懸索橋巖錨錨索張拉預應力損失分析

譚青林

（核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

錨碇系統(tǒng)要承受主纜傳遞下來的外部荷載，所以它與一般加固體系有明顯差異。，要保證長期有效的預應力以達到錨固主纜索力的要求，巖錨錨碇系統(tǒng)宜采用壓力分散型錨索，壓力型錨索中的錨索是全長無粘結(jié)的，預應力通過鋼絞線傳遞給承壓板，承壓板再以均布荷載的形式擠壓注漿體，注漿體上的壓力再通過注漿體與巖體之間的粘結(jié)力傳遞給巖體。所謂分散型錨索，是通過設置不同的錨固單元，在不同的深度設置錨固體，分散型錨索的好處在于增加錨固段的數(shù)量，有效的利用錨固力，達到更好的加固效果。所以分析錨碇系統(tǒng)預應力損失的規(guī)律及成因至關(guān)重要。

1 工程概況及錨索布置情況

以云南某懸索橋為工程實例，橋梁主跨跨徑208 米，吊桿中心間距為6.0 米，上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼桁加勁梁，兩側(cè)錨碇系統(tǒng)均采用巖錨錨碇系統(tǒng)，巖錨附近巖性主要表現(xiàn)為弱風化變質(zhì)玄武巖，巖體完整性好，巖體級別為III 類。

因為兩側(cè)錨碇系統(tǒng)的巖體情況基本一致，且主纜纜力也基本相同，所以錨索的布置情況，錨固深度也基本一致，擬抽取其中一側(cè)錨碇系統(tǒng)為研究對象，探索巖錨錨碇系統(tǒng)中預應力的損失情況及變化規(guī)律，為以后類似工程的設計提供參考。本次研究采用兩種檢測工具，分別通過應變計對巖錨錨碇系統(tǒng)錨拉板的應力監(jiān)測及通過索力環(huán)對預應力錨固力（索力）的監(jiān)測，單側(cè)巖錨系統(tǒng)共2 塊錨拉板，錨拉板厚度1.8m，1 個錨拉板上布置19 根錨索，在其中均勻抽取其中3 根錨索進行索力監(jiān)測，在錨拉板四周及中間布置應變計進行應力監(jiān)控。

由于巖層具有差異性及不確定性，在批量張拉巖錨錨碇系統(tǒng)錨索前，應布置實驗孔，進行實驗張拉，以確定其張拉的參數(shù)，同時在進行實驗孔張拉時做好應力、索力的監(jiān)測，以此來判斷錨索預應力張拉的損失情況及錨拉板的應力情況，為后續(xù)批量張拉提供可靠的實驗數(shù)據(jù)及客觀規(guī)律。

通過對錨索實驗孔的張拉數(shù)據(jù)進行分析，可以得出，在設計張拉荷載作用下，錨拉板的應力水平未達到材料強度，通過觀測，未發(fā)現(xiàn)錨拉板出現(xiàn)裂縫、移位等情況，由此證明，錨拉板能承受設計張拉力的要求。除此之外，對錨索實驗孔錨索索力進行1 個月的監(jiān)測，通過索力變化規(guī)律可以得出，錨索在張拉完前7 天損失較為嚴重，約達到設計張拉力的20%，7 天之后，索力趨于穩(wěn)定，達到平衡。因此，在批量后續(xù)張拉時，在原設計初始張拉力的基礎(chǔ)之上，建議預先提高20%的張拉力，以滿足后期預應力的損失。為后續(xù)批量張拉提供可靠的實驗數(shù)據(jù)及損失規(guī)律，但在實際張拉過程中，由于某些原因，并未采納預先提前超張拉20%為初設張拉力的建議，為了安全起見，在批量張拉時，同樣對錨索索力進行檢測，每個錨拉板抽取3 個錨索進行。下面數(shù)據(jù)為其中1 個錨拉板上錨索張拉情況和預應力損失的情況。

2 預應力損失情況

圖1 為其中1 個錨碇系統(tǒng)錨索張拉索力及應變計的監(jiān)測情況，通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)繪制圖表，以分析批量張拉的預應力損失情況。通過監(jiān)測，預應力損失通實驗孔基本一致，建議進行補償張拉，以滿足有效預應力的要求。

