錢婭

（云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司，云南昆明 650000）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，公路等級也在不斷提高，高填深挖隨處可現(xiàn)，尤其在云南山嶺重丘區(qū)，高填方高邊坡更為普遍，路基下沉、邊坡滑坍等病害也常有發(fā)生。在處治和預(yù)防邊坡滑移的過程中，預(yù)應(yīng)力錨索是效果最好、處治最徹底的一種措施，因而也就得到了最為廣泛的應(yīng)用。但是錨固應(yīng)力將會因?yàn)槭艿桨惭b錨具、巖體發(fā)生變動、張拉系統(tǒng)的存在以及鋼絞線在使用中出現(xiàn)松弛等多種因素影響而有所損失，損失程度將會對整個(gè)錨固工程實(shí)踐結(jié)果產(chǎn)生最為直接的影響。所以，想要明確錨固效果評價(jià)、了解張拉的荷載，對錨索預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的損失做出合理的估算，具有積極意義[1]。

筆者結(jié)合親自實(shí)踐的昭待高速公路十二合同段K225+170～K225+320 段滑坡體錨索加固處理的過程，淺述在該過程中的心得和體會，供廣大公路建設(shè)者在施工類似工程時(shí)借鑒。

1 工程概況

昭待高速公路K225+170～K225+320 段路基為深開挖路塹，長377m，最大挖深35m，右側(cè)為推移式滑坡，該滑坡為一土質(zhì)滑坡，滑體主要由山前殘坡積物和滑坡堆積物組成，成分主要為粘土和碎石土，滑體松散堆積層狀與山體自然坡度近乎平行?；矠槿躏L(fēng)化基巖，滑坡平面形態(tài)呈“舌”狀，前緣部份隆起，后緣已不清晰，其側(cè)壁清晰有陡坎?；虑熬墝捈s130m，后緣寬約70m，前后緣高差48m，長約150m，滑動方向?yàn)橛蓶|向西。原設(shè)計(jì)采用在第一臺邊坡平臺處設(shè)置抗滑擋土墻進(jìn)行處治，擋墻底有3m 長φ25 砂漿錨桿鎖腳。施工中，邊坡嚴(yán)重失穩(wěn)，已施工的部份抗滑擋墻下移傾倒損毀。為確保路基穩(wěn)定及運(yùn)營后的行車安全，對該段路基右側(cè)邊坡采取預(yù)應(yīng)力錨索、框格梁、抗滑樁、放緩邊坡清除坍體、樁板墻等綜合防護(hù)處治措施。

2 錨索張拉實(shí)際伸長量與理論伸長量對比

通過使用四級張拉操作錨索，每級張拉分別15%、30%、70%、100%，在開始張拉之前，首先要完成初步的張拉任務(wù)，在進(jìn)行張拉時(shí)，需要嚴(yán)格參考錨墊板與OVM15-5 型號錨具。張拉的時(shí)候要校核錨索伸長量與張拉應(yīng)力值控制情況，將理論層面的伸長量與實(shí)際操作獲得的伸長量兩者之間的差異維系在6%之內(nèi)，若是超出整個(gè)范圍，便需要停止張拉，重新檢查核對千斤頂及油壓表是否配套，必要時(shí)應(yīng)送有資質(zhì)的單位重新標(biāo)定，同時(shí)觀看坡面、檢查錨墊板，對預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行彈性檢驗(yàn)，總之，一定要將原因查明并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。本段邊坡防護(hù)，根據(jù)不同的地質(zhì)地形，錨索的長度不同，而且錨固段和自由段的長度也不相同，以K225+213 斷面A12B5孔為例：錨固段Lmg=12m，自由段Lzy=11m，在計(jì)算理論伸長量的時(shí)候，要根據(jù)以下公式展開：

式中：△L-理論伸長量，mm；N-錨索張拉張，N；Lzy-錨索自由段長度，mm；E-錨索的彈性模量，MPa 取 195；A-錨索截面面積，mm2。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上述公式為：

△L=（500×1000×11×1000）/（195×1000×139×4）=50.7mm

現(xiàn)場實(shí)際張拉的結(jié)果如表1 所示。

表1 A12B5 孔錨索張拉記錄

現(xiàn)場實(shí)際伸長量△L=8.5×2+19.7+16.1=52.8m（計(jì)算中初張拉時(shí)的伸長量采用相鄰級的伸長值代替），則實(shí)際伸長量與理論伸長量的差值為52.8-50.7=2.1mm，2.1/50.7=4.14%＜6%，通過上述計(jì)算可知，實(shí)際張拉結(jié)果滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 預(yù)應(yīng)力損失分析

