压力分散型锚索差异荷载补偿张拉工艺研究

■　邹宝良（福建海诚建设工程有限公司，三明　365000）



压力分散型锚索差异荷载补偿张拉工艺研究

■邹宝良
（福建海诚建设工程有限公司，三明365000）

摘要差异荷载补偿张拉是压力分散型锚施工的关键工序，该张拉工艺从理论计算到张拉技术工艺都对整个边坡锚固效果产生重要影响。文章以莆炎高速公路锚索施工为例，对压力分散型锚索差异荷载补偿张拉工艺的理论计算、张拉工序、施工技术进行了分析研究。同时，也总结出差异荷载补偿值计算更简化的公式，对张拉工艺提出更细化和适用的建议，为类似工程提供借鉴。

关键词压力分散型锚索差异荷载补偿张拉工艺研究

0　引言

福建是个多山省份，随着高速公路的大量修建，不可避免出现高陡边坡，对于高陡边坡病害的防治、处理，预应力锚固技术起到极大作用，其中压力分散型锚索是应用最广泛的一种锚固类型。压力分散型锚索结构上分成几个单元并在锚固段设置多个承载体，施加预应力时其应力能分散至各承载体，较传统拉力型锚索受力更均衡合理。但因各单元锚索长度不同，在整体张拉情况下，各单元锚索产生的弹性伸长量不同，各单元的张拉应力也不等，会造成部分单元实际荷载超限或小于设计荷载，影响结构安全。而差异荷载补偿张拉法能有效解决受力差异问题，消除各单元间荷载差异，使各单元受力均衡，让作用于锚固段的锚固力更接近于设计锚固力。

本文以莆炎高速公路压力分散型锚索张拉施工为例，对压力分散型锚索差异荷载补偿张拉法的理论计算、张拉工序、施工技术进行分析研究。

1　压力分散型锚索

压力分散型锚索是由两个以上压力型单元锚索复合而成，全长为无粘结钢绞线，锚固段设置多个钢质承载体，每个单元锚索由钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套内锚于钢质承载体而成。施加预应力时，其应力均匀分散至各承载体并将其转为对注浆体的压力，通过注浆体传递应力至地层，从而达到锚固地层的作用。压力分散型锚索结构如图1所示。

2　压力分散型锚索的张拉计算

差异荷载补偿值的确定是以预应力理论伸长值ΔL=PL/EA为基本原理，假定各单元最终张拉荷载相同，根据各单元长度的不同，计算出各单元不同的钢绞线理论伸长值ΔLi和各单元间伸长量的差异值ΔLi-j，最后反算出对应的分级张拉荷载补偿值ΔPi-j。反之，张拉时，先对各单元进行差异荷载补偿张拉，再进行整体张拉，最终达到各单元所受张拉荷载相同。

2.1差异伸长量、差异荷载补偿值计算

图1　压力分散型锚索结构示意图

以8束钢绞线组成4个单元的锚索为例，锚索长L，各单元锚索长度为L1、L2、L3、L4（L1＞L2＞L3＞L4），设计张拉荷载为T，给定最终张拉荷载作用下单根钢绞线束荷载P=110％T/8，钢绞线弹性模量为E，单根钢绞线束的截面面积为A。图1中锚索①⑤为第一单元，锚索③⑦为第二单元，锚索④⑧为第三单元，锚索②⑥为第四单元。具体计算过程如下：

（1）各单元钢绞线理论伸长量

式中ΔL1、ΔL2、ΔL3、ΔL4分别为第1单元、第2单元、第3单元、第4单元钢绞线在给定最终张拉荷载作用下的伸长量值。

（2）各单元钢绞线理论差异伸长量：

式中，ΔL1-2、ΔL1-3、ΔL1-4、ΔL2-3、ΔL2-4、ΔL3-4分别为第1单元与第2单元，第1单元与第3单元，第1单元与第4单元，第2单元与第3单元，第2单元与第4单元，第3单元与第4单元钢绞线在给定最终张拉荷载作用下伸长量的差异值。

（3）分级张拉差异荷载补偿值式中，ΔP1-2、ΔP1，2-3、ΔP1，2，3-4分别为第1单元与第2单元，第1、2单元与第3单元，第1、2、3单元与第4单元分级张拉差异荷载补偿值。

