錨桿預(yù)應(yīng)力的鎖定損失及應(yīng)對(duì)措施淺析

羅玉磊　張軍艦

（1.中交一航局第二工程有限公司　山東　青島　266071　2.青島巖土基礎(chǔ)工程公司　山東　青島　266033　3.青島市勘察測(cè)繪研究院　山東　青島　266033）

錨桿預(yù)應(yīng)力的鎖定損失及應(yīng)對(duì)措施淺析

羅玉磊1張軍艦2，3

（1.中交一航局第二工程有限公司山東青島2660712.青島巖土基礎(chǔ)工程公司山東青島2660333.青島市勘察測(cè)繪研究院山東青島266033）

通過(guò)工程實(shí)例，針對(duì)錨桿預(yù)應(yīng)力的鎖定損失進(jìn)行分析，查找出引起鎖定損失的主要原因，并提出應(yīng)對(duì)措施。對(duì)于鎖定損失，建議通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，確定損失率，采取超張拉進(jìn)行補(bǔ)救。

預(yù)應(yīng)力；錨桿；鎖定損失

1　前言

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)是一種主動(dòng)支護(hù)手段，其特點(diǎn)是盡可能少的擾動(dòng)被錨固的土體或巖體，通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨固措施提高土體或者巖體的強(qiáng)度，是目前基坑支護(hù)中比較高效、經(jīng)濟(jì)的加固技術(shù)之一。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的關(guān)鍵在于其預(yù)應(yīng)力的大小及損失程度，只有保持足夠的恒久預(yù)應(yīng)力，才能達(dá)到最佳的錨固效果。如果其預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)一定值，將導(dǎo)致錨固功能減弱甚至失效，甚至發(fā)生安全事故。

由于巖土體的復(fù)雜性，預(yù)應(yīng)力錨固作用機(jī)理復(fù)雜，影響錨桿預(yù)應(yīng)力損失的因素很多，比如錨桿鎖定時(shí)，由于鋼絞線的回縮產(chǎn)生鎖定損失；錨桿鎖定后，由于巖體的蠕變、鋼材的松弛、溫度及地下水的變化等因素的影響，錨索的預(yù)應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化。在基坑支護(hù)施工中，由于施工工藝和施工水平等方面的原因，錨桿鎖定時(shí)的預(yù)應(yīng)力損失是一種普遍現(xiàn)象。本文通過(guò)青島某醫(yī)院深基坑工程預(yù)應(yīng)力錨索的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)錨桿預(yù)應(yīng)力的鎖定損失問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明和分析，并提出相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。

2　工程實(shí)例

2.1工程概況

青島市某醫(yī)院基坑工程位于青島市南京路，開(kāi)挖深度17.2m，周長(zhǎng)330m。開(kāi)挖支護(hù)巖土體以雜填土、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖為主，基坑擬支護(hù)形式為預(yù)應(yīng)力錨桿+格構(gòu)梁。鎖具采用OVM系列的自鎖夾片式錨具，錨桿采用φs15.2、1860MPa鋼絞線。

圖1　基坑支護(hù)典型立面及剖面圖

2.2錨桿預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)

選擇部分有代表性的錨桿對(duì)其進(jìn)行預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，在第1道錨桿張拉過(guò)程中選取3根錨桿安裝測(cè)力計(jì)作為試驗(yàn)錨桿。監(jiān)測(cè)使用的儀器為MSJ鋼弦式錨桿測(cè)力計(jì)及ZXY-1型頻率計(jì)。

按照《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）規(guī)定采用設(shè)計(jì)值的1.1～1.2倍進(jìn)行分級(jí)張拉，監(jiān)測(cè)從錨桿張拉開(kāi)始一直到鎖定完成（后期可繼續(xù)監(jiān)測(cè)至基坑工程結(jié)束）。錨桿測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示，錨桿預(yù)應(yīng)力值隨時(shí)間曲線圖如圖2所示。

表1　錨桿鎖定應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2　錨桿軸力監(jiān)測(cè)變化曲線圖

