壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索在南坪隧道病害整治中的運(yùn)用

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

一、工程運(yùn)用

南坪隧道病害整治工程在隧道靠山側(cè)距隧道中線22.56～23.06米設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，共計(jì)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型樁頭各布設(shè)四孔預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計(jì)拉力600KN，錨索長度31～42米，錨索傾角25～28度，鉆孔直徑150mm。C樁長度按2.0m×3.0m×31m斷面執(zhí)行，D樁長度按2.0m×3.0m×34m斷面執(zhí)行，E樁長度按2.4m×3.6m×31m斷面執(zhí)行,F樁長度按1.8m×2.6m×30m斷面執(zhí)行,錨固段長度均為12米，沉渣段長度1米,總長度4928米,每孔錨索由三單元共六束鋼絞線組成，鋼絞線采用直徑15.24mm、強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線。每個(gè)單元錨索分別由兩根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成。鋼絞線通過特制的擠壓簧(類似于夾片功能)和擠壓套(類似于錨環(huán)功能)對(duì)稱地錨固于鋼質(zhì)承載體上，其單根的連接強(qiáng)度大于200KN。各單元錨索的固定長度分別為L1、L2、L3，共同組成復(fù)合型錨索的錨固段，且L1=L2=L3=4m。為敘述及計(jì)算方便，命名對(duì)應(yīng)錨固長度的單元為D1、D2、D3單元，其對(duì)應(yīng)錨索長度為l1、l2、l3，且l1>l2>l3。詳見下圖所示：

注：為計(jì)算方便，上圖中L1和L3標(biāo)注與設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注位置相反，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需注意。

上圖中，自由段長度根據(jù)邊坡級(jí)數(shù)位置不同而有三種設(shè)計(jì)長度，分別為10m、15m和20m.

壓力分散型錨索與一般拉力分散型錨索不同之處在于，壓力分散型錨索由幾個(gè)單元組成，各單元間錨索長度及其自由段長度不同，致使各單元間因自由段長度不同而產(chǎn)生伸長量不同。因此，在進(jìn)行整體分級(jí)張拉前，要先計(jì)算各單元間的差異伸長量和差異荷載增量，并先進(jìn)行補(bǔ)足荷載張拉及預(yù)張拉。

二、不同長度自由段錨索差異荷載及伸長量計(jì)算

本次壓力分散型錨索框架類型，按自由段長度不同共分為三種，即自由段長10m、15m和20m。錨索設(shè)計(jì)荷載600KN，鎖定荷載550Kn?，F(xiàn)分別列表計(jì)算三種錨索各單元的差異荷載及伸長量如下：

表中其他計(jì)算參數(shù)：每單元鋼絞線束n=2,單根鋼絞線最終荷載P=500*1.1/6KN=91666.7N;單根鋼絞線截面面積A=140mm2;鋼絞線彈性模量E=195000(Pa)。

表中各單元張拉端有效自由段長度計(jì)算詳見下表：

各種錨索各單元張拉端有效自由段長度計(jì)算表

千斤頂型號(hào)規(guī)格為YDC1500，其公稱張拉力1500KN,公稱油壓52MPa。

三、錨索張拉

壓力分散型錨索的張拉，因各單元間錨索自由段長度不同，張拉時(shí)要注意嚴(yán)格按設(shè)計(jì)次序分單元采用差異分步張拉，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載和錨索自由段長度計(jì)算確定差異荷載，并根據(jù)計(jì)算的差異荷載分單元張拉。張拉采用“雙控法”，即采用設(shè)計(jì)張拉力與錨索體伸長值來綜合控制錨索應(yīng)力，以控制油表讀數(shù)為準(zhǔn)，用伸長量校核，實(shí)際伸長量與理論值的偏差應(yīng)在±6%范圍內(nèi)，否則應(yīng)查明原因并采取措施后方可進(jìn)行張拉。

在進(jìn)行整體張拉前，取10%～20%的設(shè)計(jì)張拉荷載進(jìn)行預(yù)張拉，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。張拉時(shí)一般按照40KN/min的速度進(jìn)行。

壓力分散型錨索具體的張拉程序如下：

安裝千斤頂→0→△P1(首先單獨(dú)張拉D1單元2根鋼絞線，補(bǔ)足D1單元差異荷載△P1，計(jì)算D1單元錨索0-△P1的伸長值即△L1-2，并量取D1單元錨索實(shí)際伸長值進(jìn)行雙控校核)→△P2(同時(shí)張拉D1、D2單元錨索，補(bǔ)足D1、D2單元差異荷載△P2，量取D2單元錨索伸長值△L2-3并與計(jì)算值校核，注意此時(shí)D1單元伸長值為：△L1-2+△L2-3)→25%P(正式整體張拉，量取D3單元伸長值并進(jìn)行雙控校核)→50%P→75%P→100%P→110%P(雙控校核合格后，持荷10～20分鐘，然后及時(shí)進(jìn)行鎖定)。