2.2张拉计算注意事项

所以，根据上述张拉工序和各单元受力机理分析，可知公式中用是不合理的，应为

（2）因压力分散型锚索结构分为锚固段与自由段，在进行差异荷载补偿计算时，各单元锚索计算长度不是只取自由段锚索长度值，而是取各单元锚索全长值。

3　压力分散型锚索差异荷载补偿张拉法的张拉步骤

（1）正式张拉前，取15％的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

（2）将工具锚夹片安装在第1单元锚索①⑤锚头上，张拉力为ΔP1-2，并持荷5min。

（3）在工具锚夹片仍在第1单元钢绞线的基础上，再将工具锚夹片安装在第2单元锚索③⑦锚头上，张拉力为ΔP1，2，-3，持荷5min。

（4）在工具锚夹片仍在第1、2单元钢绞线的基础上，再将工具锚夹片安装在第3单元锚索④⑧锚头上，张拉力为ΔP1，2，3-4持荷5min。

（5）在工具锚夹片仍在第1、2、3单元钢绞线的基础上，再将工具锚夹片安装在第4单元锚索②⑥锚头上，进入整体张拉，即按设计荷载的50％，75％，100％和110％进行整体分级张拉。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定后48h内，若发现有明显的预应力损失现象，则应及时进行补偿张拉。

4　工程案例

莆炎高速K133+700～K133+840段左侧边坡最高约55.2m，边坡位于砂质黏性土、黑云母花岗岩的全、强风化层。边坡设计最高为7级，防护加固工程措施主要为：锚索框架（满布）+镀锌网植草灌。其中第4级边坡采用26m长的压力分散型锚索，分4个单元，承载体间距4m，设计拉力900kN，锚索工程量为1042m。

4.1张拉计算

依据上述公式和设计参数计算的分级张拉荷载如表1。

4.2张拉锁定

依据规程，锚索的张拉在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80％以上时，方可进行张拉锁定作业。锚斜托台座的承压面应平整，并与锚筋的轴线方向垂直。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚筋体同轴一线，确保承载均匀。锚筋的张拉必须采用专用设备，设备在张拉作业前应进行标定，锚具、夹片等检验合格后方可使用。锚索的张拉按差异荷载补偿张拉法进行张拉，同时做好伸长量的记录，其具体步骤如上所述。

4.3张拉验收结果

锚索验收试验的目的是检验施工质量是否达到设计要求，获知锚索受力大于设计荷载时的短期锚固性能以及满足设计条件时锚索的安全系数。本次边坡锚索验收是业主委托具有相关试验经验业绩的边坡锚固工程专业单位进行验收试验，其抗拔力和张拉质量检测结果如表2和表3。

表1　压力分散型锚索分级张拉计算荷载

表2　K133+700～K133+840段左侧边坡抗拔力检测结果

表3　K133+700～K133+840段左侧边坡张拉质量检测结果

由表2和表3可见，对于压力分散型锚索采用荷载差异补偿张拉法张拉，最终锚索受力荷载大于设计荷载，其锚固性能及安全系数符合锚固规程及设计要求。

5　结论

（1）压力分散型锚索因其结构和受力的特点，应先进行差异荷载补偿张拉再整体张拉，不能直接整体张拉。通过工程实践可见，压力分散型锚索采用差异荷载补偿张拉法是可行的，它能使各单元受力更均衡，让作用于地层的锚固力更接近于设计锚固力。

（2）差异荷载补偿值计算时，应注意各参数值的正确选用，避免错误的荷载补偿值。锚索张拉是锚索施工的关键工序，应严格按照确定的张拉工艺和参数进行。

（3）压力分散型锚索适用性强、锚固效果明显，随着公路建设的快速发展，它必将在山区公路边坡防护治理中发挥着重要的作用。

参考文献

［1］叶观宝，何志宇，高彦斌，等.压力分散型锚索锚固段荷载分布特征的现场试验研究［J］.岩土力学，2011，32（12）：3561-3565.

［2］GB50086-2011，岩土锚固与喷射混凝土支护工程技术规范［S］.

［3］福建省高速公路建设总指挥部.高边坡与滑坡工程.福建省高速公路施工标准化管理指南.北京：人民交通出版社，2013.

［4］郑静，朱本珍.荷载分散型锚索差异补偿荷载的广义确定［J］.铁道工程学报，2008，1（1）：44-47.