張立剛

由于預(yù)應(yīng)力錨索具有主動加固、深層加固、布置靈活、施工快速、經(jīng)濟性好等顯著特點,因此在邊坡加固和邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程中得到廣泛應(yīng)用。在綜合國內(nèi)外已有大量研究成果的基礎(chǔ)上,本文首先探討了影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的各種因素,基于某城市地鐵邊坡工程施工期的錨索預(yù)應(yīng)力安全監(jiān)測實踐,根據(jù)多根錨索監(jiān)測結(jié)果分析了錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律,并得出了一些有益的結(jié)論,可為同類邊坡錨索加固的優(yōu)化設(shè)計和施工提供依據(jù)。

1 錨索預(yù)應(yīng)力損失原因

1.1 材料因素

1)灌漿材料的徐變。灌漿材料是由硬化水泥漿和粗、細(xì)骨料等構(gòu)成的多相復(fù)合結(jié)構(gòu),這一特點決定了灌漿材料的非均質(zhì)性和物理性態(tài)的復(fù)雜性。在承受外載之前,由于干縮、泌水等原因,已存在大量的微孔隙和界面裂縫,且這些缺陷的分布完全是隨機的。2)鋼絞線松弛。在鋼絞線長度不變的情況下,錨索張拉后隨時間增長會產(chǎn)生屈服并引起內(nèi)部應(yīng)力減小的現(xiàn)象,亦即鋼絞線松弛損失,而且它是預(yù)應(yīng)力錨索體系產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的主要原因。3)墩頭混凝土的壓縮和收縮。錨頭一般固定在混凝土墊墩上,墩頭本身特別是早期具有收縮、蠕變性質(zhì),且受到預(yù)壓應(yīng)力后也會產(chǎn)生一定量的壓縮變形,進而引起預(yù)應(yīng)力損失。4)錨具錐孔、夾具產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。張拉結(jié)束后,對錨索進行鎖定時安裝的錨具夾片會隨鋼絞線往錐孔內(nèi)回縮而夾緊鋼絞線以達到鎖定目的,鋼絞線回縮過程將導(dǎo)致一定鎖定預(yù)應(yīng)力損失。

1.2 巖土因素

1)巖土流變。大量的工程實例表明,錨索在鎖定后的運行期間,影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的主要因素是巖體的流變作用。巖體的流變包括蠕變、松弛和彈性后效。從錨索結(jié)構(gòu)本身分析,巖體的變形主要發(fā)生在靠近自由段部位的錨固段和錨頭底部坡體表層等應(yīng)力集中區(qū)域。2)巖土卸荷。隨著錨固邊坡施工進程的推進,必然導(dǎo)致一部分邊坡巖體的卸荷效應(yīng),該效應(yīng)使開挖部分的巖體產(chǎn)生變形,位移向坡外變化,而且卸荷狀態(tài)下的巖體應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜,部分區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力,巖體受拉蠕變可能會造成錨索的預(yù)應(yīng)力值增加,即負(fù)損失。

1.3 施工因素

1)張拉順序。同一個結(jié)構(gòu)物上有多孔錨索時,在群錨張拉過程中,錨索施工對已安裝的錨索的錨固力有一定的影響,通常表現(xiàn)為錨固力的損失。2)封孔灌漿。錨索施工進行至封孔灌漿時,注漿體溫度較錨索體溫度高,而且注漿體水化熱將產(chǎn)生升溫導(dǎo)致錨索體產(chǎn)生膨脹伸長,將導(dǎo)致一定量的錨固力損失。3)錨索孔孔斜率和粗糙程度。錨索施工中鉆孔發(fā)生傾斜不可避免,錨索孔往往呈彎曲狀態(tài),早期錨索張拉時,自由段與巖壁間可能存在一個或多個接觸點,這種接觸點的存在,將導(dǎo)致摩擦力的產(chǎn)生,從而使錨固力發(fā)生沿程損失。4)張拉系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)資料及其測試,油表所反映的張拉力比千斤頂?shù)撞夸摻g線的受力要略大,故張拉系統(tǒng)也會引起一定量的預(yù)應(yīng)力損失量。

