彭傳陽(yáng)，陳 強(qiáng)，方宗平，汪 波，陳 粟

(1.西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756；2.四川交達(dá)預(yù)應(yīng)力工程檢測(cè)科技有限公司，四川 成都 610000；3.西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨索作為一種主動(dòng)支護(hù)手段，能夠有效提高巖土體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，改變巖土體內(nèi)部自身應(yīng)力狀態(tài)，因此被廣泛應(yīng)用于邊坡、基坑等工程中。然而，在我國(guó)地下工程中預(yù)應(yīng)力錨索的發(fā)展卻極不平衡。礦業(yè)領(lǐng)域較早地引入預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)且應(yīng)用十分成熟[1-3]，而在鐵路、公路以及引水隧道等領(lǐng)域發(fā)展及應(yīng)用相對(duì)較晚。預(yù)應(yīng)力錨索在礦業(yè)領(lǐng)域成功應(yīng)用后，近年來，部分學(xué)者受到這種及時(shí)主動(dòng)支護(hù)理念的啟示，嘗試將其應(yīng)用于其他地下工程并取得一定成效，例如蒼嶺隧道[4]、蘭渝鐵路新城子隧道[5]、京張高鐵八達(dá)嶺長(zhǎng)城站[6]等。

對(duì)于深埋軟巖大變形的公路隧道而言，目前主要還是采用傳統(tǒng)及時(shí)強(qiáng)支護(hù)的措施，然而隨著建設(shè)需要和技術(shù)進(jìn)步，這種及時(shí)強(qiáng)支護(hù)難以滿足所有工程[7]。基于此，渭(源)武(都)高速公路木寨嶺隧道采用預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)，顯著減少了圍巖變形穩(wěn)定時(shí)間與圍巖變形潛勢(shì)[8-9]。錨固效果是指巖土體在受到錨桿(索)作用后，內(nèi)部應(yīng)力得到改變，使得其整體性和強(qiáng)度提高，在這過程中錨桿(索)錨固體系所發(fā)揮的作用及其效果。在預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)構(gòu)件中，錨具處于十分重要的位置，它影響著預(yù)應(yīng)力的傳遞和損失，而預(yù)應(yīng)力值大小又影響著錨固效果。然而，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)錨具的研究較少，且基本從改變錨具結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)、材料等方面研究錨具的力學(xué)性能、承載能力等。例如：Nanni等[10]針對(duì)夾片和錨索之間的摩擦及剪切力，對(duì)傳統(tǒng)錨具提出改進(jìn)措施；Al-Mayah等[11]通過試驗(yàn)研究預(yù)緊力和各接觸面摩擦因數(shù)對(duì)夾片式錨具的影響，從而提出對(duì)傳統(tǒng)夾片式錨具的改進(jìn)；Shaheen[12]從改變錨具材料角度出發(fā)，在錨具的混凝土中加入碳纖維增強(qiáng)活性粉末，增強(qiáng)了錨具的抗裂性能；趙通等[13]通過有限元分析得出，錨具的錐角取值在6.5°～7.5°時(shí)，錨具的力學(xué)性能較好；劉建月等[14]通過有限元分析得出錨環(huán)錐角為6.5°～6.8°時(shí)能明顯提高錨具的承載能力；許良昊等[15]通過有限元模型和室內(nèi)試驗(yàn)獲得了CFRP錨具最佳錨固性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)；周建林等[16]建立了多孔錨具參數(shù)化非線性有限元模型，得到錐角在6.0°～7.5°時(shí)，錨環(huán)應(yīng)力變化不大；周明華[17]通過大量的調(diào)查和試驗(yàn)，得出錨具和鋼絞線共同影響著錨具的錨固性能。

由于預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)在我國(guó)公路隧道領(lǐng)域處于初步應(yīng)用階段，目前還沒有針對(duì)公路隧道的專用預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)件，施工現(xiàn)場(chǎng)均采用礦用錨具，而常用的礦用錨具在錨環(huán)錐角、夾片錐角、錨具長(zhǎng)度以及材料等方面存在差異，不同錨具會(huì)呈現(xiàn)出不同的錨固效果。當(dāng)采用限位張拉時(shí)，不同錨具所搭配使用的最佳限位距離也有所差別，若限位距離和錨具匹配性較差，則會(huì)導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力損失過大或錨具滑脫[18-19]。因此，在選擇合適的錨具后，還應(yīng)當(dāng)確定與之匹配的最佳限位距離[20]。本文通過室內(nèi)試驗(yàn)探究3種常見礦用錨具的錨固效果及對(duì)應(yīng)的最佳限位距離，以木寨嶺公路隧道為依托進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)得到的最佳限位距離。

