拉壓復合型預應力錨索在邊坡加固中的應用

鐘 林， 閆 志 強

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

拉壓復合型預應力錨索在邊坡加固中的應用

鐘 林， 閆 志 強

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610072)

介紹了一種新型錨固方式——拉壓復合型預應力錨索，并將其成功推廣應用于某水電站廠房高邊坡加固工程，通過運行和監測，取得了良好的效果，可為今后在邊坡錨固工程中進一步提高錨索錨固性能、降低成本等方面提供借鑒。

預應力錨索；拉壓復合型；錨固方式；邊坡加固

1 概 述

巖體錨索由內錨固段(內錨根)及自由段(張拉段)兩部分組成，施加在錨索上的荷載可由錨固段的頂端向下傳遞，亦可由底部向上傳遞，取決于錨索在內錨固段內的錨固方式。比較傳統的拉力型，其是將錨索直接埋置在水泥漿體內，靠彼此間的粘結傳遞拉力，錨固段的應力分布很不均勻，錨索周圍灌漿體處于受拉狀態，因而拉伸裂縫和剝離現象首先在頂端出現；另一種是壓力型，由于其錨索與錨固段灌漿體完全分開，荷載通過錨索直接傳遞到錨固段底部錨板上，然后由錨板向上推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。在這種情況下，灌漿體受壓，錨固段的應力分布仍很不均勻。因此，筆者在文中提出的拉壓復合型預應力錨索就是將上述兩種錨固方式聯合應用，使錨固段的應力分布趨于均勻，并使最大應力值明顯減小，因而，在施荷條件下，灌漿體內的裂縫或剝離現象有可能不出現或很少出現，進而增加了錨固效果及防腐蝕系統的可能性。此外，其還可以提高錨索的錨固性能、降低施工成本。

2 拉力型、壓力型和拉壓復合型錨固段荷載及應力分布特性與比較

2.1 荷載沿錨索長度方向的分布

為了量測預應力錨索沿錨固段長度上的實際荷載分布，我們分別按照拉力型、壓力型和復合型三種模型進行了室內彈性模擬試驗，試驗結果表明：在相同荷載作用下，拉力型錨固段頂端荷載最大，向下逐漸減小，至錨固段底部幾乎為零；壓力型的錨索與灌漿體完全脫開，其頂端和底部的荷載完全相同，荷載通過錨索直接傳遞至底部錨板上，然后由錨板推壓灌漿體并傳遞給周圍巖體。壓力型與拉力型恰好相反，部分荷載的傳遞主要集中在錨固段孔底的錨板上，后段部分荷載由拉力型鋼鉸線傳遞至錨固段的前段，說明沿錨固段長度錨索傳給灌漿體后再傳給周圍巖體，傳至底部錨板上的部分荷載由錨板推壓灌漿體后再傳給巖體。由此可見：復合型錨固方式使荷載分散作用于整個錨固段長度上，而不是集中作用于其上部或下部，進而改善了錨固段的應力狀態。

2.2 應力在灌漿體與錨索孔巖壁間的傳遞

2.2.1 拉力型

通過室內彈性模型試驗得知，拉力型錨索錨固段的剪應力呈倒三角形分布，頂端最大，為應力集中區，向下迅速減小，當頂端交界面上的剪應力超過其抗剪強度時將出現剪切破壞，最大剪應力則向下轉移；由此可以說明：當拉力型錨索承載后，從錨固段傳至四周巖基的荷載是以拉剪方式傳遞的，主要承載部位位于錨固段頂部以下幾米內。由于其頂部剪切力過大，常出現剝離現象，同時，錨索受拉力，錨孔壁亦受拉伸，因而錨索周圍的灌漿體處于受拉狀態進而出現拉伸縫，影響其錨固性能和永久防腐效果。

2.2.2 壓力型

由于荷載是由錨固段下端的錨板向上推壓灌漿體傳遞給基巖的，所以，錨固段孔壁的應力與拉力型相反。交界面上的剪應力為底部最大，向上逐漸減小，呈正三角形分布；同時，錨固段孔壁中心方向受壓縮，底部最大，向上逐漸減小。室內彈性試驗亦表明：當錨索承載后，從灌漿體到四周基巖的荷載傳遞是以壓剪方式傳遞的，主要承載部位的錨索周圍灌漿體受壓縮，因而不會出現拉應力區。由于底部錨索孔內灌漿體受力很大，允許應力問題值得考慮，特別是在低強度巖體內易致使錨體壓裂而破壞。

