懸索橋巖錨錨索張拉預應力損失分析

譚青林

（核工業西南勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

錨碇系統要承受主纜傳遞下來的外部荷載，所以它與一般加固體系有明顯差異。，要保證長期有效的預應力以達到錨固主纜索力的要求，巖錨錨碇系統宜采用壓力分散型錨索，壓力型錨索中的錨索是全長無粘結的，預應力通過鋼絞線傳遞給承壓板，承壓板再以均布荷載的形式擠壓注漿體，注漿體上的壓力再通過注漿體與巖體之間的粘結力傳遞給巖體。所謂分散型錨索，是通過設置不同的錨固單元，在不同的深度設置錨固體，分散型錨索的好處在于增加錨固段的數量，有效的利用錨固力，達到更好的加固效果。所以分析錨碇系統預應力損失的規律及成因至關重要。

1 工程概況及錨索布置情況

以云南某懸索橋為工程實例，橋梁主跨跨徑208 米，吊桿中心間距為6.0 米，上部結構主梁采用鋼桁加勁梁，兩側錨碇系統均采用巖錨錨碇系統，巖錨附近巖性主要表現為弱風化變質玄武巖，巖體完整性好，巖體級別為III 類。

因為兩側錨碇系統的巖體情況基本一致，且主纜纜力也基本相同，所以錨索的布置情況，錨固深度也基本一致，擬抽取其中一側錨碇系統為研究對象，探索巖錨錨碇系統中預應力的損失情況及變化規律，為以后類似工程的設計提供參考。本次研究采用兩種檢測工具，分別通過應變計對巖錨錨碇系統錨拉板的應力監測及通過索力環對預應力錨固力（索力）的監測，單側巖錨系統共2 塊錨拉板，錨拉板厚度1.8m，1 個錨拉板上布置19 根錨索，在其中均勻抽取其中3 根錨索進行索力監測，在錨拉板四周及中間布置應變計進行應力監控。

由于巖層具有差異性及不確定性，在批量張拉巖錨錨碇系統錨索前，應布置實驗孔，進行實驗張拉，以確定其張拉的參數，同時在進行實驗孔張拉時做好應力、索力的監測，以此來判斷錨索預應力張拉的損失情況及錨拉板的應力情況，為后續批量張拉提供可靠的實驗數據及客觀規律。

通過對錨索實驗孔的張拉數據進行分析，可以得出，在設計張拉荷載作用下，錨拉板的應力水平未達到材料強度，通過觀測，未發現錨拉板出現裂縫、移位等情況，由此證明，錨拉板能承受設計張拉力的要求。除此之外，對錨索實驗孔錨索索力進行1 個月的監測，通過索力變化規律可以得出，錨索在張拉完前7 天損失較為嚴重，約達到設計張拉力的20%，7 天之后，索力趨于穩定，達到平衡。因此，在批量后續張拉時，在原設計初始張拉力的基礎之上，建議預先提高20%的張拉力，以滿足后期預應力的損失。為后續批量張拉提供可靠的實驗數據及損失規律，但在實際張拉過程中，由于某些原因，并未采納預先提前超張拉20%為初設張拉力的建議，為了安全起見，在批量張拉時，同樣對錨索索力進行檢測，每個錨拉板抽取3 個錨索進行。下面數據為其中1 個錨拉板上錨索張拉情況和預應力損失的情況。

2 預應力損失情況

圖1 為其中1 個錨碇系統錨索張拉索力及應變計的監測情況，通過監測的數據繪制圖表，以分析批量張拉的預應力損失情況。通過監測，預應力損失通實驗孔基本一致，建議進行補償張拉，以滿足有效預應力的要求。

圖1 第一次張拉錨索張拉損失情況

圖2 補償張拉后錨索張拉損失情況

通過以上張拉情況，可以得出預應力損失的基本規律及結論如下：

（1）在批量張拉時，未采用體現預先超張拉20%的建議，損失后的預應力值未達到設計有效錨固力的要求，所以后期進行補償張拉的措施，在進行補償張拉后，預應力損失后的錨固力滿足設計要求。

（2）在批量張拉時，可以發現在整個監測過程中撤去千斤頂的瞬間，預應力損失率最大，其中最大值為20.6%，最小值為13.3%。在撤去千斤頂后的其中7 天內，各個錨索索力均有不同幅度的波動，但隨時間的推移，各個錨索的索力逐漸趨于穩定，7 天之后預應力損失其中最大值為24.1%，最小值為13.3%。

（3）在進行補償張拉后，同樣存在撤去千斤頂的瞬間損失最大，在撤去千斤頂時預應力損失率的最大值為20.9%，最小值為10.6%。在7 天之后的監測中，基本與之前監測一致，索力基本不會發生大的波動，且隨時間的推移，各個錨索索力日趨穩定。在1 個月以后，索力的變化非常小，可忽略不計，可視為已穩定。

（4）通過對以上第一次張拉及補償張拉索力監測情況可以看出，在第一次張拉時，預應力損失率相對較大，在此基礎上進行補償張拉后，預應力損失略小。

通過對以上懸索橋巖錨錨碇系統錨索索力及錨拉板應力監測情況，進行分析，探尋損失損失的基本規律。錨索預應力損失一般具有大的階段，分布是短期損失及長期損失。短期損失主要集中在錨具夾片鎖定的一瞬間，在這一瞬間錨具回縮，產生一定的位移，以致錨索索力損失驟增。長期損失包含了諸多原因，最為常見的有鋼絞線的松弛、巖體的蠕變等。損失的原因有多種，但是損失的基本規律是一致的，通過對該工程進行長期的監測，可以發現損失都有索力驟降、索力上下浮動、索力穩定這三個階段。

（1）索力驟降階段

在錨索預應力張拉完成后，撤去千斤頂的一瞬間，錨索的索力馬上驟降。通過分析研究，產生這一驟降的原因，主要是因為錨具回縮、錨具摩擦力、孔道摩擦力、巖體受力后變為密實等原因，通過以為研究表明，巖體巖性越好，這個驟降的時間就越短。

（2）索力上下浮動階段

索力上下浮動階段無法避免，且對我們工程無安全威脅，主要原因在于錨索張拉后改變巖體本身的力學情況，在新的錨索索力作用下，需達到一個新的平衡，達到新的平衡需要一定的時間，除此之外，錨索與主纜相連接，主纜及其相關工序施工時，都會對索力產生一定的影響及波動。

（3）索力穩定階段

通過驟降及浮動階段以后，周圍巖體基本平衡，錨索索力也基本穩定，預應力損失日趨減少，在此階段，索力主要受周圍環境溫度的影響，混凝土收縮徐變，起橋梁活荷載變化等影響。

3 結論及建議

（1）為了使錨索索力能夠滿足設計的要求，應考慮預應力損失的情況，可以采用補償張拉、超張拉及分析張拉來提高預應力損失后的錨固力。

（2）通過以上工程實例的監測可以看出，錨索預應力損失主要集中在撤去千斤頂的一瞬間，若通過計算錨索能承受超張拉的荷載，可優化施工方案，采用一次超張拉20%的措施進行張拉作業。

（3）錨索索力在撤去千斤頂一瞬間損失較大，后期出現浮動，但終究穩定，由此可見，巖錨錨碇系統可用于類似規模懸索橋的永久錨碇。