1 錨具受力原理及結(jié)構(gòu)分析

1.1 夾片錨具受力原理

通常礦用錨具采用三片式夾片錨具，將錨具簡(jiǎn)化進(jìn)行受力分析，如圖1所示。根據(jù)錨具結(jié)構(gòu)可知，錨具受力符合楔塊原理，即夾片越往內(nèi)徑小的錨環(huán)方向受力，兩者之間的夾持力越大，錨具越緊。

圖1 錨具受力簡(jiǎn)化圖

假設(shè)夾片與錨環(huán)的錐角均為θ，夾片與錨環(huán)之間的總壓應(yīng)力反力為f1、摩擦角為α，夾片與錨索之間夾持力為f2、摩擦角為β，則有：

f1h=f1cos(θ+α)。

(1)

f1v=f1sin(θ+α)。

(2)

式(1)—(2)中：f1h為f1水平分力；f1v為f1豎向分力。

對(duì)于夾片整體受力而言，水平方向應(yīng)力大小相同，則有：

f1h=f2。

(3)

為了使夾片跟預(yù)應(yīng)力錨索之間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，那么必須滿足f1v≤f2tanβ，即

θ+α≤β。

(4)

根據(jù)以上推導(dǎo)可知，錐角θ、夾片與錨環(huán)之間的摩擦角α兩者之和應(yīng)該在一定范圍內(nèi)小于夾片與錨索之間的摩擦角β。同時(shí)由于錨具尺寸不同，導(dǎo)致錐角θ不同，則錨具的受力情況也不同。那么，預(yù)應(yīng)力錨索張拉過程中應(yīng)力傳遞也會(huì)有所區(qū)別，即不同錨具在張拉過程中的錨固效果及預(yù)應(yīng)力損失情況均不同。

1.2 不同類型錨具

從上述分析可知，錨具結(jié)構(gòu)不同會(huì)導(dǎo)致錨具受力出現(xiàn)差異，因此，選取煤礦系統(tǒng)中常用的3種錨具(A型錨具，型號(hào)為MEF130621；B型錨具，型號(hào)為KM22；C型錨具，型號(hào)為KM22-1(1860))對(duì)3類錨具結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測(cè)量，具體尺寸見表1，結(jié)構(gòu)示意見圖2。

表1 3類錨具具體尺寸

(a)A型 (b)B型 (c)C型

對(duì)錨具尺寸進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過計(jì)算得到錨環(huán)和夾片的實(shí)際錐角如下：A型錨具錨環(huán)錐角為5.2°，夾片錐角為6.0°；B型錨具錨環(huán)錐角為6.0°，夾片錐角為5.9°；C型錨具錨環(huán)錐角為6.1°，夾片錐角為5.0°。可以看出，錨環(huán)和夾片之間的錐角差B型錨具最小，為0.1°；其次是A型錨具，錐角差為0.8°；C型錨具錐角差最大，為1.1°。

根據(jù)夾片錨具受力原理設(shè)定的錨環(huán)錐角與夾片錐角相等條件可知，當(dāng)兩錐角相等時(shí)，夾片與錨環(huán)完全貼合；而當(dāng)兩錐角不等時(shí)，夾片與錨環(huán)之間不能完全貼合，導(dǎo)致接觸面變小，且隨著兩錐角差越大出現(xiàn)接觸面積越小的情況。當(dāng)接觸面積和接觸位置發(fā)生改變后，夾片受力也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而影響錨具回縮和預(yù)應(yīng)力損失?？梢钥闯觯珺型錨具夾片及錨環(huán)之間的錐角差最小、結(jié)構(gòu)最佳。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

錨索在實(shí)際應(yīng)用過程中的錨固效果及預(yù)應(yīng)力損失受巖土體性質(zhì)、地下水情況、張拉工藝、錨固段長(zhǎng)度以及錨索與錨固劑的握裹力等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)變量較多、機(jī)制復(fù)雜。因此，通過室內(nèi)試驗(yàn)探究不同錨具的錨固效果及其最佳限位距離。室內(nèi)試驗(yàn)在3 m錨索靜載試驗(yàn)臺(tái)座上進(jìn)行，利用空心千斤頂進(jìn)行錨索張拉。

