摘要：邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是一種利用巖土體自身強度主動加固方式，預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中盡可能減少對被錨固土體或巖體的擾動，影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的原因很多，主要有錨索體材料的應(yīng)力松弛、巖體變形、混凝土的收縮及蠕變、張拉順序、環(huán)境因素以及錨具和張拉設(shè)備引起的預(yù)應(yīng)力損失，本文探討了其破壞機理與影響因素。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨索，作用機理，影響因素

邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)是一種利用巖土體自身強度主動加固方式，預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中盡可能減少對被錨固土體或巖體的擾動，最大程度避免了對既有邊坡的整體性產(chǎn)生進一步的破壞，并通過錨固技術(shù)合理地利用邊坡巖體或土體自身強度，具有保護邊坡原有結(jié)構(gòu)，造價低等特點，被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路等邊坡滑坡治理和加固工程中。

1、預(yù)應(yīng)力錨索的作用機理

預(yù)應(yīng)力錨索比較細(xì)長，不能提供彎曲抗力，僅能提供軸向抗拉，是一維結(jié)構(gòu)單元，其通過外端固定于坡面，另一端穿過邊坡滑動面，錨固于邊坡內(nèi)部穩(wěn)定巖土體中，通過錨索施加的預(yù)應(yīng)力，加大滑移面上的法向壓力，從而產(chǎn)生抗滑阻力，使邊坡巖土體的結(jié)構(gòu)面處于受壓狀態(tài)，從而增大抗滑阻力，以提高邊坡巖土體的整體性，改善巖土體的力學(xué)性能，有效控制巖體的位移，增加邊坡穩(wěn)定性，達到治理滑坡及危巖危石的目的。

預(yù)應(yīng)力錨索錨固作用主要有兩種，其一是錨索的物理效應(yīng)，即使巖體復(fù)合成一體，從而提高巖體的整體穩(wěn)定性；其二是對邊坡表面提供壓力以約束邊坡向臨空方向產(chǎn)生變形。

（1）錨索的物理效應(yīng)

錨索的物理效應(yīng)是通過改變邊坡巖土體一系列的物理性質(zhì)達到的，例如，壓力注漿材料通過錨索孔擴散到巖體裂隙以及結(jié)構(gòu)面中，從而改善提高了邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性能，進而提高邊坡巖體的整體性；預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)緊力產(chǎn)生的法向拉力一方面通過外置錨頭作用于邊坡表面，另一方面通過錨固段注漿材料和巖體之間的粘結(jié)作用于巖體內(nèi)部，使邊坡巖體成為由錨索、注漿體和巖體相互作用的復(fù)合體，增加了巖體整體剛度，從而提高巖體的整體穩(wěn)定性。

（2）錨固的力學(xué)效應(yīng)

錨索錨固巖土體的力學(xué)效應(yīng)主要體現(xiàn)為邊坡表面錨索的自由端張拉鎖定施加預(yù)應(yīng)力之后，彌補了邊坡原有的應(yīng)力，使邊坡由雙向受力狀態(tài)恢復(fù)為三向受力狀態(tài)，邊坡巖土體應(yīng)力的產(chǎn)生二次重分布，使其內(nèi)部的初始裂隙閉合，進而提高邊坡巖土體的整體剛度。對于邊坡巖體而言，預(yù)應(yīng)力錨索對邊坡壓應(yīng)力作用阻礙巖層分離，有效控制巖體的位移；加大巖層和滑移面間的摩擦力，且錨索本身的抗剪切作用可以阻礙巖層間的相對滑動，使巖層夾緊形成組合梁，從而提高巖層的承載能力。

綜上所述，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)其錨固作用的主要特點為：

(1) 受力合理。能充分利用巖土體的抗剪強度平衡結(jié)構(gòu)物的拉力，積極調(diào)用巖土體的自身強度和自穩(wěn)能力，因而能大量節(jié)約建筑材料和工程投資。

(2) 主動抗衡。錨索安裝后即能提供足夠的抗力，有效的限制巖土體的位移。

(3) 改善巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，能有效控制巖土體及工程結(jié)構(gòu)的變形，增強了巖土工程的穩(wěn)定性，并能使較弱結(jié)構(gòu)面上或滑移面上的抗剪強度得以提高，同時能保證工程的長期穩(wěn)定性。

2、錨索預(yù)應(yīng)力損失主要因素

影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的原因很多，主要有錨索體材料的應(yīng)力松弛、巖體變形、混凝土的收縮及蠕變、張拉順序、環(huán)境因素以及錨具和張拉設(shè)備引起的預(yù)應(yīng)力損失，錨索預(yù)應(yīng)力損失具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）錨索體材料的應(yīng)力松弛

預(yù)應(yīng)力錨索在張拉后，錨索在長期高拉應(yīng)力軸向荷載作用下，產(chǎn)生應(yīng)力松弛而導(dǎo)致錨索體材料的預(yù)應(yīng)力損失。應(yīng)力松弛損失與錨索體材料性能、鋼材的型號、所處環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，但鋼材的應(yīng)力松弛導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失一般在5%～10%之間。鋼材的應(yīng)力松弛大小與張拉荷載的大小有關(guān)，張拉應(yīng)力越大，松弛損失就越大，實驗表明，當(dāng)施加的預(yù)應(yīng)力超過鋼材強度標(biāo)準(zhǔn)值的50%時，應(yīng)力松弛值增長顯著。應(yīng)力松弛在張拉后初期發(fā)展迅速，1天之后預(yù)應(yīng)力損失達到80% ，大約20天以后，應(yīng)力松弛曲線趨于極限，松弛基本上不再發(fā)展。

