谈高边坡预应力锚索框架梁防护张拉施工

冯建通

1 概述

临汾—吉县高速公路ZK192+960.2～ZK193+348.6段左侧二级以上边坡防护为框架梁预应力锚索，框架梁为“井”字形设计，纵横交点处设置锚索。锚索结构类型为压力分散型，采用φ15.24无粘结钢绞线。3级坡为8束长30 m锚索，258根，共长7 740 m，单根锚索设计荷载930 kN。现以8束长30 m锚索为例来说明其计算与张拉施工方法。

2 预应力锚索张拉钢绞线理论伸长量及差异荷载的计算

压力分散型锚索由于束体被分成几个不同的单元固定在孔内不同深度处，不同承载体上的钢绞线长度不同，整体张拉，难以实施，宜采用分步差异张拉的方法进行施工。其原理为，先计算出每个单元钢绞线应补偿的伸长值将其分配到每一级的张拉中。每级加荷时，先进行补偿张拉，补偿张拉到位后与下一单元一起张拉补偿，按最长钢绞线的单元逐级向最短钢绞线单元逐级张拉，一级一级补偿，一级一级整体张拉，直到达到最终荷载。

本工程中将8束无粘结钢绞线分为三个张拉单元，1，2单元3根，3单元2根，三个单元锚索长度分别为30 m，27 m，24 m。每根锚索设计荷载为930 kN，按照平均分配法进行计算，则每束钢绞线设计荷载为930/8=116.25 kN。根据设计要求及有关的锚索施工规范，由于各单元钢绞线长度不同，张拉产生的伸长量各异，因此在不同单元张拉时应施加不同预应力，也即根据荷载的不同分步实施张拉。在施工中，先对第一单元的3束钢绞线实施差异张拉，再对1，2单元共6束钢绞线实施第二步差异张拉，最后再实施1，2，3三个单元8束钢绞线张拉。

首先根据锚索中各单元钢绞线的设计长度，分别计算不同长度的钢绞线的理论伸长量和相邻单元的差异伸长量与差异荷载。现将锚索各单元张拉参数的计算罗列如下:

ΔL1=(P×L1)/(A×E)=116 250×30 000/(1.95×105×140)=128 mm;

ΔL2=(P×L2)/(A×E)=116 250×27 000/(1.95×105×140)=115 mm;

ΔL3=(P×L3)/(A×E)=116 250×24 000/(1.95×105×140)=102 mm;

ΔL1－2=ΔL1－ΔL2=128－115=13 mm;

ΔL2－3=ΔL2－ΔL3=115－102=13 mm。

差异荷载:ΔP1=EA(ΔL1－2/L1)×2=1.95×105×140×(13/30 000)×2=23 660 N=23.66 kN。

ΔP2=[EA(ΔL2－3/L2)+EA(ΔL2－3/L1)］×2=[1.95 ×105×140×(13/27 000)+1.95×105×140×(13/30 000)］×2=49 949 N=49.949 kN。

其中，ΔL1，ΔL2，ΔL3分别为 1，2，3 张拉单元钢绞线的理论伸长量;ΔL1－2为 1，2 张拉单元的差异伸长量;ΔL2－3为 2，3 张拉单元的差异伸长量;P为预应力钢绞线的平均张拉力，取单根设计荷载116.25 kN;L为预应力钢绞线的长度，mm;E为预应力钢绞线的弹性模量，取1.95×105MPa;A为预应力钢绞线的截面积，取140 mm2;ΔP1，ΔP2分别为 1，2 单元，2，3 单元的差异荷载。

3 预应力锚索张拉前的准备

1)检查锚垫板与斜托的衔接，使之密贴牢固，均匀受力。检查其斜面，确保与锚索轴线方向垂直。

2)检查锚索各束钢绞线，保证不同单元的钢绞线标识清楚，分类明确。

3)张拉设备的千斤顶、油泵仪表经相应的机构进行标定，确保其计量准确，正常运行。本次8束锚索张拉使用2 000 kN的千斤顶，压力表编号浙03820348，高压油泵为柳州欧维姆ZB4-500型，已经标定。校准方程为Y=0.034 8X－0.189 5，张拉数据见表1。

4)张拉作业平台搭设要符合作业要求，安全稳固，便于张拉施工操作，确保千斤顶轴线位置易于与锚索轴线重合，不压拉锚索。

表1 8束长30 m锚索张拉数据表

4 锚索分步差异张拉

锚索的张拉在孔道注浆强度达到设计强度的75%以上，框架梁混凝土强度达到设计的80%后进行。正式张拉前，必须对锚索进行预紧张拉(每根锚索的8束钢绞线同时张拉)，张拉力为设计值的10%。预紧张拉的目的是使锚索体完全平直，各个部位紧密接触，预张拉一般进行1次～2次后放张，然后再开始正式张拉。张拉施工采用“双控法”，以控制油表读数为准，用伸长量进行校核。

8束锚索的张拉分三个张拉单元，分三步进行张拉。先张拉L1单元，由0加载至ΔP1即23.66 kN，伸长量由0至ΔL1－2(13 mm);在不放松L1单元的情况下，把工作锚具夹片装在L2单元上与L1单元一起张拉，张拉加载至ΔP2即49.949 kN，伸长量为ΔL2－3(13 mm);然后将L1，L2，L3三个单元8束钢绞线一起分5级(即设计荷载的25%，50%，75%，100%，110%)进行张拉。每级荷载张拉后，稳定观测时间不小于10 min，并保持张拉时间25 min～30 min。第5级张拉完成后，如果拉力没有明显衰减现象，方可进行锁定。8束长30 m锚索张拉数据见表1。

张拉完成后，检查锚具与垫板是否密贴，如有空隙采用补浆的方法进行填充，确保牢固、不留空隙。锚索外露的工作端钢绞线要用切割机切除，切除后钢绞线外露长度不小于5 cm，即时按设计要求封锚。

5 张拉注意事项

1)张拉过程中当实测位移(伸长量)值大于计算伸长量的10%或小于5%时，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。

2)张拉时，加荷速率每分钟不宜超过设计应力的1/10，卸荷速率不宜超过设计应力的1/5。

3)当张拉预应力损失超过设计张拉力的10%时，要进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉到超张拉荷载。

4)施工过程中必须做好相应的观测时间、位移、加载过程等记录，对张拉的过程和结果进行整理，对施工过程中出现的问题进行总结和分析，以图不断改进施工作业水平。

[1]吴国华.压力分散型锚索的施工工艺及质量控制[M］.北京:人民交通出版社，2008.

[2]阎莫明.岩土锚固技术手册[M］.北京:人民交通出版社，2010.