悬索桥岩锚锚索张拉预应力损失分析

谭青林

（核工业西南勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

锚碇系统要承受主缆传递下来的外部荷载，所以它与一般加固体系有明显差异。，要保证长期有效的预应力以达到锚固主缆索力的要求，岩锚锚碇系统宜采用压力分散型锚索，压力型锚索中的锚索是全长无粘结的，预应力通过钢绞线传递给承压板，承压板再以均布荷载的形式挤压注浆体，注浆体上的压力再通过注浆体与岩体之间的粘结力传递给岩体。所谓分散型锚索，是通过设置不同的锚固单元，在不同的深度设置锚固体，分散型锚索的好处在于增加锚固段的数量，有效的利用锚固力，达到更好的加固效果。所以分析锚碇系统预应力损失的规律及成因至关重要。

1 工程概况及锚索布置情况

以云南某悬索桥为工程实例，桥梁主跨跨径208 米，吊杆中心间距为6.0 米，上部结构主梁采用钢桁加劲梁，两侧锚碇系统均采用岩锚锚碇系统，岩锚附近岩性主要表现为弱风化变质玄武岩，岩体完整性好，岩体级别为III 类。

因为两侧锚碇系统的岩体情况基本一致，且主缆缆力也基本相同，所以锚索的布置情况，锚固深度也基本一致，拟抽取其中一侧锚碇系统为研究对象，探索岩锚锚碇系统中预应力的损失情况及变化规律，为以后类似工程的设计提供参考。本次研究采用两种检测工具，分别通过应变计对岩锚锚碇系统锚拉板的应力监测及通过索力环对预应力锚固力（索力）的监测，单侧岩锚系统共2 块锚拉板，锚拉板厚度1.8m，1 个锚拉板上布置19 根锚索，在其中均匀抽取其中3 根锚索进行索力监测，在锚拉板四周及中间布置应变计进行应力监控。

由于岩层具有差异性及不确定性，在批量张拉岩锚锚碇系统锚索前，应布置实验孔，进行实验张拉，以确定其张拉的参数，同时在进行实验孔张拉时做好应力、索力的监测，以此来判断锚索预应力张拉的损失情况及锚拉板的应力情况，为后续批量张拉提供可靠的实验数据及客观规律。

通过对锚索实验孔的张拉数据进行分析，可以得出，在设计张拉荷载作用下，锚拉板的应力水平未达到材料强度，通过观测，未发现锚拉板出现裂缝、移位等情况，由此证明，锚拉板能承受设计张拉力的要求。除此之外，对锚索实验孔锚索索力进行1 个月的监测，通过索力变化规律可以得出，锚索在张拉完前7 天损失较为严重，约达到设计张拉力的20%，7 天之后，索力趋于稳定，达到平衡。因此，在批量后续张拉时，在原设计初始张拉力的基础之上，建议预先提高20%的张拉力，以满足后期预应力的损失。为后续批量张拉提供可靠的实验数据及损失规律，但在实际张拉过程中，由于某些原因，并未采纳预先提前超张拉20%为初设张拉力的建议，为了安全起见，在批量张拉时，同样对锚索索力进行检测，每个锚拉板抽取3 个锚索进行。下面数据为其中1 个锚拉板上锚索张拉情况和预应力损失的情况。

2 预应力损失情况

图1 为其中1 个锚碇系统锚索张拉索力及应变计的监测情况，通过监测的数据绘制图表，以分析批量张拉的预应力损失情况。通过监测，预应力损失通实验孔基本一致，建议进行补偿张拉，以满足有效预应力的要求。

图1 第一次张拉锚索张拉损失情况

图2 补偿张拉后锚索张拉损失情况

通过以上张拉情况，可以得出预应力损失的基本规律及结论如下：

（1）在批量张拉时，未采用体现预先超张拉20%的建议，损失后的预应力值未达到设计有效锚固力的要求，所以后期进行补偿张拉的措施，在进行补偿张拉后，预应力损失后的锚固力满足设计要求。

（2）在批量张拉时，可以发现在整个监测过程中撤去千斤顶的瞬间，预应力损失率最大，其中最大值为20.6%，最小值为13.3%。在撤去千斤顶后的其中7 天内，各个锚索索力均有不同幅度的波动，但随时间的推移，各个锚索的索力逐渐趋于稳定，7 天之后预应力损失其中最大值为24.1%，最小值为13.3%。

（3）在进行补偿张拉后，同样存在撤去千斤顶的瞬间损失最大，在撤去千斤顶时预应力损失率的最大值为20.9%，最小值为10.6%。在7 天之后的监测中，基本与之前监测一致，索力基本不会发生大的波动，且随时间的推移，各个锚索索力日趋稳定。在1 个月以后，索力的变化非常小，可忽略不计，可视为已稳定。

（4）通过对以上第一次张拉及补偿张拉索力监测情况可以看出，在第一次张拉时，预应力损失率相对较大，在此基础上进行补偿张拉后，预应力损失略小。

通过对以上悬索桥岩锚锚碇系统锚索索力及锚拉板应力监测情况，进行分析，探寻损失损失的基本规律。锚索预应力损失一般具有大的阶段，分布是短期损失及长期损失。短期损失主要集中在锚具夹片锁定的一瞬间，在这一瞬间锚具回缩，产生一定的位移，以致锚索索力损失骤增。长期损失包含了诸多原因，最为常见的有钢绞线的松弛、岩体的蠕变等。损失的原因有多种，但是损失的基本规律是一致的，通过对该工程进行长期的监测，可以发现损失都有索力骤降、索力上下浮动、索力稳定这三个阶段。

（1）索力骤降阶段

在锚索预应力张拉完成后，撤去千斤顶的一瞬间，锚索的索力马上骤降。通过分析研究，产生这一骤降的原因，主要是因为锚具回缩、锚具摩擦力、孔道摩擦力、岩体受力后变为密实等原因，通过以为研究表明，岩体岩性越好，这个骤降的时间就越短。

（2）索力上下浮动阶段

索力上下浮动阶段无法避免，且对我们工程无安全威胁，主要原因在于锚索张拉后改变岩体本身的力学情况，在新的锚索索力作用下，需达到一个新的平衡，达到新的平衡需要一定的时间，除此之外，锚索与主缆相连接，主缆及其相关工序施工时，都会对索力产生一定的影响及波动。

（3）索力稳定阶段

通过骤降及浮动阶段以后，周围岩体基本平衡，锚索索力也基本稳定，预应力损失日趋减少，在此阶段，索力主要受周围环境温度的影响，混凝土收缩徐变，起桥梁活荷载变化等影响。

3 结论及建议

（1）为了使锚索索力能够满足设计的要求，应考虑预应力损失的情况，可以采用补偿张拉、超张拉及分析张拉来提高预应力损失后的锚固力。

（2）通过以上工程实例的监测可以看出，锚索预应力损失主要集中在撤去千斤顶的一瞬间，若通过计算锚索能承受超张拉的荷载，可优化施工方案，采用一次超张拉20%的措施进行张拉作业。

（3）锚索索力在撤去千斤顶一瞬间损失较大，后期出现浮动，但终究稳定，由此可见，岩锚锚碇系统可用于类似规模悬索桥的永久锚碇。