高速公路边坡防护中压力分散型锚索施工探讨

裴秀安

1 概述

压力分散型锚索是利用安装在无粘结钢绞线末端上的承压板，将锚索张拉荷载转化成对注浆体的压力，会引起注浆体与岩体孔壁间的剪应力，从而达到锚固效果。压力分散型锚索的施工顺序为:施工准备、测量放样→锚孔钻孔、清孔→锚索编制→锚索安放、注浆→框架梁施工→锚索张拉→锚孔封锚。其中最重要的一个环节就是锚索的张拉，锚索的张拉工序可分为差异荷载增量、理论伸长量的计算及现场的张拉。

2 差异荷载增量、差异伸长量和理论伸长量的计算

2.1 计算简介

压力分散型预应力锚索，每孔锚索由三单元共六束钢绞线组成，钢绞线采用直径15.24 mm、强度1 860 MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线。每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成。

钢绞线通过特制的挤压簧(类似于夹片功能)和挤压套(类似于锚环功能)对称地锚固于钢质承载体上，其单根的连接强度大于200 kN。各单元锚索的固定长度分别为L1，L2，L3，共同组成复合型锚索的锚固段，且L1=L2=L3=5 m。为叙述及计算方便，命名对应锚固长度的单元为D1，D2，D3单元，其对应锚索长度为l1，l2，l3，且l1＞l2＞l3，见图1。

压力分散型锚索与一般拉力分散型锚索不同之处在于，压力分散型锚索由几个单元组成，各单元间锚索长度及其自由段长度不同，致使各单元间因自由段长度不同而产生伸长量不同。因此，在进行整体分级张拉前，要先计算各单元间的差异伸长量和差异荷载增量，并先进行补足荷载张拉及预张拉。

2.2 计算公式

因压力分散型锚索各单元长度长短不一，故必须先计算相邻两单元之间的差异伸长量和差异荷载增量。对于三单元共六束压力分散型锚索，其计算公式如下:

其中，L1，L2，L3分别为第一，二，三单元锚索的自由段长度，且L1＞L2＞L3;ΔL1，ΔL2，ΔL3均为在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的伸长量;ΔL1－2，ΔL2－3均为对应单元在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的差异伸长量;σ为在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的钢绞线束应力;P为在给定最终张拉荷载作用下的单根钢绞线束荷载;A为单根钢绞线束的截面面积，取A= 140 mm2;E为钢绞线的弹性模量，E=1.95×105MPa=195 000 Pa; ΔP1，ΔP2分别为进行分步补偿差异张拉的第一，二级张拉荷载增量;各单元锚索张拉时的实际总伸长值等于初应力以下的补偿张拉伸长量加上从初应力至最大张拉力间的伸长量，即:

2.3 举例计算

汕昆高速贵州境板坝至江底段高速公路T22合同段K118+250～K118+390右侧边坡为六级边坡，边坡的防护措施为:坡脚设置挡土墙，六级边坡全为锚索框架防护。其中第一级锚索锚固段最长15 m，自由段最短10 m;第二，三，四级锚索锚固段最长15 m，自由段最短20 m;第五，六级锚索锚固段最长15 m，自由段最短15 m。

本文以第一级边坡为例，按自由段长度不同共分为三种，即自由段长10 m，15 m和20 m。锚索设计荷载500 kN，锁定荷载550 kN。表1，表2为三种锚索各单元的差异荷载及伸长量与张拉端有效自由段长度计算表。

3 锚索张拉

压力分散型锚索的张拉，因各单元间锚索自由段长度不同，张拉时要注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚索自由段长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载分单元张拉。

张拉采用“双控法”，即采用设计张拉力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，实际伸长量与理论值的偏差应在±6%范围内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉。

表1 锚索差异荷载及差异伸长量计算表

表2 锚索各单元张拉端有效自由段长度计算表

千斤顶、油表等张拉设备必须采用专用设备，并送相应资质的计量单位进行标定，并在标定有效期内使用。

本项目前期使用张拉千斤顶及油表已经过贵州省计量测试院标定，千斤顶型号为YDC1500，出厂编号为31558-29;已标定的两油表及校准方程分别为:091020油表，Y=32.2X+12.7;973928.4油表，Y=31.9X－3.6，其中，Y为张拉力，kN;X为油表读数，MPa。在施工过程中，是采用读油表读数X来检验张拉力是否达到张拉要求，即，对应油表编号换算成:

在进行整体张拉前，取10%～20%的设计张拉荷载进行预张拉，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。张拉时一般按照40 kN/min的速度进行。

压力分散型锚索具体的张拉程序如下:

安装千斤顶→0→ΔP1(首先单独张拉D1单元2根钢绞线，补足D1单元差异荷载ΔP1，计算D1单元锚索0－ΔP1的伸长值ΔL1－2，并量取D1单元锚索实际伸长值进行双控校核)→ΔP2(同时张拉D1，D2单元锚索，补足D1，D2单元差异荷载ΔP2，量取D2单元锚索伸长值ΔL2－3并与计算值校核，注意此时D1单元伸长值为:ΔL1－2+ΔL2－3)→25%P(正式整体张拉，量取D3单元伸长值并进行双控校核)→50%P→75%P→100%P→110%P(双控校核合格后，持荷10 min～20 min，然后及时进行锁定)。

各单元锚索实际伸长值，等于分级张拉伸长值加相应的差异伸长值。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级(预张拉不计)，按上述张拉程序进行施加，即按设计荷载的25%，50%，75%，100%，110%。除张拉最后一级荷载时持荷稳定10 min～20 min外，其余各级持荷稳定5 min;因锚索设计荷载为500 kN，锁定荷载550 kN，即设计荷载的110%，因此，应在锁定荷载级张拉持荷10 min～20 min后及时锁定。锚索锁定48 h内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补充张拉。

4 结语

目前，压力分散型锚索在高速公路中已占据相当大的市场，在边坡防护中有着重要的作用。而锚索的张拉工作对整个锚索施工具有特别重要的意义，特别是对边坡的锚固性能起着至关重要的作用。因此，在现场施工时，要做好理论计算(尤其是差异荷载增量的计算)，同时张拉必须严格按照规定的程序和一定的速度进行，保证锚索的质量能满足设计要求。

［1］ JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］ DL/T 5083-2004，水电水利工程预应力锚索施工规范［S］.