路塹高邊坡預應力錨索施工計算分析

魏 晉 文

(中鐵八局集團海外工程分公司，四川 成都 610036)

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路塹高邊坡預應力錨索施工計算分析

魏 晉 文

(中鐵八局集團海外工程分公司，四川 成都 610036)

從理論和實踐的角度出發，結合某高速公路預應力錨索加固實例，對路塹高邊坡預應力錨索進行計算分析，從本質上了解了預應力錨索加固坡體的機理，對預應力錨索的施工與質量控制有積極的作用。

路塹，錨索，錨固力，伸長量

20世紀80年代以后，我國預應力錨索加固技術的發展尤為迅速，預應力錨索加固技術已經廣泛應用于巖土加固工程中，按照錨固施工方法分為注漿型錨固、脹殼式錨固、擴孔型錨固及綜合型錨固等；按照錨固段結構受力狀態分為荷載集中型和荷載分散型，分散型錨索又分為拉力分散型、壓力分散型和拉壓分散型三類。從理論上和實踐上搞清楚預應力錨索的作用機理，對預應力錨索的施工以及質量控制都有著積極的作用。

1 預應力錨索理論分析

1.1 錨固體承載力的確定

選取鋼絞線自身強度、錨固體與孔壁的抗剪強度、錨固體與鋼絞線束間的粘結強度中最小值作為預應力錨索錨固體的承載力，其安全儲備分別為Fs1,Fs2,Fs3，在一般地層Fs1,Fs2,Fs3分別取1.8,2.5,2.5，高腐蝕地層分別取2.0,3.0,3.0。

1.2 錨固力的確定

錨固材料容許荷載Pa與材料極限張拉荷載以及屈服荷載的關系見表1。

表1 錨固材料容許荷載Pa與材料極限張拉荷載以及屈服荷載關系表

1.3 錨索根數及錨固長度確定

1.4 預應力錨索張拉理論伸長量的確定

在實際施工過程中大量使用拉力分散型和壓力分散型錨索，預應力鋼材的松弛損失及被錨固巖(土)體蠕變的影響，決定錨索的補充張拉力。

2)壓力型錨索。壓力分散型錨索的張拉，因其各單元承載體上的鋼絞線不等長，鋼絞線受力不均，張拉前應先計算各單元差異伸長量和差異荷載增量，依據計算的差異荷載分單元進行張拉，補足差異荷載后再分級進行整體張拉。

下面以三單元六束壓力分散型錨索為例介紹各單元差異伸長量和差異荷載增量的計算：

a.差異伸長量。

b.差異荷載增量。

其中，L1,L2,L3分別為各單元錨索的長度，且L1>L2>L3；ΔL1,ΔL2,ΔL3均為各單元錨索設計鎖定荷載作用下的伸長量；ΔL1-2，ΔL2-3均為各單元錨索在設計鎖定荷載作用下的差異伸長量；α為設計鎖定荷載作用下鋼絞線束應力；P為設計鎖定荷載；A為單根鋼絞線截面積；E為鋼絞線的彈性模量；ΔP1,ΔP2分別為分布差異張拉第一、第二級張拉荷載值。

1.5 確定張拉力與油表讀數間的關系

1)張拉力與油表讀數間數學關系的確定。

取得r后，再選取置信度1-a，依據a、樣本數n可以確定相關系數臨界值ra，若r絕對值不小于ra，則說明x與y之間存在顯著的線性關系。在張拉施工過程中，用y代表張拉力，x代表張拉設備油表讀數，通過數據分析，反映二者間的數學線性關系。

2)張拉力與油表讀數間數學方程的確定。

設有一組數據(xi,yi)(i=1,2,…,n)，x,y之間的關系為yi=axi+b+δi，其中，yi為實際張拉力；δi為預測誤差值；xi為油壓表讀數。

2 工況檢算

2.1 工程概況

某高速公路ZK64+888～ZK65+288段路基左側邊坡最高約49.6m，為類土質邊坡，上部為坡積粉質粘土，其下為全風化花崗斑巖、砂土狀強風化花崗斑巖，下伏碎塊狀強風化花崗斑巖。坡面采用預應力錨索框架加固措施。

2.2 設計參數

每孔設置三束6根錨索，孔徑為15cm，鋼絞線公稱直徑為15.2mm，截面積140mm2，極限張拉荷載Pu=259 kN，錨固段10.0 m，錨索張拉噸位均為700 kN，注漿材料M35砂漿。第四級邊坡上排錨索長34.0 m，下排錨索長32.0 m；第二級邊坡上排錨索長24.0 m，下排錨索長20.0 m?；瑒用鎯饶Σ两铅?13°，錨索下傾角β=20°。

2.3 設計檢算

1)錨索傾角的設計檢算。

各束錨索錨固段與自由段長度之比A為：

各束錨索與滑動面相交處滑動面傾角α為：

2)錨固體設計檢算。

該段加固邊坡屬于土質、強風化地段，錨索在滑動面產生的法向阻力需要折減，折減系數選用0.7，坡面下滑力700kN/m，即錨固力為：

取安全系數Fs1=1.8，則錨索鋼絞線的根數為：

錨索張拉鋼材與水泥砂漿的極限粘結應力τu=3 500kPa，錨固體安全系數Fs2取2.5，則錨固段長度為：

a.按水泥砂漿與錨索張拉鋼材粘結強度確定錨固段長度。

b.按錨固體與孔壁抗剪強度確定錨固段長度。

設計錨固段長度為10.0m，即說明設計錨固段為10.0m是安全的。

3)預應力筋張拉校核。

在實施過程中采用五級分級張拉，拉拔力分別為：25%F,50%F,75%F,100%F,120%F，采用上述“1.4預應力錨索張拉理論伸長量的確定”相關內容計算各級理論伸長量，通過比較，計算理論伸長量與實際伸長量差異滿足相關規范及設計要求。采用“1.5確定張拉力與油表讀數間的關系”相關內容計算張拉力與油表讀數間線性關系與設備檢定單位出具的線性關系一致。

3 結語

通過對路塹高邊坡預應力錨索施工環節的計算分析，有助于對錨索深加固作用機理的了解，有利于在選擇支擋結構時有所參考，有利于對施工環節進行針對性的控制，對工程質量以及施工安排有所借鑒。

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[2] 程良奎.巖土錨固研究與新進展[J].巖石力學與工程學報，2005,24(21)：3803-3805.

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[5]CECS22—2005,巖土錨桿(索)技術規程[S].

Analysis and calculation of construction of pre-stressed anchor cable for high cutting slope

Wei Jinwen

(InternationalCompanyofChinaRailwayNo.8EngineeringGroup,Chengdu610036,China)

From the perspective of theory and practice, combining with the pre-stressed anchor cable reinforcement example of a highway, made calculation and analysis on cutting high slope pre-stressed anchor cable, from the essence understood the pre-stressed anchor cable reinforcement slope mechanism, had positive effect to pre-stressed anchor cable construction and quality control.

cutting, anchor, anchored force, elongation

1009-6825(2017)06-0077-03

2016-12-13

魏晉文(1977- )，男，高級工程師

U416.13

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