2.1 張拉工藝

室內(nèi)試驗(yàn)采用限位、分級(jí)張拉的方式對(duì)錨索施加荷載，限位張拉即在千斤頂和錨具之間安裝帶有限位距離的限位板進(jìn)行張拉。此次室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)限位距離為5、7.5、9、10、13、15、18 mm的對(duì)照試驗(yàn)，不同限位距離限位板見圖3。分級(jí)張拉則是在荷載施加過程中以50 kN為梯度，依次逐級(jí)張拉至設(shè)計(jì)張拉控制值200 kN，每一級(jí)張拉完成后持荷30 s再?gòu)埨料乱患?jí)荷載，最后張拉至200 kN并持荷60 s后，千斤頂再緩慢勻速進(jìn)行卸荷回油，整個(gè)卸荷過程的時(shí)間約30 s。各級(jí)荷載設(shè)計(jì)值及持荷時(shí)間為50 kN-持荷30 s、100 kN-持荷30 s、150 kN-持荷30 s、200 kN-持荷60 s。

圖3 不同限位距離限位板

2.2 試驗(yàn)步驟

1)設(shè)備及儀器的安裝。以A型錨具、5 mm限位板為例，張拉端各部件連接依次為空心千斤頂—5 mm限位板—A型錨具—墊板—振弦式壓力傳感器—墊板。各儀器具體連接見圖4。

圖4 錨索張拉端結(jié)構(gòu)連接圖

2)量測(cè)張拉前夾片外露距離。安裝完畢后，在錨索張拉前，利用游標(biāo)卡尺對(duì)夾片外露長(zhǎng)度進(jìn)行量測(cè)，讀取3次量測(cè)數(shù)據(jù)，取平均值。

3)分級(jí)持荷張拉。按照前述的分級(jí)持荷張拉方式對(duì)錨索進(jìn)行張拉，同時(shí)記錄PT-20S錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)顯示的張拉力值與振弦式壓力傳感器顯示力值。

4)量測(cè)張拉后夾片外露距離。張拉完成后，再次利用游標(biāo)卡尺對(duì)夾片外露長(zhǎng)度進(jìn)行量測(cè)，讀取3次量測(cè)數(shù)據(jù)，取平均值。

5)該組試驗(yàn)完成后，更換全新A型錨具和另一限位距離的限位板。

試驗(yàn)組命名及順序：A型錨具搭配5.0 mm限位板為A1，7.5 mm限位板為A2，9.0 mm的限位板為A3，10.0 mm限位板為A4，13.0 mm限位板為A5，15.0 mm限位板為A6，18.0 mm限位板為A7。B、C型錨具命名同A型錨具，試驗(yàn)順序以A、B、C及試驗(yàn)組序號(hào)大小的方式依次進(jìn)行。

2.3 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算

采用四川交達(dá)公司研發(fā)的PT-20S錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱PT-20S系統(tǒng))對(duì)錨索進(jìn)行張拉，張拉設(shè)備見圖5(a)；張拉控制力讀數(shù)通過PT-20S系統(tǒng)顯示，錨具后有效預(yù)應(yīng)力值通過振弦式壓力傳感器顯示，見圖5(b)。記錄鎖定前PT-20S系統(tǒng)顯示的最大張拉控制力為F1、振弦式壓力傳感器顯示的錨下有效預(yù)應(yīng)力為F2，計(jì)算得到預(yù)應(yīng)力損失率k=(F1-F2)/F1。

(a)PT-20S系統(tǒng)

3 室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 不同錨具分析

通過室內(nèi)試驗(yàn)探究A、B、C 3類錨具分別在限位距離為5.0、7.5、9.0、10.0、13.0、15.0、18.0 mm下的預(yù)應(yīng)力損失情況。圖6示出3類錨具在設(shè)計(jì)最大張拉控制力200 kN的情況下，預(yù)應(yīng)力損失率與限位距離的關(guān)系。

圖6 不同錨具室內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失情況

根據(jù)圖6數(shù)據(jù)趨勢(shì)可以看出，A、B、C 3類錨具的預(yù)應(yīng)力損失均存在隨限位距離增大而減小的趨勢(shì)；并且在相同限位距離下，B型錨具的預(yù)應(yīng)力損失率最小，當(dāng)限位距離小于13 mm時(shí)更明顯。此外，從預(yù)應(yīng)力損失率與限位距離曲線可以看出，預(yù)應(yīng)力損失率變化基本存在3個(gè)階段：