圖1 第一次張拉錨索張拉損失情況

圖2 補償張拉后錨索張拉損失情況

通過以上張拉情況，可以得出預應力損失的基本規(guī)律及結(jié)論如下：

（1）在批量張拉時，未采用體現(xiàn)預先超張拉20%的建議，損失后的預應力值未達到設計有效錨固力的要求，所以后期進行補償張拉的措施，在進行補償張拉后，預應力損失后的錨固力滿足設計要求。

（2）在批量張拉時，可以發(fā)現(xiàn)在整個監(jiān)測過程中撤去千斤頂?shù)乃查g，預應力損失率最大，其中最大值為20.6%，最小值為13.3%。在撤去千斤頂后的其中7 天內(nèi)，各個錨索索力均有不同幅度的波動，但隨時間的推移，各個錨索的索力逐漸趨于穩(wěn)定，7 天之后預應力損失其中最大值為24.1%，最小值為13.3%。

（3）在進行補償張拉后，同樣存在撤去千斤頂?shù)乃查g損失最大，在撤去千斤頂時預應力損失率的最大值為20.9%，最小值為10.6%。在7 天之后的監(jiān)測中，基本與之前監(jiān)測一致，索力基本不會發(fā)生大的波動，且隨時間的推移，各個錨索索力日趨穩(wěn)定。在1 個月以后，索力的變化非常小，可忽略不計，可視為已穩(wěn)定。

（4）通過對以上第一次張拉及補償張拉索力監(jiān)測情況可以看出，在第一次張拉時，預應力損失率相對較大，在此基礎(chǔ)上進行補償張拉后，預應力損失略小。

通過對以上懸索橋巖錨錨碇系統(tǒng)錨索索力及錨拉板應力監(jiān)測情況，進行分析，探尋損失損失的基本規(guī)律。錨索預應力損失一般具有大的階段，分布是短期損失及長期損失。短期損失主要集中在錨具夾片鎖定的一瞬間，在這一瞬間錨具回縮，產(chǎn)生一定的位移，以致錨索索力損失驟增。長期損失包含了諸多原因，最為常見的有鋼絞線的松弛、巖體的蠕變等。損失的原因有多種，但是損失的基本規(guī)律是一致的，通過對該工程進行長期的監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)損失都有索力驟降、索力上下浮動、索力穩(wěn)定這三個階段。

（1）索力驟降階段

在錨索預應力張拉完成后，撤去千斤頂?shù)囊凰查g，錨索的索力馬上驟降。通過分析研究，產(chǎn)生這一驟降的原因，主要是因為錨具回縮、錨具摩擦力、孔道摩擦力、巖體受力后變?yōu)槊軐嵉仍颍ㄟ^以為研究表明，巖體巖性越好，這個驟降的時間就越短。

（2）索力上下浮動階段

索力上下浮動階段無法避免，且對我們工程無安全威脅，主要原因在于錨索張拉后改變巖體本身的力學情況，在新的錨索索力作用下，需達到一個新的平衡，達到新的平衡需要一定的時間，除此之外，錨索與主纜相連接，主纜及其相關(guān)工序施工時，都會對索力產(chǎn)生一定的影響及波動。

（3）索力穩(wěn)定階段

通過驟降及浮動階段以后，周圍巖體基本平衡，錨索索力也基本穩(wěn)定，預應力損失日趨減少，在此階段，索力主要受周圍環(huán)境溫度的影響，混凝土收縮徐變，起橋梁活荷載變化等影響。

3 結(jié)論及建議

（1）為了使錨索索力能夠滿足設計的要求，應考慮預應力損失的情況，可以采用補償張拉、超張拉及分析張拉來提高預應力損失后的錨固力。

（2）通過以上工程實例的監(jiān)測可以看出，錨索預應力損失主要集中在撤去千斤頂?shù)囊凰查g，若通過計算錨索能承受超張拉的荷載，可優(yōu)化施工方案，采用一次超張拉20%的措施進行張拉作業(yè)。

（3）錨索索力在撤去千斤頂一瞬間損失較大，后期出現(xiàn)浮動，但終究穩(wěn)定，由此可見，巖錨錨碇系統(tǒng)可用于類似規(guī)模懸索橋的永久錨碇。