚索设计进行支持，在进行可回收锚索的设计时，通常按常规预应力锚索的挡土结构计算锚索的轴拉力设计值，然后根据可回收工艺专利提供的抗拉设计值选取对应的锚索及锚头的型号。

由于可回收式压力分散型锚索其锚固段注浆体一直处于受压状态，能够发挥水泥材料抗压强度高的特点。且可回收式压力分散型锚索的锚固力被分散到各个承载体上的粘结应力分布相对比较均匀，从而改善了锚固段的受力状况，不会出现渐进性粘脱现象。

a.承载能力

高拉力型锚索在软弱破碎地层中承载力低。而可回收式预应力锚索的锚固力被均匀分配给多个承载体，因而可以充分地调用地层强度，即使在软弱破碎地层中也可以达到工程所需要的较高的锚固力，所以可回收式预应力锚索承载能力高。

b.易回收且回收力小

可回收式压力分散型锚索在回收时只需放松锚索的工作夹片，应用千斤顶或卷扬机就可轻易地将钢绞线抽出。现场试验表明，可回收式压力分散型锚索的回收力约为20kN。

三、锚索现场回收实验

（一）、试验场地概况

试验现场位于某土质边坡中，该边坡近乎直立，坡高约11m，山体厚度约50m，边坡处于长期稳定状态。坡面上出露的基本为新鲜黄土状土，从钻孔情况来看，土体沿钻孔性质有所差异。

将原状土采样，进行了室内土工试验，试验结果为:土层的天然重度Y=16.0~162kN/m3，土体的凝聚力c=7~118kPa，内摩擦角φ=21.78~16.02°，经试验确定现场土质为黄土状粉质粘土。图2是用破坏莫尔圆表示的两组土样的三轴不固结不排水剪切试验结果。

图2 三轴不固结不排水剪切试验结果

（二）、锚索制作

首先制作钢筋笼承载体，钢筋笼两端应该平齐，然后将钢筋笼与承压板底焊在一并使钢筋笼应位于承压板的中心。截取钢绞线，第一级锚索钢绞线长度为30m，第二级钢绞线长度为22m。

在弯筋机上进行锚索组装，首先将钢筋笼承载体套在推进油缸活塞杆的接长杆上，接长杆前端置于承压板底面的定位槽内;把第一级钢绞线的中点部位放在承压板前端的圆槽内，将两个滚轮的圆槽对准钢绞线，用油缸的油泵对钢绞线进行顶压，钢绞线弯曲后从滚轮中间伸出。

当承载体伸出滚轮40cm时停止顶压，在承压板下部约1scm用钢带打包机捆扎锚索，使钢绞线紧贴钢筋笼。在第一级承载体中部和底部分别用钢带打包机绑扎钢绞线，将绑扎好的第一级钢绞线抽出3m，并转动90°，按照同样方法捆扎第二级钢绞线，第一级和第二级锚索的钢绞线在第二级承载体上要均匀分布。

锚索捆扎完成后将其从弯筋机中抽出，按照1.5~2.Om的间距安装对中支架，安装时要保持各钢绞线的顺直和均匀。对加强钢筋上进行打磨、贴应变传感器、焊接量测电缆以及进行电缆线防护等工作。

（三）、锚索安装与注浆

在安装锚索前，应该把锚索体顺直摆放在平整场地上，沿锚索体全长布置一排注浆管，注浆管必须与锚索体绑在一起，采用人工方法把锚索推送入钻孔内。安装后，采用水灰比为0.40~0.45的纯水泥浆进行孔底无压注浆，直至注满。

对浆液取样，试件尺寸为:φ50xl00~，记录注浆体7d、14d、28d的单轴抗压强度，试验结果列于表1中。

表1 注浆体试件单轴抗压强度试验结果

（四）、张拉

试验首先进行锚固段在不同荷载下的应变分布规律测量，而后进行锚固性能试验。最后对部分锚索进行了破坏试验。该试验地层为粉质粘土，承载力较小，为了增加孔口土层的承载能力，试验时采用了大型松木垫板配合钢垫板，木垫板的面积为1.5X1.5m、厚度20cm。试验发现，在较高的荷载下，垫墩只产生了较小的位移。现场张拉图见图3。

在以往的试验可以看出，在张拉第一级锚索时会对第二级锚索的应力产生影响，反之，在张拉第二级锚索时也会对第一级锚索的应力产生影响，为了研究锚索应力的这种相互影响，试验中将分别采用如下张拉方法:张拉第一级锚索→锁定→张拉第二级锚索→锁定→张拉第一级锚索。

图3 现场试验锚索与锚杆张拉情形

（五）、锚索和锚杆的回收力

试验表明，限承载力约为在粉质粘土地层中，钢筋笼承载体的容许承载力大约在250kN，极300kN。载力为nx300kN(n因此在该地层中，锚索的容许承载力为nx250kN、极限承为承载体个数)。如果要提高单根锚索的锚固力，可以采用多级单元锚索。本次现场试验采用两级单元，锚索的锚固力因此能够达到500~550kN。在该类地层中，锚杆的最大锚固力约为300KN左右。

从试验结果来看，锚索的回收力为12.5kN~25.0kN，破坏后的回收力为26kN~37kN。图4是锚索体回收后钢绞线的变形情况，图中螺旋半径越小的钢绞线回收力越大。回收后的锚固体见图5。

图4锚索体回收后钢绞线的变形情况

图5回收后的锚固体

结束语

在支护工程中，通过运用可回收预应力锚索，虽然施工工艺相比不回收的锚索较为复杂，但是在资源的利用方面以及对整个工程而言，都具有非常重要的作用，因此，可回收预应力锚索的应用可以广泛的进行推广。

参考文献

[1] 盛宏光, 聂德新, 傅荣华. 可回收式锚索试验研究[J]. 地质灾害与环境保护, 2003, 14(4): 68–72.

[2] 李兆平, 黄明利, 王建, 等. 地铁深基坑采用可回收锚索支护方案优化设计[J]. 地下空间与工程学报