高邊坡預應力錨索張拉伸長量偏差的原因分析及預防處治

陳富生

（福建省交通建設工程監理咨詢公司）

高邊坡預應力錨索張拉伸長量偏差的原因分析及預防處治

陳富生

（福建省交通建設工程監理咨詢公司）

本文結合省道202線古田高頭嶺至局下公路改建工程高邊坡預應力錨索施工實例，針對錨索張拉施工過程出現的問題，進行原因分析，并提出相應的防治措施，為類似工程提供參考。

預應力錨索；張拉；原因分析；預防處治

1　工程概況

省道202線古田高頭嶺至局下公路改建工程K3+645～K3+ 846段左側路塹邊坡最高約54.5m。該高路塹邊坡上部為0.5～ 3.8m厚粉質粘土，其下為凝灰熔巖殘積粘性土，土厚度約0.5～ 3.8m；全風化凝灰熔巖，厚度約3.1m，其下為砂土狀強風化凝灰巖，厚度約2.9m；其下為碎塊狀強風化凝灰巖，厚度約4.2～8.0m；其下為中風化凝灰熔巖。該邊坡自然坡較陡，全風化凝灰熔巖組織結構完全破壞，砂土狀強風化凝灰熔巖原巖結構大部分破壞，鉆孔揭示巖體裂隙發育，應對邊坡進行適當加固。

該段高路塹邊坡第四級邊坡采用預應力錨桿地梁防護、TBS植灌防護及液壓客土噴播植草灌防護；第五、六級采用壓力分散型預應力錨索加固，上下兩排錨索與框架共同組成錨固結構體（如圖2所示）。第五級每束錨索設計拉力為700kN，錨固段8m，自由段10～14m，設計孔深18～22m，孔徑15cm。第六級每束錨索設計拉力為700kN，錨固段10m，自由段10～12m，設計孔深20～22m，孔徑15cm。

圖1　K3+645～K3+846段左側高邊坡防護加固工程立面圖

圖2　K3+750.919高邊坡設計圖

2　預應力錨索施工工藝流程（如圖3所示）

圖3　

3　錨索單元差異伸長量和差異荷載增量計算

對于壓力分散型錨索，因各單元錨索長度不同，張拉應注意嚴格按設計次序分單元采用差異分步張拉，根據設計荷載和錨筋長度計算確定差異荷載，并根據計算的差異荷載進行分單元張拉。

正式張拉前應取10～20%的設計張拉荷載對單根鋼絞線進行預拉1～2次，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。

對錨索進行整體張拉前，先補償張拉各單元間的差異荷載。先補償張拉最長一組2根鋼絞線的差異荷載，再同步張拉最長和次長的兩組（4根）鋼絞線的差異荷載，最后將三組6根鋼絞線同步張拉至25%錨索設計鎖定荷載作為起始荷載。錨索的預應力在補足差異荷載后分5級張拉程序進行施加，即設計荷載的25%、50%、75%、100%和110%，每級荷載施加后，穩定觀測時間不小于10min。在張拉最后一級荷載時，應持荷穩定10～15min后卸荷鎖定。

4　張拉施工中伸長量偏差的原因探析及防治措施

張拉采用“雙控法”即采用張拉系統出力與錨索體伸長值來綜合控制錨索應力，以控制油表讀數為準，用伸長量校核，實際伸長量與理論值差別應在-6～+6%以內表明張拉正常。

在對張拉施工中實測伸長量進行整理后，部分伸長量異常的錨索數據如表1。

表1　

伸長量偏大的危害：錨索的設計張拉力一般是鋼絞線的極限承載力的70%左右。在張拉完成后邊坡還可能存在一定的變形，這會致使鋼絞線的拉力向極限承載力發展，一旦超過承載極限就會使鋼絞線斷裂，致使錨索失效，從而對邊坡的穩定性帶來大的隱患。長度問題也是伸長值原因之一。若錨索體錨固段注漿不密實或沒達到設計要求，使得張拉段長度變長，從而使伸長值過大。這種情況造成錨固段不能提供足夠的錨固力，會導致錨固段破壞錨索失效。同時注漿不密實使鋼絞線的防腐效果不好，時間一長容易造成鋼絞線銹蝕斷裂，致使錨索失效，最終邊坡失穩。