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，錨桿預(yù)應(yīng)力在錨桿張拉鎖定時(shí)的損失非常大，預(yù)應(yīng)力損失率達(dá)40～50%。在錨桿鎖定后，繼續(xù)對(duì)錨桿軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)應(yīng)力基本穩(wěn)定在某一預(yù)應(yīng)力值，基坑開(kāi)挖期間，預(yù)應(yīng)力大小有小幅變化，變化值不超20kN，不足10%。錨桿預(yù)應(yīng)力的鎖定損失是預(yù)應(yīng)力損失的主要方面，如何減少鎖定損失是錨桿施工中的質(zhì)量控制重點(diǎn)。

3　預(yù)應(yīng)力鎖定損失分析

造成預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定損失的因素很多也很復(fù)雜，既有材料性能、錨具、張拉設(shè)備等引起的損失，也有地層、支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓縮和徐變引起的損失，另外還與張拉順序、外界環(huán)境條件等有關(guān)。根據(jù)本工程實(shí)際情況和相關(guān)研究資料，主要有以下幾個(gè)方面引起的損失：

3.1鋼絞線張拉回縮引起的損失

錨索鎖定時(shí)，在千斤頂卸載的同時(shí)，鋼絞線必然向土體內(nèi)回縮，并帶動(dòng)夾片回縮，當(dāng)夾片移動(dòng)到與工作錨的內(nèi)錐孔接觸時(shí)，夾片的內(nèi)齒開(kāi)始嵌入鋼絞線內(nèi)，這時(shí)鋼絞線還會(huì)產(chǎn)生一定量的位移。當(dāng)夾片的內(nèi)齒嵌入鋼絞線足夠深時(shí)，錨具、夾片和鋼絞線相互之間卡緊而鎖定，即錨桿鎖定在某一預(yù)應(yīng)力值。

錨索鎖定荷載損失與鋼絞線張拉回縮量成正比。而回縮量與限位板的槽深、限位板與夾片的匹配、夾片與鋼絞線的跟進(jìn)等因素有關(guān)。經(jīng)實(shí)測(cè)OVM錨具的回縮量一般在6mm左右?；乜s量決定了錨索預(yù)應(yīng)力損失值?；乜s量造成的預(yù)應(yīng)力損失不一，大者可達(dá)30%以上。

3.2錨桿材料的松弛性引起的損失

不同規(guī)格的鋼絞線松弛損失的大小不同，松弛損失與材料性能、材料直徑有關(guān)。研究表明，松弛損失在張拉后初期幾分鐘發(fā)展最快，24h后將完成80%，大約20d以后，基本上已不再發(fā)展。目前一般標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定采用1000h的松弛率計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼絞線的松弛損失。表2給出了常用鋼絞線的松弛率。根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，采用φs15.2低松弛型鋼絞線，預(yù)應(yīng)力錨桿鎖定時(shí)因松弛性產(chǎn)生的應(yīng)力損失率可近似考慮為4.5%×80%=3.60%。

表2　常用鋼絞線的松弛率

3.3張拉機(jī)具引起的預(yù)應(yīng)力損失

錨桿張拉機(jī)具主要包括千斤頂和油泵，該部分預(yù)應(yīng)力損失主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定。張拉機(jī)具的摩擦阻力引起的預(yù)應(yīng)力損失為2～4%。即油壓表所反映的拉力比鋼絞線實(shí)際承受荷載會(huì)大2～ 4%。如果實(shí)際張拉荷載是油壓表的讀數(shù)為準(zhǔn)，則實(shí)際張拉力應(yīng)考慮張拉系統(tǒng)部分的應(yīng)力損失，一般可按照4%考慮。

3.4傳力構(gòu)件和土體的變形引起的損失

錨索的拉力通過(guò)外加錨具作用在腰梁或墩臺(tái)上，腰梁、墩臺(tái)本身在張拉過(guò)程中及張拉完成后會(huì)產(chǎn)生收縮、蠕變，并將壓力傳遞至巖土體，引起巖土體的回縮從而造成預(yù)應(yīng)力損失。外錨具與腰梁、墩臺(tái)之間往往加設(shè)鋼墊板來(lái)擴(kuò)大受力面。若鋼墊板與腰梁、墩臺(tái)的結(jié)合不緊密會(huì)減少傳力構(gòu)件的受力面積，局部壓力過(guò)大將會(huì)破壞傳力構(gòu)件。另外鋼墊板受壓后產(chǎn)生變形也是應(yīng)力損失的一個(gè)原因。

