压力分散型预应力锚索在南坪隧道病害整治中的运用

(神华准格尔能源有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯 010300)

一、工程运用

南坪隧道病害整治工程在隧道靠山侧距隧道中线22.56～23.06米设置预应力锚索抗滑桩，共计66根，其中A型15根，B型4根,C型10根,D型7根,E型8根,F型8根,G型14根。其中CDEF型桩头各布设四孔预应力锚索，设计拉力600KN，锚索长度31～42米，锚索倾角25～28度，钻孔直径150mm。C桩长度按2.0m×3.0m×31m断面执行，D桩长度按2.0m×3.0m×34m断面执行，E桩长度按2.4m×3.6m×31m断面执行,F桩长度按1.8m×2.6m×30m断面执行,锚固段长度均为12米，沉渣段长度1米,总长度4928米,每孔锚索由三单元共六束钢绞线组成，钢绞线采用直径15.24mm、强度1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线。每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成。钢绞线通过特制的挤压簧(类似于夹片功能)和挤压套(类似于锚环功能)对称地锚固于钢质承载体上，其单根的连接强度大于200KN。各单元锚索的固定长度分别为L1、L2、L3，共同组成复合型锚索的锚固段，且L1=L2=L3=4m。为叙述及计算方便，命名对应锚固长度的单元为D1、D2、D3单元，其对应锚索长度为l1、l2、l3，且l1>l2>l3。详见下图所示：

注：为计算方便，上图中L1和L3标注与设计图纸标注位置相反，现场施工时需注意。

上图中，自由段长度根据边坡级数位置不同而有三种设计长度，分别为10m、15m和20m.

压力分散型锚索与一般拉力分散型锚索不同之处在于，压力分散型锚索由几个单元组成，各单元间锚索长度及其自由段长度不同，致使各单元间因自由段长度不同而产生伸长量不同。因此，在进行整体分级张拉前，要先计算各单元间的差异伸长量和差异荷载增量，并先进行补足荷载张拉及预张拉。

二、不同长度自由段锚索差异荷载及伸长量计算

本次压力分散型锚索框架类型，按自由段长度不同共分为三种，即自由段长10m、15m和20m。锚索设计荷载600KN，锁定荷载550Kn。现分别列表计算三种锚索各单元的差异荷载及伸长量如下：

表中其他计算参数：每单元钢绞线束n=2,单根钢绞线最终荷载P=500*1.1/6KN=91666.7N;单根钢绞线截面面积A=140mm2;钢绞线弹性模量E=195000(Pa)。

表中各单元张拉端有效自由段长度计算详见下表：

各种锚索各单元张拉端有效自由段长度计算表

千斤顶型号规格为YDC1500，其公称张拉力1500KN,公称油压52MPa。

三、锚索张拉

压力分散型锚索的张拉，因各单元间锚索自由段长度不同，张拉时要注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚索自由段长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载分单元张拉。张拉采用“双控法”，即采用设计张拉力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，实际伸长量与理论值的偏差应在±6%范围内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉。

在进行整体张拉前，取10%～20%的设计张拉荷载进行预张拉，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。张拉时一般按照40KN/min的速度进行。

压力分散型锚索具体的张拉程序如下：

安装千斤顶→0→△P1(首先单独张拉D1单元2根钢绞线，补足D1单元差异荷载△P1，计算D1单元锚索0-△P1的伸长值即△L1-2，并量取D1单元锚索实际伸长值进行双控校核)→△P2(同时张拉D1、D2单元锚索，补足D1、D2单元差异荷载△P2，量取D2单元锚索伸长值△L2-3并与计算值校核，注意此时D1单元伸长值为：△L1-2+△L2-3)→25%P(正式整体张拉，量取D3单元伸长值并进行双控校核)→50%P→75%P→100%P→110%P(双控校核合格后，持荷10～20分钟，然后及时进行锁定)。

