壓力分散型預應力錨索在南坪隧道病害整治中的運用

(神華準格爾能源有限責任公司 內蒙古 鄂爾多斯 010300)

一、工程運用

南坪隧道病害整治工程在隧道靠山側距隧道中線22.56～23.06米設置預應力錨索抗滑樁，共計66根，其中A型15根，B型4根,C型10根,D型7根,E型8根,F型8根,G型14根。其中CDEF型樁頭各布設四孔預應力錨索，設計拉力600KN，錨索長度31～42米，錨索傾角25～28度，鉆孔直徑150mm。C樁長度按2.0m×3.0m×31m斷面執行，D樁長度按2.0m×3.0m×34m斷面執行，E樁長度按2.4m×3.6m×31m斷面執行,F樁長度按1.8m×2.6m×30m斷面執行,錨固段長度均為12米，沉渣段長度1米,總長度4928米,每孔錨索由三單元共六束鋼絞線組成，鋼絞線采用直徑15.24mm、強度1860MPa的高強度低松弛無粘結鋼絞線。每個單元錨索分別由兩根無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成。鋼絞線通過特制的擠壓簧(類似于夾片功能)和擠壓套(類似于錨環功能)對稱地錨固于鋼質承載體上，其單根的連接強度大于200KN。各單元錨索的固定長度分別為L1、L2、L3，共同組成復合型錨索的錨固段，且L1=L2=L3=4m。為敘述及計算方便，命名對應錨固長度的單元為D1、D2、D3單元，其對應錨索長度為l1、l2、l3，且l1>l2>l3。詳見下圖所示：

注：為計算方便，上圖中L1和L3標注與設計圖紙標注位置相反，現場施工時需注意。

上圖中，自由段長度根據邊坡級數位置不同而有三種設計長度，分別為10m、15m和20m.

壓力分散型錨索與一般拉力分散型錨索不同之處在于，壓力分散型錨索由幾個單元組成，各單元間錨索長度及其自由段長度不同，致使各單元間因自由段長度不同而產生伸長量不同。因此，在進行整體分級張拉前，要先計算各單元間的差異伸長量和差異荷載增量，并先進行補足荷載張拉及預張拉。

二、不同長度自由段錨索差異荷載及伸長量計算

本次壓力分散型錨索框架類型，按自由段長度不同共分為三種，即自由段長10m、15m和20m。錨索設計荷載600KN，鎖定荷載550Kn。現分別列表計算三種錨索各單元的差異荷載及伸長量如下：

表中其他計算參數：每單元鋼絞線束n=2,單根鋼絞線最終荷載P=500*1.1/6KN=91666.7N;單根鋼絞線截面面積A=140mm2;鋼絞線彈性模量E=195000(Pa)。

表中各單元張拉端有效自由段長度計算詳見下表：

各種錨索各單元張拉端有效自由段長度計算表

千斤頂型號規格為YDC1500，其公稱張拉力1500KN,公稱油壓52MPa。

三、錨索張拉

壓力分散型錨索的張拉，因各單元間錨索自由段長度不同，張拉時要注意嚴格按設計次序分單元采用差異分步張拉，根據設計荷載和錨索自由段長度計算確定差異荷載，并根據計算的差異荷載分單元張拉。張拉采用“雙控法”，即采用設計張拉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的偏差應在±6%范圍內，否則應查明原因并采取措施后方可進行張拉。

在進行整體張拉前，取10%～20%的設計張拉荷載進行預張拉，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。張拉時一般按照40KN/min的速度進行。

壓力分散型錨索具體的張拉程序如下：

安裝千斤頂→0→△P1(首先單獨張拉D1單元2根鋼絞線，補足D1單元差異荷載△P1，計算D1單元錨索0-△P1的伸長值即△L1-2，并量取D1單元錨索實際伸長值進行雙控校核)→△P2(同時張拉D1、D2單元錨索，補足D1、D2單元差異荷載△P2，量取D2單元錨索伸長值△L2-3并與計算值校核，注意此時D1單元伸長值為：△L1-2+△L2-3)→25%P(正式整體張拉，量取D3單元伸長值并進行雙控校核)→50%P→75%P→100%P→110%P(雙控校核合格后，持荷10～20分鐘，然后及時進行鎖定)。