各單元錨索實(shí)際伸長值,等于分級(jí)張拉伸長值加相應(yīng)的差異伸長值。

錨索的預(yù)應(yīng)力在補(bǔ)足差異荷載后分5級(jí)(預(yù)張拉不計(jì))按上述張拉程序進(jìn)行施加，即按設(shè)計(jì)荷載的25%、50%、75%、100%、110%。除張拉最后一級(jí)荷載時(shí)持荷穩(wěn)定10～20分鐘外，其余各級(jí)持荷穩(wěn)定5分鐘；因錨索設(shè)計(jì)荷載為600KN,鎖定荷載660KN,即設(shè)計(jì)荷載的110%；因此，應(yīng)在鎖定荷載級(jí)張拉持荷10～20分鐘后及時(shí)鎖定。錨索鎖定48小時(shí)內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)明顯的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充張拉。

四、施工工藝及注意事項(xiàng)

壓力分散型錨索張拉，在對(duì)第一、二單元進(jìn)行差異分步張拉后，分五級(jí)進(jìn)行，每級(jí)荷載分別為設(shè)計(jì)荷載的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，除最后一級(jí)需要穩(wěn)定10～20分鐘外，其余每級(jí)需要穩(wěn)定5分鐘，并分別記錄每一級(jí)鋼絞線的伸長量。在每一級(jí)的穩(wěn)定時(shí)間里必須測(cè)讀錨頭位移三次。

(一)準(zhǔn)備工作。1.注漿體、框架混凝土及錨斜托臺(tái)座的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上后，方可進(jìn)行錨索張拉。錨斜托臺(tái)座的承壓面應(yīng)平整，并與錨索的軸線方向垂直；2.將錨墊板管內(nèi)的混凝土清理干凈、消除鋼絞線上的銹蝕、泥漿。3.套上工作錨板，根據(jù)氣候干燥程度在錨板錐孔內(nèi)抹上一層薄薄的黃油。4.錨板每個(gè)錐孔內(nèi)裝上工作夾片。

(二)千斤頂?shù)亩ㄎ话惭b。1.套上相應(yīng)的限位板，根據(jù)鋼絞線直徑大小確定限位尺寸。2.裝上張拉千斤頂，并且與油泵相連接。錨具安裝應(yīng)與錨墊板和千斤頂密貼對(duì)中，千斤頂軸線與錨孔及錨索軸線在一條直線上，不得壓彎或偏折錨頭，確保承載均勻同軸，必要時(shí)用鋼質(zhì)墊片調(diào)整以滿足要求。

(三)張拉。按張拉程序首先張拉第一單元差異荷載△P1、再張拉第一、二單元差異荷載△P2，然后再分5級(jí)進(jìn)行整體張拉。1.向千斤頂張拉油缸慢慢送油，直至達(dá)到相應(yīng)張拉級(jí)荷載設(shè)計(jì)值。張拉加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)。張拉時(shí),升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1;卸荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。2.測(cè)量預(yù)應(yīng)力筋伸長量。按油表讀數(shù)及伸長量進(jìn)行雙控檢驗(yàn)張拉力及伸長量直至合格，并按設(shè)計(jì)要求達(dá)到穩(wěn)定持荷時(shí)間。3.做好張拉詳細(xì)記錄。

(四)錨固。張拉至最后一級(jí)時(shí)，持荷約15分鐘后及時(shí)進(jìn)行錨固鎖定。1.松開送油閥，張拉活塞在預(yù)應(yīng)力筋回縮下回程若干毫米，工作夾片錨固好預(yù)應(yīng)力筋。2.關(guān)閉送油閥，向回程油缸送油，活塞慢慢回程到底。卸荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。3.按順序拆除工具夾片、工具錨板、張拉千斤頂、限位板。

(五)封端。錨索鎖定48小時(shí)內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)明顯的預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充張拉。1.在距工作夾片大于或等于100mm處，機(jī)械切除多余的預(yù)應(yīng)力筋，嚴(yán)禁電割、氧割。2.最后用C25混凝土及時(shí)將錨頭按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封錨。3.張拉時(shí)認(rèn)真填寫張拉記錄,每孔錨索施工完成后,應(yīng)向監(jiān)理工程師提交必須的驗(yàn)收資料。

五、總結(jié)

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索相較于傳統(tǒng)的拉力型錨索優(yōu)勢(shì)突出，主要從六大角度來對(duì)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析；其一、壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索在進(jìn)行邊坡防護(hù)施工中，錨索不會(huì)因?yàn)檎辰Y(jié)效應(yīng)而逐步弱化，粘結(jié)應(yīng)力能夠均勻的分布在錨固上；其二、壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索承載體的荷載力由根部向孔口方向減少，能夠發(fā)揮更好的加固效果，穩(wěn)定定體錨固；其三、壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索能夠通過漿體受壓來引起灌漿體的徑向擴(kuò)張，由此提高錨索的摩阻強(qiáng)度，保證錨固力；其四、壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索是采用的無粘結(jié)鋼線，由油脂層、水泥砂漿和熱擠PE護(hù)套組成的保護(hù)層，在使用中耐磨損，有較長的使用壽命；其五、與傳統(tǒng)的拉力型錨索區(qū)別的是壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索在鎖體到位后，工藝簡單，一次性全空注漿；其六；錨固段長度相同的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索和傳統(tǒng)拉力型錨索相比，壓力分散型錨索抗拔力高于傳統(tǒng)拉力型錨索，能夠輕松解決松散、破碎巖土體的防固需求。

壓力分散型錨索在許多方面能取代傳統(tǒng)的巖體加固技術(shù)，在高邊坡防護(hù)領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用范圍。