壓力分散型錨索差異荷載補償張拉工藝研究

■　鄒寶良（福建海誠建設(shè)工程有限公司，三明　365000）

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壓力分散型錨索差異荷載補償張拉工藝研究

■鄒寶良
（福建海誠建設(shè)工程有限公司，三明365000）

摘要差異荷載補償張拉是壓力分散型錨施工的關(guān)鍵工序，該張拉工藝從理論計算到張拉技術(shù)工藝都對整個邊坡錨固效果產(chǎn)生重要影響。文章以莆炎高速公路錨索施工為例，對壓力分散型錨索差異荷載補償張拉工藝的理論計算、張拉工序、施工技術(shù)進(jìn)行了分析研究。同時，也總結(jié)出差異荷載補償值計算更簡化的公式，對張拉工藝提出更細(xì)化和適用的建議，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞壓力分散型錨索差異荷載補償張拉工藝研究

0　引言

福建是個多山省份，隨著高速公路的大量修建，不可避免出現(xiàn)高陡邊坡，對于高陡邊坡病害的防治、處理，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)起到極大作用，其中壓力分散型錨索是應(yīng)用最廣泛的一種錨固類型。壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)上分成幾個單元并在錨固段設(shè)置多個承載體，施加預(yù)應(yīng)力時其應(yīng)力能分散至各承載體，較傳統(tǒng)拉力型錨索受力更均衡合理。但因各單元錨索長度不同，在整體張拉情況下，各單元錨索產(chǎn)生的彈性伸長量不同，各單元的張拉應(yīng)力也不等，會造成部分單元實際荷載超限或小于設(shè)計荷載，影響結(jié)構(gòu)安全。而差異荷載補償張拉法能有效解決受力差異問題，消除各單元間荷載差異，使各單元受力均衡，讓作用于錨固段的錨固力更接近于設(shè)計錨固力。

本文以莆炎高速公路壓力分散型錨索張拉施工為例，對壓力分散型錨索差異荷載補償張拉法的理論計算、張拉工序、施工技術(shù)進(jìn)行分析研究。

1　壓力分散型錨索

壓力分散型錨索是由兩個以上壓力型單元錨索復(fù)合而成，全長為無粘結(jié)鋼絞線，錨固段設(shè)置多個鋼質(zhì)承載體，每個單元錨索由鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體而成。施加預(yù)應(yīng)力時，其應(yīng)力均勻分散至各承載體并將其轉(zhuǎn)為對注漿體的壓力，通過注漿體傳遞應(yīng)力至地層，從而達(dá)到錨固地層的作用。壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2　壓力分散型錨索的張拉計算

差異荷載補償值的確定是以預(yù)應(yīng)力理論伸長值ΔL=PL/EA為基本原理，假定各單元最終張拉荷載相同，根據(jù)各單元長度的不同，計算出各單元不同的鋼絞線理論伸長值ΔLi和各單元間伸長量的差異值ΔLi-j，最后反算出對應(yīng)的分級張拉荷載補償值ΔPi-j。反之，張拉時，先對各單元進(jìn)行差異荷載補償張拉，再進(jìn)行整體張拉，最終達(dá)到各單元所受張拉荷載相同。

2.1差異伸長量、差異荷載補償值計算

圖1　壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)示意圖

以8束鋼絞線組成4個單元的錨索為例，錨索長L，各單元錨索長度為L1、L2、L3、L4（L1＞L2＞L3＞L4），設(shè)計張拉荷載為T，給定最終張拉荷載作用下單根鋼絞線束荷載P=110％T/8，鋼絞線彈性模量為E，單根鋼絞線束的截面面積為A。圖1中錨索①⑤為第一單元，錨索③⑦為第二單元，錨索④⑧為第三單元，錨索②⑥為第四單元。具體計算過程如下：

（1）各單元鋼絞線理論伸長量

式中ΔL1、ΔL2、ΔL3、ΔL4分別為第1單元、第2單元、第3單元、第4單元鋼絞線在給定最終張拉荷載作用下的伸長量值。

（2）各單元鋼絞線理論差異伸長量：

式中，ΔL1-2、ΔL1-3、ΔL1-4、ΔL2-3、ΔL2-4、ΔL3-4分別為第1單元與第2單元，第1單元與第3單元，第1單元與第4單元，第2單元與第3單元，第2單元與第4單元，第3單元與第4單元鋼絞線在給定最終張拉荷載作用下伸長量的差異值。

（3）分級張拉差異荷載補償值式中，ΔP1-2、ΔP1，2-3、ΔP1，2，3-4分別為第1單元與第2單元，第1、2單元與第3單元，第1、2、3單元與第4單元分級張拉差異荷載補償值。