（2）邊坡巖土體的變形

巖土體在錨索預(yù)應(yīng)力以及原巖應(yīng)力作用下，會發(fā)生蠕變現(xiàn)象，應(yīng)變逐漸增大，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力減小。蠕變引起的預(yù)應(yīng)力損失與巖體的軟硬以及密實程度密切相關(guān)，巖石越堅硬，蠕變越小，預(yù)應(yīng)力損失值相應(yīng)的也比較小。巖體的結(jié)構(gòu)完整性是影響巖體變形的重要因素，自然地質(zhì)條件下的巖體存在大量結(jié)構(gòu)面、節(jié)理、裂隙等，在錨索施加預(yù)應(yīng)力的作用下時，這些裂隙趨于閉合，從而導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力損失。在施加預(yù)應(yīng)力初期，巖體壓縮變形顯著，預(yù)應(yīng)力損失明顯。邊坡在施工過程中，由于開挖形成臨空面，邊坡內(nèi)部應(yīng)力重分布，巖體向臨空面發(fā)生變形，導(dǎo)致錨索張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力增大的趨勢，但這種趨勢隨時間的增長逐漸趨緩。

（3）錨具和張拉設(shè)備引起的預(yù)應(yīng)力損失

錨具不可避免的存在夾片回縮問題，因此錨頭夾具是產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失的又一重要因素。

錨索張拉系統(tǒng)一般由油泵、油表、油管和千斤頂?shù)炔糠纸M成。張拉系統(tǒng)的摩阻損失為2%～4%左右，因此油表所顯示的張拉力，比千斤頂?shù)撞夸摻g線的受力實際值要大2%～4%左右。一般情況下張拉都是以油表讀數(shù)為基礎(chǔ)的，因此應(yīng)考慮張拉系統(tǒng)引起的預(yù)應(yīng)力的損失量。

（4）混凝土的收縮以及蠕變導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失

錨索的錨頭端通常固定在抗滑樁、框架梁或錨墊墩上，混凝土本身具有收縮和蠕變性質(zhì)，因此在施加預(yù)應(yīng)力后，混凝土構(gòu)件會產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮變形從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。

（5）張拉順序引起預(yù)應(yīng)力損失

當(dāng)邊坡上有多個孔錨索時，比較合理的張拉方式應(yīng)該是同步張拉，但往往受設(shè)備以及施工環(huán)境的限制，通常有一臺或幾臺設(shè)備依次進行張拉，如果采用順序張拉方式，當(dāng)張拉后面的錨索時，由于邊坡所受壓應(yīng)力增大，導(dǎo)致邊坡進一步產(chǎn)生壓縮變形，此時最初張拉的錨索預(yù)應(yīng)力不可避免就會損失一部分。張拉順序應(yīng)考慮對鄰近錨索的影響以及盡量減少預(yù)應(yīng)力損失，因此多采用隔位張拉。

（6）環(huán)境因素引起的預(yù)應(yīng)力損失

環(huán)境對錨固力的影響主要集中反映在巖體裂隙較為發(fā)育、滲透系數(shù)較大的區(qū)域。

雨水或地下水滲入巖體裂隙或錨孔，如果裂隙內(nèi)存在諸如膨脹土等遇水膨脹或耐崩解性較低的巖土體介質(zhì)，會加劇裂隙的擴展；在北方地區(qū)，裂隙中的水的凍融也會造成裂隙加大?？傊?，一般情況下環(huán)境因素對錨索預(yù)應(yīng)力的影響主要體現(xiàn)在錨固應(yīng)力的增加上，并且具有時間滯后效應(yīng)。但隨著裂隙水的逐漸消散，增加的錨固預(yù)應(yīng)力也會隨之消失。

（7）爆破與地震等沖擊力引起的預(yù)應(yīng)力損失

邊坡開挖過程中爆破、重型機械或地震力發(fā)生的沖擊力會造成錨索預(yù)應(yīng)力大量損失，且該損失量較之邊坡所受靜荷載作用引起的錨索預(yù)應(yīng)力損失量要大得多。大量工程經(jīng)驗表明，當(dāng)在距錨索3m之內(nèi)進行爆破作業(yè)時，錨索預(yù)應(yīng)力損失明顯，其預(yù)應(yīng)力損失量要比錨索在相同時間受靜載作用發(fā)生的預(yù)應(yīng)力損失量大36倍。

3、結(jié)論

文章初步介紹了預(yù)應(yīng)力錨索邊坡加固的基本原理及邊坡使用過程中錨索預(yù)應(yīng)力損失的基本原因，為預(yù)應(yīng)力錨索加固邊坡工程設(shè)計施工提供了有益的參考。盡管預(yù)應(yīng)力錨索邊坡加固理論已經(jīng)取得了一定的成果，但是仍然處于探索和研究的階段。在我國的相關(guān)設(shè)計施工規(guī)范中，還沒有對其具體設(shè)計計算原則和施工方法做出相應(yīng)的規(guī)定和說明。目前，大多數(shù)設(shè)計施工單位都是按照已有的工程經(jīng)驗結(jié)合工程實踐進行設(shè)計施工，理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實踐。隨著理論水平和新施工工藝的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固工程中將得到進一步的發(fā)展。

作者介紹：木鑫澤，男，1976年出生，1996年畢業(yè)于浙江大學(xué)工程管理專業(yè)，本科，工程師。單位：溫州市區(qū)灣區(qū)交通工程建設(shè)指揮部。