無粘結壓力分散型錨索張拉工藝研究

翟興偉

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

一、概況

重慶蟠龍抽水蓄能電站泄洪排沙洞位于左岸山體內，主要起調節(jié)下水庫水量、放空和沖沙的作用，由導流隧洞改建而成。泄洪洞出口邊坡預應力錨索采用的是全長無粘結壓力分散型預應力錨索，每束錨索由8 根7Φ5 型（Dn=15.2）鋼絞線組成，鋼絞線采用1860MPa 高強低松弛無粘結預應力鋼絞線，設計張拉荷載1000kN，初擬鎖定值750KN。EL531.00m 和EL526.00m 各布置一排，間距5m，垂直于坡面布置，共16 束，每束長40m。

二、壓力分散型錨索張拉過程簡述

錨索張拉是預應力工程施工的關鍵工序，張拉前按照專業(yè)檢測機構出具的標定報告中明確的壓力讀數(shù)與千斤頂噸位關系曲線，計算出單索各級張拉力相對應的壓力表讀數(shù)；根據(jù)鋼絞線檢測的截面面積與彈性模量計算出單根鋼絞線的理論伸長值，錨索張拉控制以張拉力為主，輔以伸長值校核。泄洪洞出口邊坡預應力錨索結合現(xiàn)場實際情況，先后采用了“分組單根預緊→分組差異荷載補償張拉→整體分級張拉→鎖定”和“分組單根預緊→分組分級循環(huán)往復張拉→鎖定”兩種張拉方式進行張拉。

泄洪洞出口邊坡錨索整體張拉采用YCW400B-200 型液壓千斤頂配置ZB4-500 型電動油泵進行張拉；單根鋼絞線預緊采用YCQ25Q-200 型千斤頂配置ZB4-500 型電動油泵進行張拉。為確保差異荷載分組補償張拉時不因工具錨夾片卡固程度不同而造成錨索鋼絞線不同步受力，故在每次差異荷載施加時都將上一循環(huán)千斤頂活塞退回，并將安裝的夾片卸下，然后與本循環(huán)補償荷載工具夾片同時安裝，敲緊，從而保證了在每一次差異荷載張拉時各工具夾片緊固程度相同。

三、差異荷載補償張拉鎖定損失大的可能原因分析

1.鎖定前后錨索測力計受力機理不同。張拉時千斤頂工具夾片拉伸錨索鋼絞線，千斤頂活塞頂出而施壓至錨索測力計；鎖定時千斤頂退壓卸頂，工作夾片進入錨具錐孔鎖定，鋼絞線彈性回拉而引起測力計受力。

2.錨索鋼絞線受力后存在非彈性變形。計算錨索各組鋼絞線差異伸長量及差異荷載時將其視為完全彈性體考慮。也正因為鋼絞線非彈性變形的存在，錨索張拉時才以張拉力控制為準，伸長值校核為輔的張拉控制方式（伸長值在+10%或-5%范圍內均屬正常）。

3.壓力分散型錨索各單元鋼絞線的長度差異為均等的2m，而這2m 的差異量所產(chǎn)生的變形量很小，按照750KN 計算時，僅為7.0mm，差異荷載補償張拉前僅進行了20%的預緊荷載，補償張拉后按照25%→50%→75%→100%→105%進行整體張拉，同時由于整體張拉時工具錨夾片的卡固，將產(chǎn)生100mm 級的等位移變形量，故差異荷載補償張拉在理論上的受力平衡很容易被整體張拉時鋼絞線等位移變形后產(chǎn)生的應力不均所打破。

4.推算鋼絞線差異荷載時，采用的計算長度未能準確考慮預緊后張拉千斤頂活塞的頂出長度或鋼絞線在預緊階段所產(chǎn)生的變形量。

5.張拉設備、壓力表、測力計存在一定系統(tǒng)誤差，且壓力表——千斤頂張拉噸位校準時的相關性系數(shù)亦存在一定的不確定度，在上述系統(tǒng)誤差的疊加影響下，將會出現(xiàn)必然的錯誤而引起錨索張拉力宏觀上的不穩(wěn)定性。

四、建議張拉施工工藝

根據(jù)蟠龍電站泄洪洞出口邊坡錨索張拉時測力計的數(shù)據(jù)研究分析：錨索整體張拉時，張拉工藝自身存在的偶然誤差將積累放大，導致最終鎖定值低于設計鎖定力；在單根循環(huán)往復張拉時，不用通過差異荷載的補償而使鋼絞線達到受力平衡，故上述差異荷載張拉時可能存在的偶然誤差將相互抵消、調和，實際受力效果較好，但該張拉施工工藝繁瑣，需要反復的加卸載，以1000KN 全長無粘結壓力分散型預應力錨索，每束錨索由8 根7Φ5 型（Dn=15.2）鋼絞線編束為例，當采取五級張拉工藝時，需要張拉油泵加卸載達40 次，對夾片的磨損和鋼絞線的刮傷咬傷，以及張拉次數(shù)多引起的“壓力表—千斤頂油泵”率定誤差也是不容忽視的問題。建議張拉程序“整體張拉0.25P →0.5P →0.75P →分組單根循環(huán)張拉至1.0P →分組單根循環(huán)張拉至1.05P →鎖定”與規(guī)范規(guī)定的壓力分散型錨索“分組單根預緊→分組差異荷載補償張拉→整體分級張拉→鎖定”張拉程序相類似，不同之處僅在于差異荷載補償張拉的時機，規(guī)范規(guī)定的張拉程序中差異荷載張拉在20%P 預緊后即進行，且差異荷載是根據(jù)預緊后剩余80%P 按照胡克定律計算的差異伸長量來反算的；建議張拉施工工藝是在75%P 的基礎上進行差異荷載補償張拉，即先完成大部分的張拉受力，再進行張拉受力不均勻的微調。同時建議張拉程序中張拉力不均的微調是以P/8 張拉力控制來進行單根張拉的，計算過程無關變形伸長量（伸長值僅作為錨索張拉質量的雙控校核），故該建議張拉程序能夠較好地解決壓力分散型錨索張拉后受力不均的難題，同時該方式比單根循環(huán)往復張拉工效高，對鋼絞線、夾片的損傷小。

五、仍需進一步研究的問題

錨索鎖定值一般為設計張拉力的75%～85%，設計張拉力是錨索使用期間設計人員計算復核錨索功能性的最大承受力，在邊坡開挖、爆破振動或其它外界因素影響后，邊坡巖體應力重分布，巖體發(fā)生變形而引起錨索受力的變化，從而使得帶有測力計的錨索能夠為邊坡的施工期和運行期提供安全預警監(jiān)測。總之，錨索是一個動態(tài)受力的過程。但是由于各單元錨索鋼絞線最終鎖定在一個工作錨具上，在邊坡發(fā)生變位時，整束鋼絞線的變形是等位移的，在各單元錨索鋼絞線長度不等，變形量相等的情況下，又將引起應變不均，在鋼絞線彈性模量不變的情況下，錨索應力的變化將是不等的，故錨索每根鋼絞線應力將隨之發(fā)生變化。綜上，壓力分散型錨索長期使用期間鋼絞線受力不均勻系數(shù)的變化仍是值得研究的課題。