边坡加固中锚索框架的应用与锚索预应力损失★

杨玉玲

1 概述

边坡治理是一项技术复杂、施工困难的灾害防治工程。近年来，随着基础建设事业的高速发展，以及大型重点工程项目的日益增多，边坡治理越来越突出。而锚索框架结构是边坡处治技术的一种，它的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在锚索提供的锚固力作用下处于稳定状态。锚索框架支护技术具有布置灵活、格构形式多样、调整截面方便、与坡面密贴、可随坡就势等显著优点，能够解决边坡的深层加固问题，已越来越多的应用于高边坡处治中。

2 框架形式

在锚索框架结构中框架材料一般有浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力钢筋混凝土;常用形式有方形、棱形、人字形、弧形。锚固材料为预应力锚索。

2.1 浆砌块石框架

浆砌块石框架锚固采用方形、棱形、人字形或弧形的浆砌块石框架并且使用锚杆固定，起到固定坡体表层的作用。这种锚固体系适用于整体稳定性好、前缘坡度较小的边坡。

2.2 现浇钢筋混凝土框架

采用现浇钢筋混凝土框架梁护坡时，锚索穿过滑动面来阻滑。其特点是框架布置灵活，与坡面密贴，能较好的适应地形变化，与浆砌块石框架相比整体刚度有很大提高。框架的一般布置形式有方形、棱形、人字形和弧形等形式。框格内可挂网、植草或喷射混凝土进行坡面防护，也可以采用现浇混凝土板进行加固。框架结点处用预应力锚索固定，此时，现浇钢筋混凝土框架不仅能起到护坡的作用，同时还起到墩锚的作用。这种支护技术适用于整体稳定性差，尤其是受削坡条件限制的边坡工程。

2.3 预制预应力钢筋混凝土框架

预制预应力钢筋混凝土框架锚固是指预制的预应力钢筋混凝土框架与预应力锚索组合结构。张拉锚索产生的锚固力由预应力钢筋混凝土框架传递给坡面，使坡面处于稳定状态。框架形式一般有十字形、半正方形、正方形和一字形。

3 锚索预应力损失

对于预应力锚索，预应力值的长期稳定性是锚固工程永久性与安全性的重要前提，在实际应用中，由于预应力锚索长期处于受荷状态，锚索会因松弛而导致预应力的损失。所谓松弛损失就是指预应力结构中，在钢绞线长度不变的情况下，内部应力随着时间增长而减小的现象。影响锚索预应力损失的因素主要有以下几点。

3.1 锚索材料的影响

试验表明:长期受荷的钢材预应力松弛损失量通常为5%～10%，在相同的应力作用下，受荷100 h和1 000 h的松弛损失量分别约为受荷1 h所造成的2倍、2.5倍。

3.2 张拉荷载的影响

试验表明:钢材的应力松弛值与张拉荷载大小也有一定的关系，当施加的应力超过钢材强度的50%时，应力松弛会显著增加。

3.3 岩体蠕变的影响

由于岩体的不连续性和各向异性，受荷区的单元在应力作用下将产生塑性压缩或相对变位，这些变形随时间而变化，即为岩体蠕变。对锚索结构而言，蠕变主要发生在应力集中区。岩体在受压情况下变密实，锚索预应力因此而损失。但预应力降低的速率随时间的增加而减缓，最终达到平衡。岩石越坚硬，蠕变越小，预应力损失值越小;对松散破碎岩石或软弱岩石，因岩体在应力作用下产生的变形较大，由岩体蠕变而引起的预应力损失值较大。

3.4 锚头夹具的影响

在锚具夹片回缩的影响下，钢绞线回缩引起的预应力损失值可根据下式求出:

其中，Ns为预应力损失值;ΔL为锚具、夹片的变形回缩值;L为自由段的有效长度;Ey为钢绞线的弹性模量;A为钢绞线的截面积。

3.5 张拉系统的影响

锚索张拉系统包括油泵、油表、油管和千斤顶等部分。相应的预应力损失参数一般厂家未给出，但有关文献指出张拉系统的摩阻损失为2%～4%，即油表反映的张拉力比千斤顶底部钢绞线的受力要大，一般张拉均以油表读数为基础，故应考虑张拉系统引起的预应力损失。

3.6 混凝土的收缩及蠕变的影响

充当锚索锚头的锚墩体通常为抗滑桩和框架梁等混凝土构筑物，这些构筑物本身具有收缩和蠕变的性质，受到大吨位的压力后会产生一定量的压缩变形进而引起预应力损失。

3.7 爆破与地震等冲击力或振动的影响

爆破与地震等发生的冲击振动引起的预应力损失量比长期静荷载作用引起的预应力损失量要大得多，冲击振动作用不仅使预应力产生损失，而且还会使锚固段的锚固力发生变化，尤其对破碎松散岩体会产生较大的影响。

3.8 张拉顺序的影响

同一结构物上有多孔锚索时，理论上最合理的是同步张拉，但由于设备受限，实际上通常是一台设备依次张拉。如此一来，当张拉后面的锚索时，由于压应力增大，受荷区进一步压缩变形，此前张拉的锚索预应力就会损失一部分。

3.9 降雨及温度变化的影响

降雨量及降雨历时对锚固力的影响集中反映在岩体裂隙较为发育、渗透系数较大的部位。降雨的影响主要表现为锚固应力的增加，且具有时间滞后效应。但随着裂隙水的消散，增加的锚固应力也会消散。温度的变化使索体发生变化，而导致预应力的变化。影响锚索预应力损失的因素众多且极为复杂，通过优化设计并加强施工中的控制，能有效地减少预应力损失，达到较好的加固效果。

4 结语

根据锚索框架的特点和作用，锚索框架加固技术特别适用于坡度较陡、坡体岩石均匀且较坚硬的公路边坡或公路滑坡。对于不同稳定性的边坡应采用不同的框架形式和锚固形式的组合进行加固或坡面防护。此外，预应力锚索有一定的适用条件，使用过程中预应力损失的原因是复杂的，为了避免和减少预应力的损失，在实际工程中，应强调锚索材料的优选，注重岩体条件的选择，设计时应避免张拉力过大，施工时采用超张拉、同步张拉，定期监测补位，选择适宜的时间对锚索超张拉或补偿张拉，避免爆破和大的振动。

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