1)慢速下降階段。當(dāng)限位距離低于某值，記為拐點(diǎn)x1，預(yù)應(yīng)力損失隨著限位距離的增大而緩慢下降?？梢钥闯?，A型錨具在限位距離為7.5 mm、C型錨具在限位距離為9.0 mm時(shí)均呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)，因此可知B型錨具的拐點(diǎn)x1對(duì)應(yīng)的限位距離應(yīng)該小于5 mm。

2)快速下降階段。當(dāng)限位距離大于拐點(diǎn)x1后，預(yù)應(yīng)力損失隨著限位距離的增加而急劇下降。

3)穩(wěn)定損失階段。當(dāng)限位距離大于某值，記為拐點(diǎn)x2，預(yù)應(yīng)力損失率基本穩(wěn)定，無明顯變化。A、C型錨具的拐點(diǎn)x2均在13.0 mm附近，B型錨具的拐點(diǎn)x2在10.0 mm附近。

通過上述3個(gè)階段可以看出，當(dāng)限位距離大于拐點(diǎn)x2后預(yù)應(yīng)力損失基本穩(wěn)定，因此，可認(rèn)為拐點(diǎn)x2即為錨具的理論最佳限位距離。

3.2 不同限位距離分析

3.2.1 錨具回縮長(zhǎng)度

通過測(cè)量錨索張拉前后對(duì)夾片外露距離，得到A、B、C 3類錨具在不同限位距離下的回縮長(zhǎng)度，具體數(shù)據(jù)見表2—4。

表2 A型錨具回縮長(zhǎng)度

表3 B型錨具回縮長(zhǎng)度

表4 C型錨具回縮長(zhǎng)度

由表2—4可知，A型錨具張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度為12.3 mm，B型錨具張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度為10 mm，C型錨具張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度為13.3 mm，錨具張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度跟前述理論最佳限位距離相近。同時(shí)，錨具回縮長(zhǎng)度隨限位距離的增加有降低的趨勢(shì)，總體呈負(fù)相關(guān)，表明在相同的張拉力值下，當(dāng)限位距離較小時(shí)，夾片進(jìn)入錨環(huán)的深度較大，說明在張拉過程中夾片向著錨環(huán)內(nèi)側(cè)發(fā)生相對(duì)滑移。從錨具平均回縮長(zhǎng)度可以看出，B型錨具的平均回縮長(zhǎng)度低于A型和C型，即再?gòu)埨^程中B型錨具夾片和錨環(huán)之間的相對(duì)位移小于A型和C型。

3.2.2 錨具刮傷情況

每次張拉結(jié)束后檢查錨具夾片和錨索的情況。圖7示出A型錨具在5.0、9.0、13.0 mm的限位距離下，張拉后夾片及錨索刮傷情況。

由圖7可以看出，A型錨具夾片和錨索的刮傷程度隨著限位距離的增加而減輕。當(dāng)限位距離為5.0 mm時(shí)，夾片和錨索均受到嚴(yán)重的劃傷，鋼絞線上的刮痕明顯且光滑，無齒印，鋼絞線間可見刮傷后殘余的鐵粉；當(dāng)限位距離為9.0 mm時(shí)，夾片和錨索也出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的刮傷，但是其嚴(yán)重程度小于5.0 mm，錨索上可見夾片咬緊后的齒印；當(dāng)限位距離為13.0 mm時(shí)，錨索上可見明顯的齒印，未見刮絲且夾片基本沒有變化。結(jié)合A型錨具回縮距離和預(yù)應(yīng)力損失情況可以得知，當(dāng)限位距離較小時(shí)，夾片對(duì)錨索的夾持力過大，而夾片向著錨環(huán)方向發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，夾片內(nèi)部齒牙在移動(dòng)過程中與錨索發(fā)生摩擦，使得錨索損傷，形成刮痕、出現(xiàn)刮絲，錨索預(yù)應(yīng)力一部分用于克服兩者之間的摩擦，導(dǎo)致?lián)p失過大。然而，隨著限位距離的增加，限位板可直接和錨環(huán)接觸，夾片和錨索之間的夾持力降低，兩者之間的相對(duì)移動(dòng)現(xiàn)象減緩，摩擦減小，于是錨索在張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失降低。