各單元錨索實際伸長值,等于分級張拉伸長值加相應的差異伸長值。

錨索的預應力在補足差異荷載后分5級(預張拉不計)按上述張拉程序進行施加，即按設計荷載的25%、50%、75%、100%、110%。除張拉最后一級荷載時持荷穩定10～20分鐘外，其余各級持荷穩定5分鐘；因錨索設計荷載為600KN,鎖定荷載660KN,即設計荷載的110%；因此，應在鎖定荷載級張拉持荷10～20分鐘后及時鎖定。錨索鎖定48小時內，若發現明顯的預應力損失現象，必須及時進行補充張拉。

四、施工工藝及注意事項

壓力分散型錨索張拉，在對第一、二單元進行差異分步張拉后，分五級進行，每級荷載分別為設計荷載的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，除最后一級需要穩定10～20分鐘外，其余每級需要穩定5分鐘，并分別記錄每一級鋼絞線的伸長量。在每一級的穩定時間里必須測讀錨頭位移三次。

(一)準備工作。1.注漿體、框架混凝土及錨斜托臺座的混凝土強度達到設計強度的80%以上后，方可進行錨索張拉。錨斜托臺座的承壓面應平整，并與錨索的軸線方向垂直；2.將錨墊板管內的混凝土清理干凈、消除鋼絞線上的銹蝕、泥漿。3.套上工作錨板，根據氣候干燥程度在錨板錐孔內抹上一層薄薄的黃油。4.錨板每個錐孔內裝上工作夾片。

(二)千斤頂的定位安裝。1.套上相應的限位板，根據鋼絞線直徑大小確定限位尺寸。2.裝上張拉千斤頂，并且與油泵相連接。錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中，千斤頂軸線與錨孔及錨索軸線在一條直線上，不得壓彎或偏折錨頭，確保承載均勻同軸，必要時用鋼質墊片調整以滿足要求。

(三)張拉。按張拉程序首先張拉第一單元差異荷載△P1、再張拉第一、二單元差異荷載△P2，然后再分5級進行整體張拉。1.向千斤頂張拉油缸慢慢送油，直至達到相應張拉級荷載設計值。張拉加荷、卸荷速率應平穩。張拉時,升荷速率每分鐘不宜超過設計預應力值的0.1;卸荷速率每分鐘不宜超過設計預應力值的0.2。2.測量預應力筋伸長量。按油表讀數及伸長量進行雙控檢驗張拉力及伸長量直至合格，并按設計要求達到穩定持荷時間。3.做好張拉詳細記錄。

(四)錨固。張拉至最后一級時，持荷約15分鐘后及時進行錨固鎖定。1.松開送油閥，張拉活塞在預應力筋回縮下回程若干毫米，工作夾片錨固好預應力筋。2.關閉送油閥，向回程油缸送油，活塞慢慢回程到底。卸荷速率每分鐘不宜超過設計預應力值的0.2。3.按順序拆除工具夾片、工具錨板、張拉千斤頂、限位板。

(五)封端。錨索鎖定48小時內，若發現明顯的預應力損失現象，必須及時進行補充張拉。1.在距工作夾片大于或等于100mm處，機械切除多余的預應力筋，嚴禁電割、氧割。2.最后用C25混凝土及時將錨頭按設計要求進行封錨。3.張拉時認真填寫張拉記錄,每孔錨索施工完成后,應向監理工程師提交必須的驗收資料。

五、總結

壓力分散型預應力錨索相較于傳統的拉力型錨索優勢突出，主要從六大角度來對優勢進行分析；其一、壓力分散型預應力錨索在進行邊坡防護施工中，錨索不會因為粘結效應而逐步弱化，粘結應力能夠均勻的分布在錨固上；其二、壓力分散型預應力錨索承載體的荷載力由根部向孔口方向減少，能夠發揮更好的加固效果，穩定定體錨固；其三、壓力分散型預應力錨索能夠通過漿體受壓來引起灌漿體的徑向擴張，由此提高錨索的摩阻強度，保證錨固力；其四、壓力分散型預應力錨索是采用的無粘結鋼線，由油脂層、水泥砂漿和熱擠PE護套組成的保護層，在使用中耐磨損，有較長的使用壽命；其五、與傳統的拉力型錨索區別的是壓力分散型預應力錨索在鎖體到位后，工藝簡單，一次性全空注漿；其六；錨固段長度相同的壓力分散型預應力錨索和傳統拉力型錨索相比，壓力分散型錨索抗拔力高于傳統拉力型錨索，能夠輕松解決松散、破碎巖土體的防固需求。

壓力分散型錨索在許多方面能取代傳統的巖體加固技術，在高邊坡防護領域有廣泛的運用范圍。