1.4 其他外部因素

1)振動和沖擊效應(yīng)。爆破、重型機械和地震力等發(fā)生的振動和沖擊效應(yīng)也會引起預(yù)應(yīng)力損失,且該損失量較之長期靜荷載作用引起的預(yù)應(yīng)力損失量大得多。2)降雨。已有在降雨過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：降雨量及降雨歷時對錨固力的影響集中反映在巖體裂隙較為發(fā)育,滲透系數(shù)較大的巖土體中。降雨對錨桿預(yù)應(yīng)力的影響主要表現(xiàn)為錨固應(yīng)力的增加,而且具有時間滯后效應(yīng)。隨著裂隙水、孔隙水的消散,增加的錨固預(yù)應(yīng)力也會消散,并基本回到降雨前的預(yù)應(yīng)力水平。3)溫度。溫度的變化主要反映在巖體的變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力變化上。巖體溫度升高會導(dǎo)致錨固力的增加,降溫則使巖體收縮而導(dǎo)致錨固力減小。

2 鎖定后錨索預(yù)應(yīng)力變化監(jiān)測實例分析

2.1 工程概況

某鐵路線路標(biāo)段范圍內(nèi)為典型的淺丘槽谷地貌,場地內(nèi)地勢起伏較大,該區(qū)地震基本烈度為7度。標(biāo)段內(nèi)左側(cè)有一高邊坡為路塹邊坡,長369.6 m,坡率較陡,高度較大,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,為較強富含地下水的邊坡。地下水主要有兩種類型：1)松散土層孔隙水;2)基巖裂隙水。根據(jù)工程需要采用預(yù)應(yīng)力錨索加固,并對預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力變化情況進行長期監(jiān)測。

2.2 錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測方案

1)監(jiān)測對象。據(jù)設(shè)計文件,共設(shè)置 7個監(jiān)控點,分別對 8號-1,8號-2,9號-3,12號-1,12號-3,14號-2,16號-1錨索的有效預(yù)應(yīng)力進行長期監(jiān)測。2)錨索應(yīng)力監(jiān)控儀器和方法。采用振弦式錨索應(yīng)力計,該振弦式錨索應(yīng)力計的測試原理是利用張緊的鋼弦在不同張力情況下其自振頻率不同,通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器測試其鋼弦的頻率,通過反算得到實際的壓力值,并配用對應(yīng)的頻率讀數(shù)儀。

2.3 錨索預(yù)應(yīng)力測試結(jié)果及規(guī)律

由圖1,圖2可以看出：所有錨索的總最大錨索應(yīng)力損失量均小于70 kN,其損失量均在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),滿足安全施工要求。同時從錨索預(yù)應(yīng)力時程變化圖可知,基本可以將錨索錨固鎖定后預(yù)應(yīng)力的變化分為三個階段：第一階段為預(yù)應(yīng)力快速損失階段：在此階段,錨索預(yù)應(yīng)力快速損失,錨索應(yīng)力的損失在剛張拉后的一周內(nèi)基本完成90%以上,這主要與本工程較好的邊坡巖體材料特性有關(guān)。第二階段為預(yù)應(yīng)力波動變化階段：至張拉鎖定30 d內(nèi),錨索預(yù)應(yīng)力值和預(yù)應(yīng)力損失量均出現(xiàn)較小范圍的波動。其原因主要是巖體和錨索在內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整,產(chǎn)生壓縮、回彈的反復(fù)過程,從而導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)小幅、頻繁波動。第三階段為緩慢變化階段：至張拉鎖定30 d后,錨索預(yù)應(yīng)力值趨于平穩(wěn),偶見極小的預(yù)應(yīng)力損失量。

3 結(jié)語

綜合國內(nèi)外大量研究成果的基礎(chǔ)上,本文首先探討了影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的各種因素,基于某城市地鐵邊坡工程施工期的錨索預(yù)應(yīng)力安全監(jiān)測實踐,根據(jù)多根錨索應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析了錨索鎖定后預(yù)應(yīng)力變化的三階段規(guī)律,確保了本工程安全有序的完成。

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