鐘 林， 閆 志 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

拉壓復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡加固中的應(yīng)用

鐘 林， 閆 志 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

介紹了一種新型錨固方式——拉壓復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索，并將其成功推廣應(yīng)用于某水電站廠房高邊坡加固工程，通過(guò)運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，取得了良好的效果，可為今后在邊坡錨固工程中進(jìn)一步提高錨索錨固性能、降低成本等方面提供借鑒。

預(yù)應(yīng)力錨索；拉壓復(fù)合型；錨固方式；邊坡加固

1 概 述

巖體錨索由內(nèi)錨固段(內(nèi)錨根)及自由段(張拉段)兩部分組成，施加在錨索上的荷載可由錨固段的頂端向下傳遞，亦可由底部向上傳遞，取決于錨索在內(nèi)錨固段內(nèi)的錨固方式。比較傳統(tǒng)的拉力型，其是將錨索直接埋置在水泥漿體內(nèi)，靠彼此間的粘結(jié)傳遞拉力，錨固段的應(yīng)力分布很不均勻，錨索周圍灌漿體處于受拉狀態(tài)，因而拉伸裂縫和剝離現(xiàn)象首先在頂端出現(xiàn)；另一種是壓力型，由于其錨索與錨固段灌漿體完全分開(kāi)，荷載通過(guò)錨索直接傳遞到錨固段底部錨板上，然后由錨板向上推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。在這種情況下，灌漿體受壓，錨固段的應(yīng)力分布仍很不均勻。因此，筆者在文中提出的拉壓復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索就是將上述兩種錨固方式聯(lián)合應(yīng)用，使錨固段的應(yīng)力分布趨于均勻，并使最大應(yīng)力值明顯減小，因而，在施荷條件下，灌漿體內(nèi)的裂縫或剝離現(xiàn)象有可能不出現(xiàn)或很少出現(xiàn)，進(jìn)而增加了錨固效果及防腐蝕系統(tǒng)的可能性。此外，其還可以提高錨索的錨固性能、降低施工成本。

2 拉力型、壓力型和拉壓復(fù)合型錨固段荷載及應(yīng)力分布特性與比較

2.1 荷載沿錨索長(zhǎng)度方向的分布

為了量測(cè)預(yù)應(yīng)力錨索沿錨固段長(zhǎng)度上的實(shí)際荷載分布，我們分別按照拉力型、壓力型和復(fù)合型三種模型進(jìn)行了室內(nèi)彈性模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同荷載作用下，拉力型錨固段頂端荷載最大，向下逐漸減小，至錨固段底部幾乎為零；壓力型的錨索與灌漿體完全脫開(kāi)，其頂端和底部的荷載完全相同，荷載通過(guò)錨索直接傳遞至底部錨板上，然后由錨板推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。壓力型與拉力型恰好相反，部分荷載的傳遞主要集中在錨固段孔底的錨板上，后段部分荷載由拉力型鋼鉸線傳遞至錨固段的前段，說(shuō)明沿錨固段長(zhǎng)度錨索傳給灌漿體后再傳給周圍巖體，傳至底部錨板上的部分荷載由錨板推壓灌漿體后再傳給巖體。由此可見(jiàn)：復(fù)合型錨固方式使荷載分散作用于整個(gè)錨固段長(zhǎng)度上，而不是集中作用于其上部或下部，進(jìn)而改善了錨固段的應(yīng)力狀態(tài)。

2.2 應(yīng)力在灌漿體與錨索孔巖壁間的傳遞

2.2.1 拉力型

通過(guò)室內(nèi)彈性模型試驗(yàn)得知，拉力型錨索錨固段的剪應(yīng)力呈倒三角形分布，頂端最大，為應(yīng)力集中區(qū)，向下迅速減小，當(dāng)頂端交界面上的剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí)將出現(xiàn)剪切破壞，最大剪應(yīng)力則向下轉(zhuǎn)移；由此可以說(shuō)明：當(dāng)拉力型錨索承載后，從錨固段傳至四周巖基的荷載是以拉剪方式傳遞的，主要承載部位位于錨固段頂部以下幾米內(nèi)。由于其頂部剪切力過(guò)大，常出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，同時(shí)，錨索受拉力，錨孔壁亦受拉伸，因而錨索周圍的灌漿體處于受拉狀態(tài)進(jìn)而出現(xiàn)拉伸縫，影響其錨固性能和永久防腐效果。

2.2.2 壓力型

由于荷載是由錨固段下端的錨板向上推壓灌漿體傳遞給基巖的，所以，錨固段孔壁的應(yīng)力與拉力型相反。交界面上的剪應(yīng)力為底部最大，向上逐漸減小，呈正三角形分布；同時(shí)，錨固段孔壁中心方向受壓縮，底部最大，向上逐漸減小。室內(nèi)彈性試驗(yàn)亦表明：當(dāng)錨索承載后，從灌漿體到四周基巖的荷載傳遞是以壓剪方式傳遞的，主要承載部位的錨索周圍灌漿體受壓縮，因而不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)。由于底部錨索孔內(nèi)灌漿體受力很大，允許應(yīng)力問(wèn)題值得考慮，特別是在低強(qiáng)度巖體內(nèi)易致使錨體壓裂而破壞。

