王全成， 姜昭群， 羅宏保， 張 勇， 楊 棟

(1.中國地質科學院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國地質調查局地質災害防治技術中心,四川 成都 611734)

1 自承載式預應力錨索系統(tǒng)簡介

為滿足應急搶險工程快速錨固的要求，我們提出一種快速錨固技術體系，包含適合在中硬以下碎裂巖層且適合使用空氣潛孔錘鉆進工藝的擴孔鉆具和不依靠灌漿材料、在不注漿的情況下張拉就能具有一定承載能力(設計值的50%以上)的自承載式預應力錨索。

自承載式預應力錨索系統(tǒng)是一種采用帶滑動機構的拉壓結合分散型預應力錨索，其作用機理為：使用多個承載體進行壓力分散；鋼絞線區(qū)分自由段和錨固段；不注漿即可初張拉鎖定至錨索設計錨固力的50%及以上。進行初張拉鎖定后進行灌注砂漿，待砂漿達到一定強度后進行二次張拉鎖定至設計錨固力。由于承載體壓力分散且全長粘結鋼絞線能提供一部分摩阻力，進一步降低了巖土體及注漿材料的強度要求，使得注漿24 h內進行二次張拉成為可能。傳統(tǒng)錨索內錨頭自由地擱置在內錨固段孔內,在無預應力狀態(tài)下進行內錨固段注漿,而自承載式預應力錨索在有預應力的狀態(tài)下注漿，更有利于對預應力錨索鋼絞線的保護。

結合前期預制高強預應力混凝土格構、預制鋼質錨墩等研究成果，在鉆孔完成下入自承載式預應力錨索后即可進行張拉施工，及時施加錨固力，控制滑坡體變形。該技術特別適合應急搶險的快速錨固施工工程，減少了砂漿體灌注、錨墩澆筑及養(yǎng)護的等待時間，能在較短的時間內對滑坡體進行治理，減少國家和人民生命財產的損失。

2 自承載式預應力錨索現場試驗

現場試驗點位于江油市含增鎮(zhèn)金光洞村的我單位北川試驗基地，此處有出露較好的基巖界面，試驗點見圖1，試驗工作量見表1。

圖1 試驗現場

表1 自承載式預應力錨索現場試驗工作量

試驗過程中對錨索錨固力、鋼絞線應力分布進行測試，鉆孔及自承載式預應力錨索結構如圖2所示。

圖2 鉆孔及自承載式預應力錨索結構圖

根據設計要求，按照規(guī)定的位置和間距布置和裝配承載體，每束錨索分散安裝2個承載體，承載體距離為3.0 m。承載體組裝如圖3所示。

用鋼板作為孔口反力裝置，在不注漿的情況下對自承載式預應力錨索進行初始張拉，依靠承載體擴張后與孔壁之間的摩擦力提供錨固力。

初始張拉完成后，即進行注漿，本次灌注純水泥漿。注漿完成后按照3 d和14 d的漿體齡期強度進行二次張拉，并對部分錨索進行破斷試驗。

圖3 承載體組裝

對不注漿的錨索，采用24 t千斤頂按照承載體1和承載體2的順序進行循環(huán)張拉直至承載體破壞。

張拉施工情況見圖4、圖5。

圖4 自承載式預應力錨索初始張拉

圖5 錨索整體張拉

張拉過程中，利用測力傳感器采集錨索整體的錨固力，利用磁通量傳感器采集鋼絞線的應力分布。數據采集見圖6。

圖6 數據采集

3 自承載式預應力錨索現場試驗分析

下面以600 kN級錨索為例，對自承載式預應力錨索現場試驗結果進行研究分析。

3.1 錨索張拉力統(tǒng)計

錨索張拉力統(tǒng)計見表2。

600 kN級自承載式預應力錨索不注漿時設計單個承載體的承載力為150 kN，2個承載體承載力為300 kN(設計值的50%)，初始張拉時除10號錨索承載體2、11號錨索承載體1、12號錨索承載體1內錨頭破壞外，其余均達到了設計要求，注漿后二次張拉鎖定錨固力超過600 kN，滿足設計要求。