3.5限位板引起的損失

在張拉時(shí)限位板處于工作錨具和千斤頂之間，可以保證張拉時(shí)夾片不隨鋼絞線的伸長(zhǎng)而遠(yuǎn)離錨具，可有效減少回縮量。但若限位板與夾片不匹配，在張拉時(shí)限位板把夾片向錨具內(nèi)按的過(guò)緊，張拉時(shí)會(huì)加大夾片與鋼絞線之間的摩擦，造成應(yīng)力損失，并且使夾片破壞鋼絞線表層，使鋼絞線與夾片接觸部位被刮的更平滑，減少了兩者之間的摩擦力，必然會(huì)加大回縮量造成應(yīng)力損失。

3.6錨桿施工偏差引起的損失

錨桿在施工中產(chǎn)生的偏差如鉆孔傾斜、錨桿安裝的順直度、錨桿自由段長(zhǎng)度、錨桿外露部分角度等也會(huì)引起預(yù)應(yīng)力鎖定時(shí)的損失。有關(guān)試驗(yàn)表明，鉆孔的孔斜率越大，錨桿的預(yù)應(yīng)力損失越大。

4　減少預(yù)應(yīng)力的損失的措施

4.1選擇匹配的限位板

錨頭、夾具是決定張拉卸載過(guò)程中鋼絞線回縮量的重要因素，而鋼絞線錨固時(shí)的內(nèi)縮是產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力損失的最主要原因。選擇與錨頭、夾片相配套的限位板，在張拉鎖定后測(cè)量夾片外露錨頭的長(zhǎng)度與限位板槽深進(jìn)行對(duì)比，確保限位板槽深要略大于鎖定后夾片外露錨頭的長(zhǎng)度。在張拉過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)查看鋼絞線外表皮有無(wú)被刮現(xiàn)象，若有則說(shuō)明張拉加力時(shí)夾片與鋼絞線之間的摩擦力過(guò)大，應(yīng)更換限位板與夾片。

4.2選擇高強(qiáng)度低松弛性錨桿材料

在選擇錨桿材料時(shí)，應(yīng)選擇高強(qiáng)度低松弛性鋼絞線，選擇與鋼絞線相匹配的錨具、夾片，可以減少鋼絞線的回縮量，從而有效減少預(yù)應(yīng)力的損失，這也是減少預(yù)應(yīng)力損失最有效的辦法。

4.3保證傳力構(gòu)件的質(zhì)量

現(xiàn)澆鋼筋混凝土腰梁、墩臺(tái)造成的預(yù)應(yīng)力損失遠(yuǎn)比噴射混凝土要小?？紤]造價(jià)及進(jìn)度而選擇噴射混凝土?xí)r，對(duì)錨索受力較集中的部位應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)增強(qiáng)處理。錨定承壓板應(yīng)在噴射混凝土初凝前安放到位并壓實(shí)，保證其與腰梁、墩臺(tái)緊密結(jié)合。

4.4確保錨桿的成孔及安裝質(zhì)量

采取措施確保鋼絞線與成孔方向順直一致，避免分力的產(chǎn)生。張拉前應(yīng)保證外露鋼絞線表面清潔，不清潔的表面會(huì)降低鋼絞線與夾片間的摩擦系數(shù)，加大回縮量。

5　結(jié)語(yǔ)

錨桿鎖定時(shí)的內(nèi)縮是產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力鎖定損失的最主要原因。但由于張拉與鎖定的工藝所限，目前還無(wú)法完全避免鎖定損失，只能采取措施減少或者補(bǔ)救。建議在錨桿正式施工前，先選取部分作為試驗(yàn)錨桿，對(duì)張拉鎖定損失率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)損失率采取超張拉方式保證鎖定應(yīng)力值。

[1]唐孟華.土層預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)力損失及對(duì)策研究.廣州建筑，2008（3）：36.

[2]金家瓊，張陸軍.錨桿傾角的分析研究.青?？萍迹?010（4）.

[3]韓光，朱訓(xùn)國(guó).錨索預(yù)應(yīng)力損失的影響因素分析及其補(bǔ)償措施.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（2）.

[4]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）.

[5]《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）.

TU757.2

A

1673-0038（2015）08-0034-02

2015-2-5

羅玉磊（1983-），男，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事土木工程施工管理工作。

張軍艦（1979-），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事巖土工程設(shè)計(jì)工作。