通過上述現(xiàn)象和分析可知，限位距離越小，夾片和錨索的刮傷情況越嚴(yán)重，預(yù)應(yīng)力損失越大。然而，限位距離并非越大越好，限位距離如果過大則會(huì)導(dǎo)致限位板和錨環(huán)之間存在一定孔隙，在張拉過程中限位板直接跟錨環(huán)接觸，夾片未能被限位板抵住，錨環(huán)受力后容易發(fā)生錨具滑脫現(xiàn)象，同時(shí)限位距離過大也會(huì)導(dǎo)致錨索的回縮損失增加。從錨具的理論最佳限位距離可以得知，其預(yù)應(yīng)力損失較小，且隨著限位距離的增加預(yù)應(yīng)力損失基本不發(fā)生明顯改變。錨索張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度跟理論最佳限位距離相近，因此，為了便于快速施工，可通過測(cè)量張拉前錨具夾片外露長(zhǎng)度確定實(shí)際最佳限位距離。根據(jù)上述分析，若限位距離大于夾片外露長(zhǎng)度則有可能導(dǎo)致錨具滑脫，因此錨具的實(shí)際最佳限位距離應(yīng)小于張拉前夾片外露長(zhǎng)度和理論最佳限位距離。

綜上所述，從錨具結(jié)構(gòu)、相同限位距離預(yù)應(yīng)力損失情況和錨具張拉前后的回縮長(zhǎng)度綜合分析可知，在相同的條件下，B型錨具的錨固效果優(yōu)于A型和C型。此外，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定了3類錨具的實(shí)際最佳限位距離，其中A型錨具為12.0 mm，B型錨具為10.0 mm，C型錨具為13.0 mm。

4 限位距離現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及分析

通過室內(nèi)試驗(yàn)可知，在A、B、C 3類錨具中B型錨具的錨固效果最佳，因此，將B型錨具用在木寨嶺公路隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，同時(shí)利用限位距離為9.0、10.0、11.0、13.0 mm的限位板進(jìn)行限位張拉，驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)中得到的B型錨具最佳限位距離10.0 mm。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

木寨嶺隧道采用三臺(tái)階開挖法進(jìn)行施工，一個(gè)開挖循環(huán)面布置19根錨索，其中，上臺(tái)階11根錨索，中臺(tái)階6根錨索，下臺(tái)階2根錨索。為了盡量避免巖體性質(zhì)、地下水情況、錨索位置等變量的影響，將4組不同限位距離的限位板布置于間距為1.2 m的2個(gè)相鄰循環(huán)面，其中9.0、11.0 mm位于1#循環(huán)面，10.0、13.0 mm位于2#循環(huán)面，每組循環(huán)面的限位板交叉布置，具體布置情況見圖8。

(a)1#循環(huán)面

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，1#和2#循環(huán)面的巖體均為砂巖，節(jié)理裂隙均不發(fā)育，巖層產(chǎn)狀、地下水情況基本一致，2個(gè)循環(huán)面的地質(zhì)情況相同?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況見圖9。錨索安裝及施工情況如下。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

1)結(jié)構(gòu)組成。樹脂錨固劑+21.80 mm錨索+W型鋼帶+300 mm×300 mm×15.50 mm墊板+礦用錨具。錨索結(jié)構(gòu)見圖10。

圖10 錨索結(jié)構(gòu)

2)錨索長(zhǎng)度。錨索全長(zhǎng)為5.0 m，其中自由段長(zhǎng)3.5 m，錨固段長(zhǎng)1.5 m。

3)設(shè)計(jì)張拉控制力為200 kN。

4)施工工序：鉆孔—安裝(攪拌)錨固劑—安裝錨索、墊板、錨具—限位張拉—鎖定。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)記錄錨索鎖定前最大張拉控制力及檢測(cè)鎖定后有效錨下預(yù)應(yīng)力，采用室內(nèi)試驗(yàn)相同的計(jì)算公式得到錨索預(yù)應(yīng)力損失率，經(jīng)過整理得到如圖11所示的結(jié)果。