伸長量偏大的原因主要有以下幾種：

（1）由于鋼絞線材質不均勻，實際彈性模量小于計算彈性模量或鋼絞線實際截面積小于計算截面積。

（2）該邊坡巖層較破碎，巖質為強風化至中風化，抗壓強度較低，節理裂隙密集，巖石空隙率大，巖石受壓后產生較大的壓縮變形量引起錨墩出現下陷。

（3）錨墩鋼筋混凝土施工質量缺陷，受壓后變形開裂從而引起伸長量變大。

（4）由于錨固段內所灌入的水泥漿液干縮下沉，或部分漿液通過裂隙流失，導致水泥漿液對鋼鉸線的有效握裹長度減小，實際錨固段小于設計錨固長度，自由段長度增加，使得實際張拉伸長率大于規范允許范圍。

（5）錨索錨固段土塵較多或者滲水嚴重，致使水泥漿液無法與巖土體形成有效粘結。錨固段注漿不夠密實，錨固段內漿體氣泡較多，使得錨固段松動導致伸長量變大。

（6）錨具與夾片之間及錨具與千斤頂之間存在較大的空隙，這一部分虛量最終也表現在鋼絞線的伸長量，使得伸長量偏大。

（7）張拉時油表讀數無法精確讀取，人為造成施加的張拉力過大致使實際伸長值超出規范要求。另外，測量記錄人員操作失誤引起錨索伸長量偏大。

防治措施：

（1）在錨索孔鉆孔階段，對鉆孔進行固結灌漿，以提高巖石的完整性及彈性模量，減小巖體變形。預先對錨固段進行注漿處理，消除漏漿通道。注漿前用高壓氣體清除孔內土塵，嚴格按配合比配置漿液，注漿時控制好注漿量和注漿速度，減少錨固段漿體氣泡。同時，嚴格控制水泥漿液面位置，保證錨固段和自由段長度符合設計要求。

（2）當孔口為強風化巖層或土層，抗壓強度較低時，增大外錨墩與強風化巖層或土層的結合面面積，以防止錨墩受力后出現下陷，如增大錨墩的體型尺寸或鋼筋混凝土板墻等。

（3）嚴格控制錨墩的澆筑質量，在混凝土澆筑前需要清除錨墩底部范圍的松動巖塊，對巖石破碎、節理裂隙密集進行固結注漿處理。

（4）保持錨具與夾片之間及錨具與千斤頂之間貼合緊密，減少張拉機具安裝不緊密引起的伸長量偏差。

（5）采用能精確控制張拉力的設備如智能張拉機進行張拉，按規范量取伸長量，盡量減少操作人員失誤引起偏差。

（6）針對張拉中出現伸長量偏大的錨墩可采取退張卸荷，分析原因后采取針對性措施處理，如對錨墩基礎巖層采取固結注漿補強處理，經補強處理后重新張拉，錨墩混凝土施工質量引起的則采取重新施做錨墩，待混凝土強度滿足張拉要求后重新張拉。

錨索鋼鉸線的實際伸長值小于理論計算值：

伸長量偏小的危害：根據錨索伸長值計算公式以及錨索施工過程中的情況，可能因孔道傾斜或錨索體扭曲等原因造成的摩擦阻力使得孔內錨索體張拉力受力不均、張拉段長度不夠等原因都會造成錨索張拉伸長值過小。這種張拉伸長值過小帶來的張拉力不夠，會造成整體坡面施加設計的預應力達不到，不能保障邊坡足夠的穩定行，從而帶來安全隱患原因分析：

