可回收錨索應用技術及其原理研究

張浩寧，劉朋，王屾宇

（沈陽工業(yè)大學建筑與土木工程學院，遼寧 沈陽110870）

1 引言

我國高層建筑和地下交通的建設日益增多，基坑變的越來越深，工程交換也越來越大，錨索中施加預應力成為巖土體加固手段的主要方法，在支護基坑工作中應用非常廣泛[1]。錨索中不施加預應力的應用受到一定的限制，無任何工藝錨索的卯頭和鋼制索體遺留于地下從而阻礙將來的地下空間應用和發(fā)展，與此同時也相當容易引起就近地下業(yè)主的紛爭。將錨索制成可回收型的應用很好的解決了上述大多數(shù)甚至全部問題。

時至今日，國內(nèi)國外有很多國家已經(jīng)開展了大量相關可回收錨索的研究和工作，也做了大量的試驗與研究。本篇文章分別對U型可回收錨索、熱熔式可回收錨索、機械式可回收錨索的原理、應用、優(yōu)缺點等方面進行了論述和探究，這是我們重點研究的課題，也是我們對未來錨索研究的展望。

2 可回收錨索類型及工作原理

2.1 U型可回收錨索

U型可回收錨索主要是由錨頭，錨索固定段和錨索自由端組成（如圖1）[2]。其原理是在工序中先使用無粘結預應力鋼絞線對主要部分進行折彎，在折彎的位置放置U型承載體，使其構成錨具纜，錨索各部分會按距離受力位置的遠近依次受力（鋼絞線至承載體至錨索支撐基礎部分）。該錨索可以通過鏈接U型承載體來增大承受壓力，且該種錨索回收效率比較快，但回收的時間比較長，鋼絞線幾乎不能再次使用，這也是需要不斷改進的地方，它是最早的可回收錨索形式，具有很強的創(chuàng)新性。

U型錨索在工程中有巨大應用，其可以通過一根鋼絞線依次穿過工程實體的上下端，形成兩根鋼絞線，再同時張拉兩根鋼絞線，可把拉力傳給土層，這樣會加大拉應力，將施工的難度系數(shù)和工程量降低，更容易取出錨索，相應的錨索也會受力（如圖2）。

圖1 U型可回收錨索

圖2 U型可回收錨索受力模型

2.2 熱熔可回收錨索

熱熔式可回收錨索歸屬為壓力分散型錨索。它的構造與普通錨索大體相同，包括自由段、張拉段和錨固段。鋼絞線以每索兩條的規(guī)格布置于承載板上，還需要依據(jù)錨固段處的土層以及錨索設計規(guī)格去計算所需要的承載板的個數(shù)[3]。熱熔式可回收錨索特性如下：

①錨索工作時，錨桿桿體插入到金屬夾片中心的螺紋通孔內(nèi)，襯套壓迫金屬夾片形成楔形結構，金屬夾片與襯套形成契合結構時，整個結構產(chǎn)生的壓力就更大，從而達到滿足預應力筋與夾片之間的良好錨固性能的要求；

②金屬錨環(huán)的外壁鑲嵌有電加熱環(huán)，這個電加熱裝置是整個結構的點睛之筆，通過此裝置金屬錨環(huán)傳熱后可以將襯套液化，以此來順利的完成將金屬夾片里面的的預應力鋼絞線抽出回收；

③錨孔的內(nèi)壁制作時應設計環(huán)槽，且保證讓襯套填滿環(huán)槽，在襯套被加熱液化時使金屬夾片有相當大的空間實現(xiàn)抽出脫離工序，進而確保從金屬夾片中順利抽出的預應力鋼絞線可以實現(xiàn)回收以及重復利用。

中國蘇州能工基礎責任有限公司研發(fā)的熱熔可回收錨索對熱熔技術進行了一定程度上的改良，這種可回收錨索熱熔錨桿的基本工作原理：錨具包括金屬錨環(huán)和附屬夾片，在金屬夾片的中部制作出貫通的螺紋孔洞用來導入預應力鋼絞線。插入孔洞的預應力鋼絞線一端被金屬夾片牢牢地夾緊，孔洞的內(nèi)表面與金屬夾片的外表面成為契合結構。金屬錨環(huán)的外壁裹安裝有加熱環(huán)（通電加熱方式），加熱環(huán)上連接有通往施加電壓的導線。預應力鋼絞線通入螺紋通孔內(nèi)部使得其被金屬夾片夾緊，需要時通過專用裝置給導線通電（安全電壓），電加熱環(huán)產(chǎn)生熱量使襯套從固態(tài)轉變成固液融合態(tài)或純液態(tài)，從而給鋼絞線“松綁”，鋼絞線得以回收（見圖3）。

圖3 熱熔可回收錨索改進措施

2.3 機械可回收錨索

日本JCE錨索是一種機械可回收錨索。它的主要構件包括承載體、外錨頭、固定臺座、鋼絞線、波紋PVC套管組成。由于錨索在一定的長度范圍內(nèi)有套管的保護，從而使得內(nèi)部接觸不到水泥砂漿。鋼絞線將所受到的作用力通過錨索內(nèi)部的承載體以摩擦力或者機械力傳送給周圍構件，再以壓應力的形式傳遞給錨固段，在其后通過錨固段漿體以剪應力的形式將力傳遞土層或巖層（見圖4）。

這類錨索的缺點主要體現(xiàn)在：當錨索受到作用力的情況下，在錨索的端部處固定一個錨具，即需要在鋼絞線外部處套上一根直徑更大的套管。當施工全部完成后，才可以將鋼絞線回收。倘若錨孔過長，其內(nèi)部鋼絞線柔度稍大，外拉回收粗體鋼絞線容易與施加預應力的工作鋼絞線相互纏繞，導致不能完全回收，未能完全解決回收率低的問題。

JCE式可回收錨索技術現(xiàn)已應用于深圳大部分地鐵站中，現(xiàn)通過眾多工程實例歸納出JCE錨索具有特性如下：

其一，效果優(yōu)良，施工簡易，JCE式錨索使用時需要用專用千斤頂回收預應力鋼絞線，減低了工人勞動量，方便回收，回收率相比普通錨索顯著提高；

其二，JCE回收式錨索承載體重量遠大于其他部分，為達到最佳使用效果，需要在施工傾角過大或有套管參與的情況下，才能將錨桿放入預先設置好的孔洞內(nèi)，且應注意孔洞清理問題。

圖4 機械式可回收錨索

3 結語

可回收錨索的工程應用雖然基本解決了由錨索引起的地下殘留物阻礙地下空間未來開發(fā)應用的問題，但多數(shù)可回收錨索仍存在回收不完全，承載體錨頭不可回收，金屬錨頭留置于地下等問題，依舊未能完全解決地下環(huán)境污染問題，還需要人們進一步通過科研和試驗研究出性能更全面的錨索。