預(yù)應(yīng)力錨索接長(zhǎng)連接裝置的研制與應(yīng)用

何瑋山，呂文龍，謝永橋

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司 廣州 510500；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

近幾年來(lái)，隨著科技技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于建筑的要求也越來(lái)越高。其中，基坑支護(hù)工程量日益增多。目前國(guó)內(nèi)的基坑工程和邊坡工程中，較常使用錨索對(duì)其進(jìn)行加固，其中，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)近些年發(fā)展相當(dāng)迅速，與傳統(tǒng)的邊坡工程加固方法比較，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)具有快捷、高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)［1］，同時(shí)預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡的巖土產(chǎn)生移動(dòng)時(shí)具有主動(dòng)支承的作用，非預(yù)應(yīng)力錨索則只有被動(dòng)支承的作用；同時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨固能更加有效地抵抗基坑的變形，其結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于非預(yù)應(yīng)力錨固。作為一種邊坡加固及基坑支護(hù)技術(shù)［2］，預(yù)應(yīng)力錨固體現(xiàn)了主動(dòng)支護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)，是一種安全有效的邊坡支護(hù)方法，在地質(zhì)條件較差或位置較重要的永久性邊坡支護(hù)中可廣泛推廣應(yīng)用［3］。同時(shí)，在高速公路、軌道交通等地方的既有支護(hù)結(jié)構(gòu)中有存量巨大且使用時(shí)間長(zhǎng)的既有已截?cái)嗟念A(yù)應(yīng)力錨索。

常規(guī)的錨桿（索）抗拔試驗(yàn)裝置對(duì)錨索外露長(zhǎng)度一般要求至少80 cm 才能實(shí)施試驗(yàn)，而在大量既有的支護(hù)結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力錨索已經(jīng)被截?cái)啵L(zhǎng)度顯然不足，難以對(duì)其實(shí)施錨桿抗拔試驗(yàn)。錨桿抗拔試驗(yàn)雖是一種破壞性檢測(cè)方法，但它不僅能夠檢測(cè)出錨桿的錨固質(zhì)量，同時(shí)能更加可靠、直觀地檢測(cè)錨桿（索）的承載力及自由段長(zhǎng)度，不失為錨桿（索）錨固質(zhì)量檢測(cè)的重要手段［4］。錨桿工程有較高的復(fù)雜性和隱蔽性，為確保錨桿工程的安全，應(yīng)采用錨桿抗拔試驗(yàn)對(duì)錨桿的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)［5］。為此，研制出新型預(yù)應(yīng)力錨索接長(zhǎng)連接裝置及試驗(yàn)程序解決了外露長(zhǎng)度不足的既有永久預(yù)應(yīng)力錨索的抗拔承載力檢測(cè)無(wú)法高效實(shí)施的難題，為存量巨大的既有支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性普查提供了可靠的技術(shù)手段。已截?cái)嗟念A(yù)應(yīng)力錨索如圖1所示。

圖1 已截?cái)嗟念A(yù)應(yīng)力錨索Fig.1 Truncated Prestressed Anchor Cable

1 預(yù)應(yīng)力錨索接長(zhǎng)連接裝置研制

目前，工程中存在的一種相似的試驗(yàn)裝置，但該裝置存在安裝構(gòu)件較多、安裝流程繁瑣、整體的一致性低，使用效率較低的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)傳力錨索、傳力錨具的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)錨索與傳力錨索的連接方式設(shè)計(jì)以及配套反力裝置的設(shè)計(jì)研制相對(duì)高效的新裝置。

1.1 傳力錨索、傳力錨具設(shè)計(jì)

傳力錨索根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用鋼絞線，要求是拉力極限大于等于試驗(yàn)錨索所用鋼絞線。