2.2.3 復(fù)合型

拉壓復(fù)合型錨索避免了錨固體應(yīng)力集中分布情況，使沿錨固段交接面上的剪應(yīng)力分布趨于均勻，錨孔巖壁底部壓應(yīng)力最大，向上逐漸減小并轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力，其最大拉應(yīng)力亦減小一半。當(dāng)錨索承載后，從灌漿體到四周巖基的荷載轉(zhuǎn)移是以壓剪方式傳遞的，而上部仍以拉剪方式傳遞，主要荷載均勻地分布在整個(gè)錨固段上，因而錨固效果更好，增強(qiáng)了錨固壽命。同時(shí)，根據(jù)分析還可以得出：錨索的埋置長(zhǎng)度越短，越能發(fā)揮其粘接阻力作用，因而還可縮短錨固段長(zhǎng)度。

3 拉壓復(fù)合型錨索的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉壓復(fù)合型錨索是在傳統(tǒng)拉力、壓力型錨索基礎(chǔ)上，利用承載板上部裸鋼絞線與漿體的粘接力承受拉力，而承載板下部則由PE管保護(hù)的無(wú)粘接鋼絞線與漿體的粘接承受壓力，從而使得錨固體內(nèi)既有受拉部位，又有受壓部位，整個(gè)錨固體內(nèi)的應(yīng)力及錨固體與周圍巖石間的粘接摩阻應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力峰值大幅度降低。其結(jié)構(gòu)組成為：高強(qiáng)度無(wú)粘接鋼絞線、擠壓頭、錨板、托板等(圖1)。

圖1 拉壓復(fù)合型錨索結(jié)構(gòu)圖

4 拉壓復(fù)合型錨索在四川某水電站廠房高邊坡加固中的應(yīng)用

4.1 概 述

某水電站廠房后邊坡地質(zhì)條件十分復(fù)雜，斷層裂隙發(fā)育，巖體破碎，風(fēng)化、卸荷作用強(qiáng)烈、巖石抗剪強(qiáng)度低、邊坡高陡，1 438 m高程以上覆蓋層邊坡發(fā)生過(guò)一次崩塌。為了保證該邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定和工程的安全運(yùn)行，分別在1 438 m高程以上、1 410 m高程馬道、1 390 m高程和1 377 m高程增加了共64束1 000 kN級(jí)錨索進(jìn)行加固。錨索設(shè)計(jì)為拉壓復(fù)合型，工程完工后一年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：錨索永久賦存力達(dá)90%以上。

4.2 錨索結(jié)構(gòu)

邊坡加固采用的1 000 kN級(jí)復(fù)合型錨索由7根無(wú)粘接鋼絞線組成，設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)度為10 m。為滿足這一要求，在編制錨索時(shí)，將7根鋼絞線分成兩組，一組剝?nèi)?0 m長(zhǎng)的塑料外皮，按規(guī)范要求進(jìn)行清洗，另一組則無(wú)需剝掉塑料外皮，也不需要清理鋼絞線上的油脂，而是在錨固段下部安裝了1～2塊錨板。

4.3 錨索監(jiān)測(cè)

(1)根據(jù)觀測(cè)記錄可知：應(yīng)力損失最大的為12%，賦存錨固力為968 kN，應(yīng)力損失最小的為10%，賦存錨固力為990 kN。

(2)錨索應(yīng)力損失基本發(fā)生在集中張拉后的第一個(gè)月內(nèi)，隨后應(yīng)力損失逐漸下降，至張拉3個(gè)月，錨索應(yīng)力基本保持穩(wěn)定。

(3)預(yù)應(yīng)力損失的主要原因是由于鋼絞線松弛所致。

5 對(duì)復(fù)合型錨索設(shè)計(jì)、施工方面的建議

(1)根據(jù)以上分析可知：復(fù)合型錨索埋置長(zhǎng)度越短，越能發(fā)揮其粘接阻力作用。傳統(tǒng)拉力型錨索在錨固段長(zhǎng)度為10 m時(shí)，實(shí)際灌漿體僅在頂端幾米以內(nèi)受拉應(yīng)力，以下范圍漿體受力幾乎為零，故在采用拉壓復(fù)合型錨索加固時(shí)，筆者建議：根據(jù)地層情況縮短錨固段長(zhǎng)度以增強(qiáng)錨固效力。

(2)理想的情況是千斤頂系統(tǒng)應(yīng)向錨索的各錨固單元同時(shí)施加等量荷載，但這在事實(shí)上難以實(shí)現(xiàn)。盡量整體張拉是一種常用的、快而有效的方法，但由于復(fù)合型錨索鋼絞線在錨固段內(nèi)既有未剝出PE塑料管的，又有剝掉PE塑料外皮的，在整體張拉時(shí)，易出現(xiàn)鋼絞線受力不均勻而影響錨固效果的情況，故筆者建議：采用小千斤頂單獨(dú)加荷的方式進(jìn)行逐根循環(huán)加載張拉，以使得每根鋼絞線伸長(zhǎng)值趨于一致。

6 結(jié) 論

拉壓復(fù)合型錨索作為一種新型錨固方式，繼承了傳統(tǒng)拉力、壓力型錨索各自的特點(diǎn)，具有獨(dú)特的傳力機(jī)制和良好的工作特性，其避免了沿錨固段錨固體應(yīng)力集中分布的狀況，使全錨固段應(yīng)力分布更趨于均勻，避免了由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致的錨索失效，延長(zhǎng)了錨索壽命。同時(shí)，因其結(jié)構(gòu)合理，還可縮短錨索長(zhǎng)度，節(jié)省工程材料，降低工程造價(jià)。隨著巖土錨固技術(shù)的廣泛應(yīng)用，拉壓復(fù)合型錨索值得大力推廣和應(yīng)用。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)05-0090-02

2017-06-10

鐘 林(1982-)，男，四川冕寧人，工程師，從事水利水電、市政工程施工技術(shù)與管理工作；

閆志強(qiáng)(1970-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，工程師，從事水利水電、市政工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)