圖11 不同限位距離現(xiàn)場(chǎng)損失情況

從圖11可以看出，當(dāng)限位距離大于等于10 mm時(shí)，平均預(yù)應(yīng)力損失率出現(xiàn)了明顯降低。10 mm限位距離的平均預(yù)應(yīng)力損失率略高于11 mm和13 mm，是因?yàn)樵谙尬痪嚯x為10 mm的錨索數(shù)據(jù)中有1根錨索出現(xiàn)了較大的損失，進(jìn)而拉高了平均損失率。對(duì)比其他數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)限位距離大于等于10 mm后，預(yù)應(yīng)力損失率基本保持穩(wěn)定。然而，從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的預(yù)應(yīng)力損失數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)錨索預(yù)應(yīng)力損失率明顯高于室內(nèi)試驗(yàn)，其原因受到多方面因素的影響：首先，由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境相對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)而言更加復(fù)雜，錨索在張拉、鎖定過程中受地質(zhì)情況、孔道摩阻、施工操作等因素的影響，使得預(yù)應(yīng)力損失增加；其次，由于室內(nèi)試驗(yàn)中為了研究限位距離對(duì)預(yù)應(yīng)力的影響而控制單一變量，沒有考慮錨固段的影響，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中雖然設(shè)計(jì)錨固段的長(zhǎng)度均相同，在理論上對(duì)預(yù)應(yīng)力損失的影響是相同的，但是錨索的實(shí)際錨固段長(zhǎng)度卻有所不同，并且在不同環(huán)境下錨索和樹脂錨固劑的握裹力不同，因此現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中預(yù)應(yīng)力損失率高可能跟實(shí)際錨固段的作用有關(guān)。從室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的結(jié)果均可以看出，錨索預(yù)應(yīng)力損失率與限位距離存在關(guān)系，當(dāng)限位距離小于最佳限位距離時(shí)，預(yù)應(yīng)力損失隨限位距離的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，當(dāng)限位距離大于最佳限位距離時(shí)，預(yù)應(yīng)力損失基本穩(wěn)定。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的結(jié)論可知，室內(nèi)試驗(yàn)得到B型錨具最佳限位距離為10 mm的方法可行、結(jié)論準(zhǔn)確。

5 結(jié)論與討論

本文通過理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)的方法，探究了3類常用錨具的錨固效果及與之對(duì)應(yīng)的最佳限位距離，以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了確定最佳限位距離方法和結(jié)論的可行性和準(zhǔn)確性，主要得到以下結(jié)論：

1)預(yù)應(yīng)力損失率隨限位距離的增加存在慢速下降、快速下降和穩(wěn)定損失3個(gè)階段，在快速下降和穩(wěn)定損失階段存在拐點(diǎn)x2，并認(rèn)為該點(diǎn)即為錨具的理論最佳限位距離。

2)從錨具結(jié)構(gòu)、相同限位距離預(yù)應(yīng)力損失情況和錨具張拉前后的回縮長(zhǎng)度綜合分析可知，在相同的條件下，B型錨具的錨固效果優(yōu)于A型和C型。

3)錨具的實(shí)際最佳限位距離應(yīng)低于理論最佳限位距離和錨索張拉前夾片平均外露長(zhǎng)度，則最佳限位距離A型錨具為12.0 mm，B型錨具為10.0 mm，C型錨具為13.0 mm。

4)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了室內(nèi)試驗(yàn)得到B型錨具最佳限位距離為10.0 mm的方法可行、結(jié)論準(zhǔn)確。

5)需要指出的是，在本文研究中隨著限位距離的增加預(yù)應(yīng)力損失降低、錨具回縮距離減小的結(jié)論，跟實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的結(jié)論趨勢(shì)相反。本文所研究的小尺寸限位距離在工程應(yīng)用中基本不考慮，屬于特殊尺寸，此外，實(shí)際生產(chǎn)中基本不考慮夾片和錨索之間的摩擦而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失，隨著限位距離的增加錨索的回縮損失也會(huì)增加，錨索預(yù)應(yīng)力損失變大。

本文僅是研究現(xiàn)有常用的礦用錨具的實(shí)際錨固效果，選擇相同條件下最佳的錨具應(yīng)用于公路隧道中，然而實(shí)際公路隧道配套使用的錨固構(gòu)件是否需要進(jìn)行改進(jìn)還有待進(jìn)一步探索。同時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力錨索在公路隧道中處于初期應(yīng)用階段，因此許多研究尚未開展，理論明顯落后于實(shí)踐，包括本文中沒有對(duì)錨固段進(jìn)行研究，以及現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力損失較大的問題、錨固系統(tǒng)的力學(xué)機(jī)制等，都需要進(jìn)行綜合而系統(tǒng)的研究。