傳力錨具采用材料是的40Cr，圓餅狀，直徑198 mm，厚度43 mm。其中，傳力錨具上有8個(gè)錐形錨孔，錐形錨孔小頭直徑為22.2 mm，大頭直徑為32 mm。4 個(gè)內(nèi)接錨孔均勻排布在直徑為53.6 mm的錨具同心圓的位置，分別在0°、90°、180°、270°的位置，另外4 個(gè)外接錨孔均勻排布在直徑為145 mm的錨具同心圓位置，分別在45°、135°、225°、315°的位置。兩圓上的錐形錨孔方向相反，內(nèi)接錨孔的作用為錨固試驗(yàn)錨索，外接錨孔的作用為錨固傳力錨索。傳力錨具的設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 傳力錨具Fig.2 Trans Mission Anchor

1.2 試驗(yàn)錨索與傳力錨索的連接方式設(shè)計(jì)

傳力錨索先錨固于傳力錨具的外接錨孔，根據(jù)馮大斌等人關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絞線硬度與錨具夾片的匹配建議，所用錨具夾片應(yīng)與鋼絞線硬度相匹配［6］。再將檢測(cè)錨索錨固于內(nèi)錨孔，并確認(rèn)夾片與夾片之間無(wú)明顯位移空間。錨具正常工作時(shí)，因鋼絞線張緊力的存在，鋼絞線錨索帶動(dòng)夾片沿著錨環(huán)錐孔面內(nèi)縮，根據(jù)楔塊原理夾片咬緊鋼絞線，然后將鋼絞線拉緊巖壁的張緊力轉(zhuǎn)換為錨環(huán)與錨墊板的正壓力。當(dāng)結(jié)構(gòu)松散的巖體相對(duì)于穩(wěn)定巖體移動(dòng)或有相對(duì)移動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，咬緊鋼絞線的夾片通過(guò)在錨環(huán)錐孔內(nèi)的相對(duì)滑動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)張緊力，來(lái)保證錨固的有效［7］。試驗(yàn)錨索與傳力錨索的連接方式設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)錨索與傳力錨索的連接方式Fig.3 Connection Method between Test Anchor Cable and Force Transmission Anchor Cable

1.3 配套反力裝置設(shè)計(jì)

試驗(yàn)可采用支座橫梁反力裝置或支撐凳式反力裝置，支座橫梁反力裝置的選擇可參考《錨桿張拉鎖定反力裝置的選擇計(jì)算》［8］，反力裝置應(yīng)滿足承載力和變形的要求［9］，支撐凳的四腳均不觸碰傳力錨具，否則影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)。凳板空心，以便傳力錨索可以穿過(guò)。凳板上需墊墊片，根據(jù)錨索股數(shù)開(kāi)孔，錨索從孔中穿過(guò)。墊片這里起千斤頂支撐的作用。凳腳不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，凳板與傳力錨具距離在10～30 cm即可。

1.4 裝置安裝步驟

第一步，將傳力錨索和試驗(yàn)錨索安裝于錨索接長(zhǎng)連接裝置；第二步，安裝好既有錨索檢測(cè)的錨索接長(zhǎng)連接裝置3 后，將支撐凳8 穿過(guò)傳力錨索4，凳腳支撐在墊板7 上，分別沿著4 根傳力錨索穿過(guò)細(xì)長(zhǎng)型千斤頂6，使用4 個(gè)細(xì)長(zhǎng)型千斤頂6 分別對(duì)傳力錨索4 加壓，每個(gè)細(xì)長(zhǎng)型千斤頂6 的中心軸線應(yīng)與負(fù)載作用力的中線同心，4個(gè)細(xì)長(zhǎng)型千斤頂6和支撐凳8之間放置1個(gè)墊板7，使千斤頂6與支撐凳8之間均勻傳力，最后傳力錨索4頂端從工作錨5伸出，工作錨5夾緊傳力錨索4；第三步，安裝并聯(lián)千斤頂組及油路油路系統(tǒng)；第四步，實(shí)施試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置安裝完成后的整體示意圖如圖4所示。［10］

