邊坡加固錨索預(yù)應(yīng)力損失因素與實(shí)例分析

張立剛

由于預(yù)應(yīng)力錨索具有主動(dòng)加固、深層加固、布置靈活、施工快速、經(jīng)濟(jì)性好等顯著特點(diǎn),因此在邊坡加固和邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程中得到廣泛應(yīng)用。在綜合國(guó)內(nèi)外已有大量研究成果的基礎(chǔ)上,本文首先探討了影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的各種因素,基于某城市地鐵邊坡工程施工期的錨索預(yù)應(yīng)力安全監(jiān)測(cè)實(shí)踐,根據(jù)多根錨索監(jiān)測(cè)結(jié)果分析了錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律,并得出了一些有益的結(jié)論,可為同類邊坡錨索加固的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

1 錨索預(yù)應(yīng)力損失原因

1.1 材料因素

1)灌漿材料的徐變。灌漿材料是由硬化水泥漿和粗、細(xì)骨料等構(gòu)成的多相復(fù)合結(jié)構(gòu),這一特點(diǎn)決定了灌漿材料的非均質(zhì)性和物理性態(tài)的復(fù)雜性。在承受外載之前,由于干縮、泌水等原因,已存在大量的微孔隙和界面裂縫,且這些缺陷的分布完全是隨機(jī)的。2)鋼絞線松弛。在鋼絞線長(zhǎng)度不變的情況下,錨索張拉后隨時(shí)間增長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生屈服并引起內(nèi)部應(yīng)力減小的現(xiàn)象,亦即鋼絞線松弛損失,而且它是預(yù)應(yīng)力錨索體系產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的主要原因。3)墩頭混凝土的壓縮和收縮。錨頭一般固定在混凝土墊墩上,墩頭本身特別是早期具有收縮、蠕變性質(zhì),且受到預(yù)壓應(yīng)力后也會(huì)產(chǎn)生一定量的壓縮變形,進(jìn)而引起預(yù)應(yīng)力損失。4)錨具錐孔、夾具產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。張拉結(jié)束后,對(duì)錨索進(jìn)行鎖定時(shí)安裝的錨具夾片會(huì)隨鋼絞線往錐孔內(nèi)回縮而夾緊鋼絞線以達(dá)到鎖定目的,鋼絞線回縮過程將導(dǎo)致一定鎖定預(yù)應(yīng)力損失。

1.2 巖土因素

1)巖土流變。大量的工程實(shí)例表明,錨索在鎖定后的運(yùn)行期間,影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的主要因素是巖體的流變作用。巖體的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。從錨索結(jié)構(gòu)本身分析,巖體的變形主要發(fā)生在靠近自由段部位的錨固段和錨頭底部坡體表層等應(yīng)力集中區(qū)域。2)巖土卸荷。隨著錨固邊坡施工進(jìn)程的推進(jìn),必然導(dǎo)致一部分邊坡巖體的卸荷效應(yīng),該效應(yīng)使開挖部分的巖體產(chǎn)生變形,位移向坡外變化,而且卸荷狀態(tài)下的巖體應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜,部分區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力,巖體受拉蠕變可能會(huì)造成錨索的預(yù)應(yīng)力值增加,即負(fù)損失。

1.3 施工因素

1)張拉順序。同一個(gè)結(jié)構(gòu)物上有多孔錨索時(shí),在群錨張拉過程中,錨索施工對(duì)已安裝的錨索的錨固力有一定的影響,通常表現(xiàn)為錨固力的損失。2)封孔灌漿。錨索施工進(jìn)行至封孔灌漿時(shí),注漿體溫度較錨索體溫度高,而且注漿體水化熱將產(chǎn)生升溫導(dǎo)致錨索體產(chǎn)生膨脹伸長(zhǎng),將導(dǎo)致一定量的錨固力損失。3)錨索孔孔斜率和粗糙程度。錨索施工中鉆孔發(fā)生傾斜不可避免,錨索孔往往呈彎曲狀態(tài),早期錨索張拉時(shí),自由段與巖壁間可能存在一個(gè)或多個(gè)接觸點(diǎn),這種接觸點(diǎn)的存在,將導(dǎo)致摩擦力的產(chǎn)生,從而使錨固力發(fā)生沿程損失。4)張拉系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)資料及其測(cè)試,油表所反映的張拉力比千斤頂?shù)撞夸摻g線的受力要略大,故張拉系統(tǒng)也會(huì)引起一定量的預(yù)應(yīng)力損失量。