（1）由于鋼絞線材質不均勻，實際彈性模量大于計算彈性模量或鋼絞線實際截面積大于計算截面積。

（2）由于錨索孔施工過程中，較深孔道呈拋物線，鋼絞線拉直后與孔壁之間產生摩擦阻力，使得錨索張拉力由于摩擦阻力的原因出現衰減。

（3）由于錨索體安裝時控制不當，導致鋼絞線出現扭曲，也會使錨索張拉伸長值偏小。

（4）鋼絞線與PE套之間存在摩擦阻力，依照規范提供的鋼絞線與PE套之間的粘結力系數，變化范圍較大，當粘結系數較小時，摩擦阻力很小，可以忽約，但當粘結系數過大時則會產生一定的摩擦阻力影響較大。

（5）由于錨索錨固段內注滿漿液后，漿液在注漿壓力作用下進入自由段內，致使自由段錨筋被漿液握裹，錨固段長度增加，自由段長度減小，同時增加增加摩阻力。

（6）張拉機具經常使用實際壓力不足，張拉力不夠使得伸長量達不到設計要求。

（7）操作人員人為失誤施加的張拉力偏小，量測伸長量時不規范引起伸長值變小。

（8）操作人員為了節省時間，在每級施加時持荷時間不足或施加荷載的速度過快，鋼絞線無足夠的時間伸長，使得應力傳遞不均勻，造成鋼絞線伸長量偏小。

（9）限位板、錨具、夾片的不配套，如限位板的腔槽過深，張拉時工作錨具夾片伸出量較大，鎖定時不能隨同鋼鉸線及時跟進夾持緊鋼鉸線，鋼絞線在自身彈性作用下產生較大的回縮量從而導致鎖定時的拉力損失較大。

防治措施：

（1）錨孔鉆造時采取措施嚴格控制錨孔施工質量，避免出現拋物線狀錨孔。

（2）使用材質均勻、與PE套間摩擦阻力較小的合格鋼絞線。加工錨索體時，避免鋼絞線的PE套破損。嚴格控制錨索體安裝質量，避免出現鋼絞線扭曲。

（3）通過自由段注漿管檢查錨固段是否已經注滿漿液。當發現注漿液已經灌入自由段內時，通過自由段注漿管對自由段進行清洗，將自由段內的漿液清洗出孔外，避免漿液握裹住張拉段內的鋼鉸線，保證錨索自由段的長度符合要求。

（4）按規范對達到使用次數或者時間的張拉機具進行標定。分級張拉及鎖定時，保證足夠的持荷時間，減少鋼絞線回縮量。

（5）采用精度更高的設備或者智能張拉機準確施加張拉力，按照規范要求量取伸長量，避免人為操作失誤引起誤差

（6）使用配合良好的限位板、錨具、夾片，減少由于器具引起的預應力損失。

（7）采取超張拉，提高張拉力來彌補部分預應力損失。

（8）當預應力損失較大時或地層變形較大產生較大回縮量時，即待錨索預應力損失趨于穩定之后進行補償張拉，確保錨索張拉力和伸長量雙控指標達到設計和規范要求。

5　結語

錨索張拉是高邊坡預應力錨索的關鍵工序。錨索張拉出現的問題時，應暫停施工，分析原因后采取有效的對策進行處理后方可繼續施工。采用超張拉與補償張拉的方法可有效減少預應力的損失，保證錨固時的有效預應力。張拉有效預應力達到設計要求是確保邊坡穩定及安全主要因素。

[1]《公路路基施工技術規范》（JTGF10-2006）.

[2]《水電水利工程預應力錨索施工規范》（DL/T5083-2010）.

[3]陳愛民.預應力錨索張拉伸長值偏差的原因分析與處理.水電站設計DHPS，2009，25（1）.

U418.5

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2015-5-22