圖4 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Testing Device

1.5 數(shù)值仿真分析

通過(guò)建立新裝置數(shù)值仿真模型（分析過(guò)程略），分析其施荷結(jié)果和變形，可知其理論上每個(gè)外接錨孔能承受的最大拉力為571.11 kN，本新型試驗(yàn)裝置可滿足最大試驗(yàn)荷載達(dá)到2 000 kN 的錨索抗拔試驗(yàn)要求。工程應(yīng)用中的預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線小于錨索接長(zhǎng)連接裝置屈服時(shí)所承受的荷載，因此該錨索接長(zhǎng)連接裝置可以滿足工程上各種既有永久預(yù)應(yīng)力錨索的試驗(yàn)要求。數(shù)值仿真分析建模如圖5所示。

圖5 數(shù)值仿真分析建模Fig.5 Numerical Simulation Analysis Modeling

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某學(xué)院肇慶校區(qū)建設(shè)項(xiàng)目的邊坡采用支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索，委托方要求對(duì)錨索進(jìn)行錨索抗拔檢測(cè)試驗(yàn)，最大試驗(yàn)荷載為850 kN 和600 kN。該邊坡為永久邊坡，為既有永久預(yù)應(yīng)力錨索，所有的錨索均已截?cái)啵^索的外露長(zhǎng)度在5～10 cm。委托單位已委托當(dāng)?shù)囟嗉覚z測(cè)單位，經(jīng)討論均無(wú)法完成該邊坡的支護(hù)錨索檢測(cè)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的踏勘研究，最終采取本文新研究的裝置完成了對(duì)截?cái)噱^索的錨索抗拔試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用實(shí)踐如圖6所示。

圖6 應(yīng)用實(shí)踐Fig.6 Application Practice

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

鑒于該項(xiàng)目邊坡已出現(xiàn)位移過(guò)大的情況，需快速檢測(cè)預(yù)應(yīng)力錨索當(dāng)下的承載力情況，試驗(yàn)采用一種基于荷載收斂法的快速測(cè)試方法進(jìn)行，共檢測(cè)7根預(yù)應(yīng)力錨索。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及裝置效果

該項(xiàng)目共檢測(cè)7 根已截?cái)嗟腻^索，采用新研制的既有永久預(yù)應(yīng)力錨索抗拔試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)順利完成了錨索抗拔檢測(cè)試驗(yàn)。檢測(cè)過(guò)程中試驗(yàn)裝置狀況良好，未出現(xiàn)異常情況，檢測(cè)完成后對(duì)錨索連接裝置進(jìn)行了全方位檢查，未發(fā)現(xiàn)裂縫，工作狀態(tài)良好，檢測(cè)結(jié)果可靠，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Detection Result

3 結(jié)語(yǔ)

⑴既有支護(hù)結(jié)構(gòu)中有存量巨大且使用時(shí)間長(zhǎng)的既有已截?cái)嗟念A(yù)應(yīng)力錨索，但常規(guī)設(shè)備裝置無(wú)法高效對(duì)其實(shí)施錨索抗拔試驗(yàn)。

⑵本文介紹了針對(duì)既有已截?cái)嗟念A(yù)應(yīng)力錨索研制出預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)連接裝置，該裝置可解決外露長(zhǎng)度5～10 cm的既有截?cái)囝A(yù)應(yīng)力錨索的錨索抗拔試驗(yàn)實(shí)施難題。

⑶通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，新研制的預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)連接裝置安全合理，施工方便快捷，適用性好，耐久性好。

⑷新研制的預(yù)應(yīng)力接長(zhǎng)連接裝置已應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目的既有截?cái)囝A(yù)應(yīng)力錨索中，成功地解決了外露長(zhǎng)度不足的既有永久預(yù)應(yīng)力錨索的抗拔承載力檢測(cè)無(wú)法高效實(shí)施的難題，為存量巨大的既有支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性普查提供了可靠的技術(shù)手段。