1.4 其他外部因素

1)振動(dòng)和沖擊效應(yīng)。爆破、重型機(jī)械和地震力等發(fā)生的振動(dòng)和沖擊效應(yīng)也會(huì)引起預(yù)應(yīng)力損失,且該損失量較之長(zhǎng)期靜荷載作用引起的預(yù)應(yīng)力損失量大得多。2)降雨。已有在降雨過程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：降雨量及降雨歷時(shí)對(duì)錨固力的影響集中反映在巖體裂隙較為發(fā)育,滲透系數(shù)較大的巖土體中。降雨對(duì)錨桿預(yù)應(yīng)力的影響主要表現(xiàn)為錨固應(yīng)力的增加,而且具有時(shí)間滯后效應(yīng)。隨著裂隙水、孔隙水的消散,增加的錨固預(yù)應(yīng)力也會(huì)消散,并基本回到降雨前的預(yù)應(yīng)力水平。3)溫度。溫度的變化主要反映在巖體的變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力變化上。巖體溫度升高會(huì)導(dǎo)致錨固力的增加,降溫則使巖體收縮而導(dǎo)致錨固力減小。

2 鎖定后錨索預(yù)應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

2.1 工程概況

某鐵路線路標(biāo)段范圍內(nèi)為典型的淺丘槽谷地貌,場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)起伏較大,該區(qū)地震基本烈度為7度。標(biāo)段內(nèi)左側(cè)有一高邊坡為路塹邊坡,長(zhǎng)369.6 m,坡率較陡,高度較大,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,為較強(qiáng)富含地下水的邊坡。地下水主要有兩種類型：1)松散土層孔隙水;2)基巖裂隙水。根據(jù)工程需要采用預(yù)應(yīng)力錨索加固,并對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力變化情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

2.2 錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案

1)監(jiān)測(cè)對(duì)象。據(jù)設(shè)計(jì)文件,共設(shè)置 7個(gè)監(jiān)控點(diǎn),分別對(duì) 8號(hào)-1,8號(hào)-2,9號(hào)-3,12號(hào)-1,12號(hào)-3,14號(hào)-2,16號(hào)-1錨索的有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。2)錨索應(yīng)力監(jiān)控儀器和方法。采用振弦式錨索應(yīng)力計(jì),該振弦式錨索應(yīng)力計(jì)的測(cè)試原理是利用張緊的鋼弦在不同張力情況下其自振頻率不同,通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器測(cè)試其鋼弦的頻率,通過反算得到實(shí)際的壓力值,并配用對(duì)應(yīng)的頻率讀數(shù)儀。

2.3 錨索預(yù)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及規(guī)律

由圖1,圖2可以看出：所有錨索的總最大錨索應(yīng)力損失量均小于70 kN,其損失量均在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),滿足安全施工要求。同時(shí)從錨索預(yù)應(yīng)力時(shí)程變化圖可知,基本可以將錨索錨固鎖定后預(yù)應(yīng)力的變化分為三個(gè)階段：第一階段為預(yù)應(yīng)力快速損失階段：在此階段,錨索預(yù)應(yīng)力快速損失,錨索應(yīng)力的損失在剛張拉后的一周內(nèi)基本完成90%以上,這主要與本工程較好的邊坡巖體材料特性有關(guān)。第二階段為預(yù)應(yīng)力波動(dòng)變化階段：至張拉鎖定30 d內(nèi),錨索預(yù)應(yīng)力值和預(yù)應(yīng)力損失量均出現(xiàn)較小范圍的波動(dòng)。其原因主要是巖體和錨索在內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整,產(chǎn)生壓縮、回彈的反復(fù)過程,從而導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)小幅、頻繁波動(dòng)。第三階段為緩慢變化階段：至張拉鎖定30 d后,錨索預(yù)應(yīng)力值趨于平穩(wěn),偶見極小的預(yù)應(yīng)力損失量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合國(guó)內(nèi)外大量研究成果的基礎(chǔ)上,本文首先探討了影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的各種因素,基于某城市地鐵邊坡工程施工期的錨索預(yù)應(yīng)力安全監(jiān)測(cè)實(shí)踐,根據(jù)多根錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析了錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力變化的三階段規(guī)律,確保了本工程安全有序的完成。

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