2.2.3 復合型

拉壓復合型錨索避免了錨固體應力集中分布情況，使沿錨固段交接面上的剪應力分布趨于均勻，錨孔巖壁底部壓應力最大，向上逐漸減小并轉為拉應力，其最大拉應力亦減小一半。當錨索承載后，從灌漿體到四周巖基的荷載轉移是以壓剪方式傳遞的，而上部仍以拉剪方式傳遞，主要荷載均勻地分布在整個錨固段上，因而錨固效果更好，增強了錨固壽命。同時，根據分析還可以得出：錨索的埋置長度越短，越能發揮其粘接阻力作用，因而還可縮短錨固段長度。

3 拉壓復合型錨索的結構設計

拉壓復合型錨索是在傳統拉力、壓力型錨索基礎上，利用承載板上部裸鋼絞線與漿體的粘接力承受拉力，而承載板下部則由PE管保護的無粘接鋼絞線與漿體的粘接承受壓力，從而使得錨固體內既有受拉部位，又有受壓部位，整個錨固體內的應力及錨固體與周圍巖石間的粘接摩阻應力分布比較均勻，應力峰值大幅度降低。其結構組成為：高強度無粘接鋼絞線、擠壓頭、錨板、托板等(圖1)。

圖1 拉壓復合型錨索結構圖

4 拉壓復合型錨索在四川某水電站廠房高邊坡加固中的應用

4.1 概 述

某水電站廠房后邊坡地質條件十分復雜，斷層裂隙發育，巖體破碎，風化、卸荷作用強烈、巖石抗剪強度低、邊坡高陡，1 438 m高程以上覆蓋層邊坡發生過一次崩塌。為了保證該邊坡的長期穩定和工程的安全運行，分別在1 438 m高程以上、1 410 m高程馬道、1 390 m高程和1 377 m高程增加了共64束1 000 kN級錨索進行加固。錨索設計為拉壓復合型，工程完工后一年的監測結果表明：錨索永久賦存力達90%以上。

4.2 錨索結構

邊坡加固采用的1 000 kN級復合型錨索由7根無粘接鋼絞線組成，設計錨固段長度為10 m。為滿足這一要求，在編制錨索時，將7根鋼絞線分成兩組，一組剝去10 m長的塑料外皮，按規范要求進行清洗，另一組則無需剝掉塑料外皮，也不需要清理鋼絞線上的油脂，而是在錨固段下部安裝了1～2塊錨板。

4.3 錨索監測

(1)根據觀測記錄可知：應力損失最大的為12%，賦存錨固力為968 kN，應力損失最小的為10%，賦存錨固力為990 kN。

(2)錨索應力損失基本發生在集中張拉后的第一個月內，隨后應力損失逐漸下降，至張拉3個月，錨索應力基本保持穩定。

(3)預應力損失的主要原因是由于鋼絞線松弛所致。

5 對復合型錨索設計、施工方面的建議

(1)根據以上分析可知：復合型錨索埋置長度越短，越能發揮其粘接阻力作用。傳統拉力型錨索在錨固段長度為10 m時，實際灌漿體僅在頂端幾米以內受拉應力，以下范圍漿體受力幾乎為零，故在采用拉壓復合型錨索加固時，筆者建議：根據地層情況縮短錨固段長度以增強錨固效力。

(2)理想的情況是千斤頂系統應向錨索的各錨固單元同時施加等量荷載，但這在事實上難以實現。盡量整體張拉是一種常用的、快而有效的方法，但由于復合型錨索鋼絞線在錨固段內既有未剝出PE塑料管的，又有剝掉PE塑料外皮的，在整體張拉時，易出現鋼絞線受力不均勻而影響錨固效果的情況，故筆者建議：采用小千斤頂單獨加荷的方式進行逐根循環加載張拉，以使得每根鋼絞線伸長值趨于一致。

6 結 論

拉壓復合型錨索作為一種新型錨固方式，繼承了傳統拉力、壓力型錨索各自的特點，具有獨特的傳力機制和良好的工作特性，其避免了沿錨固段錨固體應力集中分布的狀況，使全錨固段應力分布更趨于均勻，避免了由于應力集中而導致的錨索失效，延長了錨索壽命。同時，因其結構合理，還可縮短錨索長度，節省工程材料，降低工程造價。隨著巖土錨固技術的廣泛應用，拉壓復合型錨索值得大力推廣和應用。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)05-0090-02

2017-06-10

鐘 林(1982-)，男，四川冕寧人，工程師，從事水利水電、市政工程施工技術與管理工作；

閆志強(1970-)，男，遼寧朝陽人，工程師，從事水利水電、市政工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)