各单元锚索实际伸长值,等于分级张拉伸长值加相应的差异伸长值。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级(预张拉不计)按上述张拉程序进行施加，即按设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%。除张拉最后一级荷载时持荷稳定10～20分钟外，其余各级持荷稳定5分钟；因锚索设计荷载为600KN,锁定荷载660KN,即设计荷载的110%；因此，应在锁定荷载级张拉持荷10～20分钟后及时锁定。锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补充张拉。

四、施工工艺及注意事项

压力分散型锚索张拉，在对第一、二单元进行差异分步张拉后，分五级进行，每级荷载分别为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，除最后一级需要稳定10～20分钟外，其余每级需要稳定5分钟，并分别记录每一级钢绞线的伸长量。在每一级的稳定时间里必须测读锚头位移三次。

(一)准备工作。1.注浆体、框架混凝土及锚斜托台座的混凝土强度达到设计强度的80%以上后，方可进行锚索张拉。锚斜托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直；2.将锚垫板管内的混凝土清理干净、消除钢绞线上的锈蚀、泥浆。3.套上工作锚板，根据气候干燥程度在锚板锥孔内抹上一层薄薄的黄油。4.锚板每个锥孔内装上工作夹片。

(二)千斤顶的定位安装。1.套上相应的限位板，根据钢绞线直径大小确定限位尺寸。2.装上张拉千斤顶，并且与油泵相连接。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索轴线在一条直线上，不得压弯或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调整以满足要求。

(三)张拉。按张拉程序首先张拉第一单元差异荷载△P1、再张拉第一、二单元差异荷载△P2，然后再分5级进行整体张拉。1.向千斤顶张拉油缸慢慢送油，直至达到相应张拉级荷载设计值。张拉加荷、卸荷速率应平稳。张拉时,升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.1;卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。2.测量预应力筋伸长量。按油表读数及伸长量进行双控检验张拉力及伸长量直至合格，并按设计要求达到稳定持荷时间。3.做好张拉详细记录。

(四)锚固。张拉至最后一级时，持荷约15分钟后及时进行锚固锁定。1.松开送油阀，张拉活塞在预应力筋回缩下回程若干毫米，工作夹片锚固好预应力筋。2.关闭送油阀，向回程油缸送油，活塞慢慢回程到底。卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。3.按顺序拆除工具夹片、工具锚板、张拉千斤顶、限位板。

(五)封端。锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补充张拉。1.在距工作夹片大于或等于100mm处，机械切除多余的预应力筋，严禁电割、氧割。2.最后用C25混凝土及时将锚头按设计要求进行封锚。3.张拉时认真填写张拉记录,每孔锚索施工完成后,应向监理工程师提交必须的验收资料。

五、总结

压力分散型预应力锚索相较于传统的拉力型锚索优势突出，主要从六大角度来对优势进行分析；其一、压力分散型预应力锚索在进行边坡防护施工中，锚索不会因为粘结效应而逐步弱化，粘结应力能够均匀的分布在锚固上；其二、压力分散型预应力锚索承载体的荷载力由根部向孔口方向减少，能够发挥更好的加固效果，稳定定体锚固；其三、压力分散型预应力锚索能够通过浆体受压来引起灌浆体的径向扩张，由此提高锚索的摩阻强度，保证锚固力；其四、压力分散型预应力锚索是采用的无粘结钢线，由油脂层、水泥砂浆和热挤PE护套组成的保护层，在使用中耐磨损，有较长的使用寿命；其五、与传统的拉力型锚索区别的是压力分散型预应力锚索在锁体到位后，工艺简单，一次性全空注浆；其六；锚固段长度相同的压力分散型预应力锚索和传统拉力型锚索相比，压力分散型锚索抗拔力高于传统拉力型锚索，能够轻松解决松散、破碎岩土体的防固需求。

压力分散型锚索在许多方面能取代传统的岩体加固技术，在高边坡防护领域有广泛的运用范围。