錨索耐久性實驗研究方法綜述

摘要：預應力錨索以獨特的效應、簡便的工藝和顯著的經濟效益，在巖體、壩基、邊坡、地下洞室等巖土工程領域中得到廣泛的應用。錨索結構具有較強的隱蔽性和較高的預應力，并且一般用于安全等級要求較高的工程。由于周邊潮濕的巖土環境，可能存在的侵蝕性介質和雜散電流等復雜因素的作用，錨索防護體系在長期使用下會逐漸老化，損傷甚至破壞，再加上錨索自身防護系統不完善等因素，導致錨索耐久性不足的現象時有發生，由此給工程帶來安全隱患。

我國水利水電工程中，錨索應用的數量極大，近年來在建的工程耗資均在億元左右。對國內運行10 a 以上錨固工程資料統計顯示，絕大多數錨索均采用全長黏結結構，其中拉力集中全長黏結型錨索應用尤為普遍。這些被用作永久支護的錨索的使用壽命究竟有多長，在惡劣巖土地質環境中，是否會成為工程中的“定時炸彈”，使工程毀于一旦，這些問題近年來受到越來越多的關注。

我國對巖土錨固工程的安全性與耐久性問題的研究尚在起步階段。目前常用的耐久性研究手段主要有：現場調研、錨固失效案例歸納概述、室內相似試驗、數值分析試驗和錨桿現場開挖試驗等。這些研究成果為后續的工作奠定了基礎。然而，這些研究手段均無法直接、真實地反映預應力錨索在巖土體中深埋、隱蔽的長期運行工程特征。

1錨桿（索）腐蝕狀況研究與檢測

首先現場調研錨桿（索）腐蝕形貌特征描述，包括：顏色、分布以及是否有剝離等。其次取樣錨桿索的表面腐蝕狀況（表面腐蝕率、失重率）；再次取樣樣品表層下不同深度層的腐蝕狀況（不同表層深度的面腐蝕率、腐蝕深度、有效截面積等），最后取樣錨索的失效分析（金相組織分析、表面腐蝕形態分析、斷口形態分析、失效力學機制分析、失效原因追蹤）

對腐蝕產物及周邊介質水中有害物質的檢測，檢測錨桿索工作周邊現場介質水中的有害物質；檢測室內高強度腐蝕試驗中錨桿索樣品周邊介質溶液中的離子濃度變化（主要包括CL-＼S2-＼ SO42-的變化情況，檢測方法采用產生對應離子沉淀物的方法）。

2錨桿索室內耐蝕性試驗

參照錦屏一級現場地下水離子濃度，模擬混凝土孔隙液中Cl-、SO42-離子對裸表面錨桿索初期及已銹蝕地錨桿索電化學行為的影響。檢測內容包括：預應力損失、鋼絞線形貌特征變化、鋼絞線直徑損失變化）

錨桿索室內多因素影響腐蝕試驗研究可在高強度應力腐蝕試驗臺上實現，可分為加速腐蝕試驗，試驗內容包括三個部分：

A、當腐蝕試驗環境一定時：

相同CL-離子濃度，發生應力腐蝕的預應力閥值；CL離子采用工業用Nacl配置，預應力分別比較、10t、15t、20t、25t、30t、35t、40t、45t；檢測內容包括：預應力損失、形貌特征變化觀測、失效分析）

B、當預應力一定時：

分別改變PH值、Cl-、SO42-離子濃度等指標等影響指標，試驗安排采用正交分析，考慮在不同影響指標下腐蝕量和腐蝕速度的變化，比較各影響指標對耐久性的影響程度。

離子配置濃度范圍：（參照國內外巖土規范）

PH值PH>6，PH<6

氯化物（10-6） 50

可溶硫酸鹽（10-6）2001 000

C、嘗試建立水位變幅影響試驗箱，模擬電站庫區正常運轉時水位的變幅，考慮當預應力、地下水腐蝕性、溫度一定時，水位變幅對腐蝕演化以及耐久性的影響。

4已銹蝕錨桿索室內微觀結構試驗

取已銹蝕錨桿索樣品以及加速腐蝕試驗各階段的樣品，進行室內電鏡掃描試驗和金相分析，整理試驗成果，從宏觀和微觀兩個方面歸納分析錨桿索的腐蝕演化機理。已銹蝕錨桿索室內力學強度試驗可從以下幾個方面進行：

1）不同年份已銹蝕錨索（桿）樣品的力學強度試驗；

2）開展室內腐蝕錨固體抗拉強度試驗，分別比較當腐蝕環境一定時，不同損傷位置、不同損傷程度影響下的單錨索力學強度變化；

3）綜合腐蝕量、腐蝕速度的試驗成果，建立腐蝕量、腐蝕速度與力學強度變化的函數關系，提出考慮腐蝕影響的力學強度本構模型；

對錨桿索耐久性檢測方法有如下幾種，a預應力錨索銹蝕機理有電化學銹蝕、應力銹蝕、氫脆、雜散電流銹蝕及其他諸如化學、生物、晶間、雜物銹蝕破壞機理。導致錨索銹蝕的主要因素有外界環境、錨索組成材料和類型、以及施工質量、材料疲勞等。 b預應力錨索銹蝕損傷形態主要有均勻銹蝕、點蝕、局部溶出、晶間銹蝕、破裂，是錨索在不同銹蝕因素作用下的結果。在錨固段，銹蝕使錨索與注漿體粘結強度降低；在自由段，銹蝕使鋼絞線塑性應變變差，伸長率減小，名義屈服強度、名義極限強度、及名義彈性模量均隨銹蝕量增大下降很快。 c針對預應力錨索結構設計的特點，提出通過無損檢測預應力錨索防護體系的完整性，來間接反映錨索的銹蝕情況。d運用歐姆定律檢測錨索結構防護體系的電阻值來表征防護體系的完整性。光滑套管及波紋管為絕緣材料，在其完好時測得的電阻值將很大，出現破裂時電流將穿過破裂處，電阻值會明顯的變小。 e在實際工程中，檢測防護體系完整性的方法有單錨頭檢測法、移動式檢測法和圍繞式檢測法。

5結論

1）對現場調研中所采用的環境檢測、無損檢測儀器的方法步驟進行整理，提出現場檢測中存在的問題和完善的措施；提出錨索耐久性定性評價方法

2）探討錨索外錨頭部位，包括夾片、墊板以及殘余預應力的一次性檢測方法。

3）與相關邊坡加固單位合作，通過現場試驗驗證是否可以通過拉拔試驗結果，反映錨索鋼絞線以及孔內特征的變化。

作者：楊潔 女 助工 1984年2月

工作單位：中國水利水電第四工程局有限公司

專業：水利水電工程

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