測試損失的預(yù)應(yīng)力選擇的設(shè)備為XYJ 型的三弦式荷載傳感器，選擇使用型號為GK403 的數(shù)據(jù)采集儀作為采集預(yù)應(yīng)力數(shù)據(jù)的設(shè)備。在預(yù)應(yīng)力錨索錨墊板上安裝完成三弦式荷載傳感器，之后需要將千斤頂安裝在上面，將壓力分級施加到錨索之上。每增加一級以后，都必須要通過自鎖式錨具完成鎖定，使得油泵得以完全解壓，之后再次開始準(zhǔn)備下一次的荷載操作。劃分錨索應(yīng)力損失，將其成為兩個(gè)不同的部分，①加載結(jié)束以后的損失部分；②加載過程中的損失部分。其中①所造成的損失主要是由于坡面巖體出現(xiàn)蠕變以及鋼絞線發(fā)生松弛，屬于變形與松弛損失。②所造成的損失包括有夾片和錨具等出現(xiàn)回縮變形現(xiàn)象、卸載過程中釋放油壓以及張拉系統(tǒng)摩擦阻力等引發(fā)的損失，屬于系統(tǒng)性的損失。

3.1 系統(tǒng)損失

理論層面上的夾片與錨具所導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失，在計(jì)算損失量的時(shí)候可以按照如下公式展開：

其中：△L-夾片與錨具在變形時(shí)出現(xiàn)的回縮值；L-有效的錨索長度，即自由段的長度值；Ey-鋼絞線的彈性模量（取195MPa）；A-鋼絞線的截面積。

以具有相同設(shè)計(jì)參數(shù)的A12B6、A12B7、A12B8計(jì)算該部分預(yù)應(yīng)力損失，單根預(yù)應(yīng)力錨索 Nl=（139mm2×4×195MPa×6mm）/10m=65.1kN。其損失率=65.1/500=13.02%。

現(xiàn)場實(shí)測 A12B6、A12B7、A12B8三點(diǎn)預(yù)應(yīng)力損失如表2 所示，可以計(jì)算三點(diǎn)平均預(yù)應(yīng)力損失為Ns=（36.5+37.55+37.8）/3=37.3kN，平均損失率=（7.30%+7.51%+7.56%）/3=7.46%。

表2 A12B6、A12B7、A12B8 號錨索預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)損失

從上述數(shù)據(jù)可以看出，理論結(jié)果相比較于實(shí)際測量的結(jié)果而言是偏大的，即使是再將因?yàn)槭艿侥ψ枇τ绊懚鴮?dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失添加上，實(shí)測結(jié)果仍舊是大于理論值，并且實(shí)際測量的結(jié)果中還包含有釋放油壓而導(dǎo)致的各種損失，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)，預(yù)應(yīng)力損失用該理論計(jì)算式計(jì)算并代表系統(tǒng)應(yīng)力損失是偏于安全的。

3.2 松馳與變形損失

完成加載以后，損失預(yù)應(yīng)力是一個(gè)持續(xù)的過程，損失的預(yù)應(yīng)力主要是因?yàn)槠旅娴膸r體發(fā)生變動，鋼絞線發(fā)生松弛而引起。

3.2.1 鋼絞線的松馳

由于受到長時(shí)間的荷載作用影響，鋼絞線將會時(shí)移事易，出現(xiàn)應(yīng)力松弛，這個(gè)過程將會持續(xù)十幾年到幾十年不等，所以在實(shí)驗(yàn)中很難展開相關(guān)的測試。所以，在大多數(shù)情況下將會按照1000h 的松弛量，松弛量的數(shù)值受到應(yīng)力水平的影響，最為常見的鋼絞線松弛率結(jié)果如表3 所示。

表3 常用鋼絞線的松馳率

鋼絞線所表現(xiàn)出來的松弛率大小，不僅受到鋼絞線本身所表現(xiàn)出來的物理力學(xué)特征影響，同時(shí)還會受到初應(yīng)力的影響。在對受到長期荷載影響的鋼絞線所出現(xiàn)的應(yīng)力損失展開計(jì)算的時(shí)候，普遍的是需要根據(jù)張拉控制應(yīng)力的90%展開。

3.2.2 巖體的蠕變

由于巖體其本身就具有各向異性以及不連續(xù)的特點(diǎn)，受荷區(qū)的巖體內(nèi)部的所有組成單元將會因?yàn)槭艿綉?yīng)力的影響而出現(xiàn)相對移位以及塑性壓縮變形的特征。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是伴隨著時(shí)間的變化而變化的，這就被稱作為巖體的蠕變。就預(yù)應(yīng)力錨索而言，主要是在應(yīng)力較為集中的位置發(fā)生巖體蠕變現(xiàn)象，巖體的結(jié)構(gòu)位置將會因?yàn)槭艿藉^固力的影響而出現(xiàn)壓密，所以，巖體在受到錨固力的影響下，將會緩緩的出現(xiàn)壓縮變形，進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)損失。錨索預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失是受到結(jié)構(gòu)特性與巖體強(qiáng)度等因素的影響，因?yàn)閹r體發(fā)生形變，將會導(dǎo)致錨固力在一周之后出現(xiàn)緩慢損失。下面以A12B6、A12B8號錨索的觀測值為例，分析因?yàn)槠旅娴膸r體出現(xiàn)蠕變或者是鋼絞線發(fā)生松弛而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失。