2.2張拉計算注意事項

所以，根據(jù)上述張拉工序和各單元受力機理分析，可知公式中用是不合理的，應(yīng)為

（2）因壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)分為錨固段與自由段，在進(jìn)行差異荷載補償計算時，各單元錨索計算長度不是只取自由段錨索長度值，而是取各單元錨索全長值。

3　壓力分散型錨索差異荷載補償張拉法的張拉步驟

（1）正式張拉前，取15％的設(shè)計張拉荷載，對其預(yù)張拉1～2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。

（2）將工具錨夾片安裝在第1單元錨索①⑤錨頭上，張拉力為ΔP1-2，并持荷5min。

（3）在工具錨夾片仍在第1單元鋼絞線的基礎(chǔ)上，再將工具錨夾片安裝在第2單元錨索③⑦錨頭上，張拉力為ΔP1，2，-3，持荷5min。

（4）在工具錨夾片仍在第1、2單元鋼絞線的基礎(chǔ)上，再將工具錨夾片安裝在第3單元錨索④⑧錨頭上，張拉力為ΔP1，2，3-4持荷5min。

（5）在工具錨夾片仍在第1、2、3單元鋼絞線的基礎(chǔ)上，再將工具錨夾片安裝在第4單元錨索②⑥錨頭上，進(jìn)入整體張拉，即按設(shè)計荷載的50％，75％，100％和110％進(jìn)行整體分級張拉。在張拉最后一級荷載時，應(yīng)持荷穩(wěn)定10～15min后卸荷鎖定。錨索鎖定后48h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)有明顯的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，則應(yīng)及時進(jìn)行補償張拉。

4　工程案例

莆炎高速K133+700～K133+840段左側(cè)邊坡最高約55.2m，邊坡位于砂質(zhì)黏性土、黑云母花崗巖的全、強風(fēng)化層。邊坡設(shè)計最高為7級，防護(hù)加固工程措施主要為：錨索框架（滿布）+鍍鋅網(wǎng)植草灌。其中第4級邊坡采用26m長的壓力分散型錨索，分4個單元，承載體間距4m，設(shè)計拉力900kN，錨索工程量為1042m。

4.1張拉計算

依據(jù)上述公式和設(shè)計參數(shù)計算的分級張拉荷載如表1。

4.2張拉鎖定

依據(jù)規(guī)程，錨索的張拉在注漿漿體與臺座混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度80％以上時，方可進(jìn)行張拉鎖定作業(yè)。錨斜托臺座的承壓面應(yīng)平整，并與錨筋的軸線方向垂直。錨具安裝應(yīng)與錨墊板和千斤頂密貼對中，千斤頂軸線與錨孔及錨筋體同軸一線，確保承載均勻。錨筋的張拉必須采用專用設(shè)備，設(shè)備在張拉作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，錨具、夾片等檢驗合格后方可使用。錨索的張拉按差異荷載補償張拉法進(jìn)行張拉，同時做好伸長量的記錄，其具體步驟如上所述。

4.3張拉驗收結(jié)果

錨索驗收試驗的目的是檢驗施工質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計要求，獲知錨索受力大于設(shè)計荷載時的短期錨固性能以及滿足設(shè)計條件時錨索的安全系數(shù)。本次邊坡錨索驗收是業(yè)主委托具有相關(guān)試驗經(jīng)驗業(yè)績的邊坡錨固工程專業(yè)單位進(jìn)行驗收試驗，其抗拔力和張拉質(zhì)量檢測結(jié)果如表2和表3。

表1　壓力分散型錨索分級張拉計算荷載

表2　K133+700～K133+840段左側(cè)邊坡抗拔力檢測結(jié)果

表3　K133+700～K133+840段左側(cè)邊坡張拉質(zhì)量檢測結(jié)果

由表2和表3可見，對于壓力分散型錨索采用荷載差異補償張拉法張拉，最終錨索受力荷載大于設(shè)計荷載，其錨固性能及安全系數(shù)符合錨固規(guī)程及設(shè)計要求。

5　結(jié)論

（1）壓力分散型錨索因其結(jié)構(gòu)和受力的特點，應(yīng)先進(jìn)行差異荷載補償張拉再整體張拉，不能直接整體張拉。通過工程實踐可見，壓力分散型錨索采用差異荷載補償張拉法是可行的，它能使各單元受力更均衡，讓作用于地層的錨固力更接近于設(shè)計錨固力。

（2）差異荷載補償值計算時，應(yīng)注意各參數(shù)值的正確選用，避免錯誤的荷載補償值。錨索張拉是錨索施工的關(guān)鍵工序，應(yīng)嚴(yán)格按照確定的張拉工藝和參數(shù)進(jìn)行。

（3）壓力分散型錨索適用性強、錨固效果明顯，隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，它必將在山區(qū)公路邊坡防護(hù)治理中發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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