表2 錨索張拉力統(tǒng)計 kN

對13、14、15號的600 kN級自承載式預應力錨索進行了不注漿的極限張拉試驗。初始張拉鎖定值均超過300 kN，承載穩(wěn)定，近一個月的預應力損失率分別為2.7%、4.0%、2.7%。在極限張拉試驗時，錨索整體承載力分別達到了438.8、623.3、419.0 kN，14號錨索不注漿張拉的整體承載力超過了600 kN，可見，自承載式預應力錨索不注漿即可張拉，滿足工程設計中一般4根鋼絞線錨索的承載力設計要求。13號錨索承載體1最大承載力為226 kN，承載體2最大承載力為480 kN。14號錨索承載體1最大承載力為470 kN，承載體2最大承載力為329 kN。15號錨索承載體1最大承載力為227 kN，承載體2最大承載力為233 kN，可見單個承載體(兩根鋼絞線)最小極限承載力達到了226 kN，達到鋼絞線(15.20 mm 1860 MPa)極限承載力(按260 kN)的43.5%，單個承載體(兩根鋼絞線)最大極限承載力達到了480 kN，達到鋼絞線極限承載力的92.3%，由此說明，在巖層條件合適的情況下，自承載式預應力錨索完全可以不注漿即可進行張拉鎖定，滿足錨索的承載力要求。

3.2 自承載式預應力錨索應力分布規(guī)律

自承載式預應力錨索是一種新型的錨索結構，下錨后不注漿即可進行初始張拉，注漿前的初始張拉，在合適的地層情況下，能達到錨索設計錨固力的50%～100%，根據地層情況，注漿后短期內(1～3 d)可進行二次張拉或注漿后不進行張拉，除了能滿足快速錨固的要求，同時降低了張拉過程對砂漿強度的要求，錨索的預應力分布更均布合理。

以1～3號錨索為例，對自承載式預應力錨索應力分布規(guī)律進行分析。初始張拉和二次張拉自承載式預應力錨索應力分布變化對比曲線見圖7。初始張拉自承載式預應力錨索應力分布見圖7系列2，1～3號錨索初始張拉值分別為325.74、334.3、453.1 kN。二次張拉自承載式預應力錨索應力分布見圖7系列1，1～3號錨索二次張拉值分別為802.4、865.0、865.0 kN。

在圖7中，2號傳感器所測應力為錨索自由段近孔口處的錨索應力，3～7號傳感器所測應力為錨索錨固段由近自由段至孔底端的錨索應力，3～7號傳感器布置間距為1.5m。由于2號錨索磁通量傳感器測量通道被誤占用，零點數據不實，二次張拉數據存在一定誤差。

系列1-二次張拉應力分布曲線；系列2-初始張拉應力分布曲線

由圖7可知，初始張拉后，自承載式預應力錨索自由段和錨固段均勻受力，注漿后進行二次張拉，二次張拉增加的錨索預應力向錨固段傳遞距離在0.5～3 m，傳遞距離有限，但因為初始張拉的作用，使得錨固段整體受力分布均勻，更能充分發(fā)揮錨索的承載力。

同時，由于初始張拉使巖體承載了部分錨固力，二次張拉降低了錨固對漿體強度的要求。純水泥漿體，4根鋼絞線的自承載式預應力錨索3 d極限拉拔力為923 kN，破壞形式為鋼絞線斷絲，未出現鋼絞線明顯滑移或漿體破壞。

3.3 自承載式錨索應力分布與普通拉力集中型錨索對比

自承載式預應力錨索應力分布與普通拉力集中型錨索應力分布對比見圖8。

系列1-自承載式錨索應力分布曲線；系列2-普通錨索應力分布曲線

在錨索張拉力相同的情況下(4根鋼絞線的錨索約800 kN)，普通拉力集中型預應力錨索錨固段鋼絞線的應力向孔底傳遞有限，約為1.53 m，其余靠孔底端的鋼絞線應力基本不受錨索張拉力的影響，應力接近，說明該部分鋼絞線未受力，未發(fā)揮承載的作用。達到錨固力設計值50%的應力分布段僅約1 m的范圍，應力十分集中。

而在錨索張拉力相同的情況下(4根鋼絞線的錨索約800kN)，自承載式預應力錨索因為初始張拉的作用，使得錨固段整體受力分布均勻，更能充分發(fā)揮錨索的承載力。在錨固段全長范圍內均有應力分布，應力達到錨固力設計值的50%以上，應力分布最大偏差不超過10%。

經對比可見，自承載式預應力錨索不僅有不注漿即可張拉發(fā)揮錨固用的特點，自承載式預應力錨索錨固段的應力分布均勻，能充分發(fā)揮錨段全長的錨固作用。

4 結論

(1)自承載式預應力錨索具有安裝后不注漿即可張拉的特點，初始張拉力可達設計錨固力的50%～100%。

(2)自承載式預應力錨索錨固段的應力分布均勻，能充分發(fā)揮錨固段全長的錨固作用，優(yōu)于普通拉力集中型預應力錨索。

(3)自承載式預應力錨索結構可以滿足巖質滑坡應急快速錨固的要求。

(4)希望通過以后的研究工作，對自承載式預應力錨索在不同巖層中的適宜性進行研究，形成自承載式預應力錨索系列產品，能讓自承載式預應力錨索應用于地質災害治理工程中，達到快速錨固的目的。