（1）A12B6號錨索預(yù)應(yīng)力短期變化

錨索預(yù)應(yīng)力的損失過程，是一個(gè)長期的過程，持續(xù)的時(shí)間甚至可以達(dá)到數(shù)十年。當(dāng)A12B6號錨索在完成加載以后的2.5h、4.5h和150h 的三個(gè)時(shí)刻，對錨索預(yù)應(yīng)力的損失數(shù)值展開詳細(xì)的觀測與分析。通過分析的結(jié)果表明，在最開始的2.5h 之內(nèi)，錨索預(yù)應(yīng)力所表現(xiàn)出來的預(yù)應(yīng)力損失速度時(shí)最快的，所示的預(yù)應(yīng)力約為25.51kN。之后，預(yù)應(yīng)力損失的速度將會逐漸的趨向于緩慢，等到4.5h 以后，預(yù)應(yīng)力損失的數(shù)值將會達(dá)到1.31kN.。當(dāng)鋼絞線松弛與坡體蠕變在經(jīng)過150h 的變化以后，對其變化的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，預(yù)應(yīng)力數(shù)值變化結(jié)果僅僅為6.57kN，總損失大約占據(jù)設(shè)計(jì)值的6.68%。

（2）A12B8號錨索預(yù)應(yīng)力短期、長期變化

A12B8號錨索在系統(tǒng)出現(xiàn)應(yīng)力損失以后，其錨固力在150h 以內(nèi)的損失變化曲線與長期損失變化曲線。隨著時(shí)間的變化推移，A12B8號錨索長期預(yù)應(yīng)力損失將會逐漸趨向于穩(wěn)定數(shù)值。通過記錄的結(jié)果可以清楚的了解，錨索預(yù)應(yīng)力的長期損失結(jié)果占據(jù)12%左右。

3.3 錨索錨固力變化的環(huán)境影響

3.3.1 降雨對錨固力的影響

錨固力還會受到降雨歷時(shí)以及降雨總量的影響，并且效果十分明顯。產(chǎn)生這種影響的結(jié)果將會在巖體裂縫發(fā)育中有所體現(xiàn)，特別是在具有較大滲透系數(shù)的位置中，同時(shí)具備明顯的時(shí)間滯后效應(yīng)。因?yàn)榛瑒游恢糜龅剿院?，將會降低?qiáng)度，削減抗剪力，從而造成錨固力逐漸喪失。但是根據(jù)現(xiàn)場觀察測量的結(jié)果可以清楚的了解，在降雨之后，裂縫中的水分消失，錨固力又會緩慢的恢復(fù)到降水之前，所以說，錨固力受到降水的影響不大。

3.3.2 溫度變化對錨固力的影響

溫度變化所產(chǎn)生的影響，主要是在巖體變形領(lǐng)域中有所體現(xiàn)，將會造成錨索的預(yù)應(yīng)力錨固力發(fā)生變動。因?yàn)槭艿綗崦浝淇s的影響，巖石的內(nèi)部位置將會出現(xiàn)應(yīng)力狀態(tài)變化，巖體的溫度上升的時(shí)候，將會增加錨固力，若是溫度下降，將會降低錨固力。巖體不同，膨脹系數(shù)也有所差異，所以，溫度的變化情況，也將會導(dǎo)致錨固力出現(xiàn)變動。由于巖體的膨脹系數(shù)較小，溫度變化引起的錨固力變化值很小，工程中可以不考慮溫度變化對錨固力的影響。

4 結(jié)語

通過對預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中系統(tǒng)引起的損失和鋼絞線松馳與巖體蠕變引起的損失進(jìn)行分析，結(jié)果表明：錨具、夾片等變形回縮是系統(tǒng)損失的主要因素，鋼絞線松馳與巖體蠕變是引起錨固力長期損失的主要原因，施工中氣候變化引起錨固力損失在氣候的回復(fù)過程中可以忽略。試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果顯示，該邊坡系統(tǒng)引起的損失值大小約占13.02%，鋼絞線松馳與巖體蠕變引起的損失值大小約占12.0%，即鋼絞線的預(yù)應(yīng)力損失合計(jì)為25.02%，那么在為錨索施加預(yù)應(yīng)力的時(shí)候，我們采取比設(shè)計(jì)控制力增加25.02%的超張拉是比較合理的，這樣就可以為彌補(bǔ)系統(tǒng)和鋼絞線及巖體蠕變而形成的預(yù)應(yīng)力損失，能保證錨索在正常工作狀態(tài)下滿足錨固力的要求。當(dāng)然在具體邊坡錨索預(yù)應(yīng)力超張拉力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮鋼絞線的強(qiáng)度級別，所施加超張拉后的錨固應(yīng)力應(yīng)小于0.8 倍鋼絞線的強(qiáng)度[2-3]。