巖土預應力錨固結構張拉力長期變化規律

摘 要:預應力錨固結構在巖土工程中的應用日益廣泛，產生了巨大的經濟效益和社會效益。巖土預應力錨固結構在其長期運營期受到各種外界環境影響，其預張力呈現出周期性的循環荷載特征，這將對預應力錨固結構的長期使用壽命產生影響，本文主要對于巖土預應力錨固結構張拉力長期變化規律進行探討，對于今后巖土預應力錨固結構設計具有一定指導意義。

關鍵詞:巖土預應力錨固內錨固段循環荷載耐久性

中圖分類號:U476文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0031-01

1 引言

巖土預應力錨固系統在長期使用過程中，受到眾多外界因素的影響，使預應力具有極大的不穩定性。由于降雨、潮汐、溫度變化和地震荷載等因素作用可使預應力產生波動變化j從而使桿體材料存在疲勞破壞可能，易造成其錨固功能的減弱或失效，影響錨固工程的長期穩定性[1，2]。以高速公路南線工程長達6年的監測數據分析為基礎，提出預應力的長期變化規律，確定預應力錨固系統張拉力在外界各種因素影響下的變化特征、變化幅度及變化頻率，為巖土預應力錨固結構長期耐久性分析奠定理論基礎。

2 工程監測概況

為了掌握邊坡變形特征和規律，分析巖土體結構與邊坡變形破壞的關系，評價邊坡的長期穩定性，保證工程施工和運營安全，必須進行邊坡長期穩定性監測，特別是對起到主要加固作用的預應力錨固系統的應力監測。為全面反映施工過程及運營期預應力錨索的工作性狀，現場共設置了位于滑坡體中心的9臺錨索測力計。根據實際監測結果，錨索預應力隨著時間的變化，其變化規律表現出為總體趨于穩定，伴隨著不同形式的波動變化，同時坡體安全度處于動態變化過程中。

3 錨索預應力波動變化影響因素分析

3.1 降雨入滲

降雨將使巖土體受到較大的循環荷載作用，其對預應力的影響集中反映在巖土體裂隙較為發育、滲透系數較大的部位。降雨對巖土預應力錨固系統的影響主要表現為桿體材料所受拉力值增加，而且具有時間滯后效應，其原因是裂隙被滲流水填充后產生靜水壓力，預應力桿體材料拉伸:同時，隨著裂隙水的不斷滲入，巖土體含水量不斷增大，自身抗剪強度降低，從而使坡體產生向下滑動的趨勢，增加預應力值。現場觀測結果還表明，隨著裂隙水的消散，增加的預應力逐漸回復，基本回到降雨前的水平。通過實際觀測，中雨以上的降雨量對相對破碎松散的巖土體影響較大，預應力錨固系統產生顯著的循環變化，變化頻率與降雨頻率相關。這種循環荷載作用，將影響桿體材料和內錨固體的疲勞破壞特性。由于隨著氣候條件的變化，每年降雨的次數存在著差異性，根據觀測數據，在實際工程環境下，每次降雨影響預應力波動變化的時間一般為15天左右，若連續降雨，則預應力波動總體呈持續變化。

3.2 溫度變化

巖土體及其內部的注漿體都是具有熱脹性的熱導體，因此當溫度變化時將影響巖土體變形而導致錨索預應力變化。巖土體溫度升高一般會導致錨索預應力的增加，溫度降低則使預應力減小。1)晝夜溫度變化對預應力值的影響。為了研究環境溫度對錨索預應力的影響，在實際工程現場隨機選取兩點(ML2、ML5)進行了跟蹤監測，測試時環境溫度晝夜溫差為5～6℃。對于處于主滑坡二級坡的錨索ML2，錨索預應力值的變化幅度為24kN，變化規律與溫度變化是同步的，而且晝夜變化后基本恢復原值，表現出循環加載特征。對于處于四級坡體的ML5，其變化值較小，變化幅度僅2kN;其變化規律曲線表現為7:00至14:30略有下降，而14:30后則有所上升。2)季節溫度變化對預應力值的影響。錨索預應力值隨季節有較大幅度的變化，自2009年12月至2010年5月，季節溫差約為39℃，錨索應力值呈現出明顯的周期性的變化，夏季預應力值較高而冬季預應力值較低。其中，ML3和ML5變化幅度約為40kN，ML7變化幅度約為70kN。

4 預應力錨索內錨固段張拉力變化規律研究

(1)降雨對預應力內錨固段應力變化的影響。由以上分析可知，降雨后錨索預應力有較大幅度的增長，其變化值也遠遠大于沿程摩阻損失。降雨對巖錨應力的影響主要表現為錨固應力的增加，從微觀考慮，雨水入滲對錨索預應力的影響過程可劃分為三個階段:一是錨固力的減小階段，二是錨固力的迅速增加階段，三是錨固力的回復階段。雨水滲入坡體中，巖體飽和，抗壓強度降低，錨索發生松弛，預應力減小，此階段歷時較短。隨著不斷滲入裂隙水，巖體的抗剪能力降低，同時坡體抵抗下滑的能力降低導致坡體產生位移趨勢，錨固力也隨之增大，此段時間歷時較長。由以上分析機理得降雨后的坡體將受到較大的循環荷載的作用，不利于坡體的穩定性，同時這種循環荷載減弱鋼絞線的長期強度。降雨后錨索預應力的變化頻率在一年內隨降雨次數(主要為中雨以上的降雨)的變化而變化，一年內一般可達到5～20次。因此降雨對預應力內錨固段應力變化的影響不能忽略。(2)晝夜溫度變化對預應力內錨固段應力變化的影響。溫度變化對預應力的影響主要反映在巖體、錨索的相對變形對預應力的影響。由于巖體是熱的良導體，當溫度升高時，產生膨脹，導致預應力增加。然而溫度的升高也會使錨索產生膨脹，造成預應力的損失。(3)季節溫度變化對預應力內錨固段應力變化的影響。表1為現場試驗研究中實測得到的不同錨索隨季節變化的應力值及其變化幅度。由表1可知，錨索在季節性的溫度變化中產生的應力變幅大致在50～150kN范圍內波動，遠遠大于預應力錨索的沿程損失。因此，季節性的溫度變化將使預應力內錨固段產生循環荷載效應，影響了內錨固段的耐久性。

5 結語

(1)巖土預應力錨固結構張拉力的長期變化規律表現為高頻率的小循環與低頻率的大循環的組合。(2)影響預應力長期變化的主要因素為降雨及溫度變化，其中晝夜溫度變化對預應力錨固結構的影響表現為高頻率小循環特征，而季節溫度變化和降雨則對預應力錨固結構的影響表現為低頻率大循環特征。(3)這種預應力的循環加載將對預應力錨固結構內錨固段耐久性產生不利影響，從而影響其長期使用壽命。

參考文獻

[1] 陳祖煜，楊健.巖土預應力錨固技術的進展[J].貴州水力發電，2004，05.

[2] 高大水.國內巖土預應力錨固技術應用及錨固技術參數統計[J].長江科學院院報，2004，06.