桩锚支护中预应力锚杆锁定力损失分析及改进

梁志全

摘 要：本文尝试分析了桩锚支护中锚杆张拉和锁定时预应力损失，并就预应力损失的原因进行了总结，并提出了预应力损失的改进措施，以供大家参考。

关键词：锚杆支护；预应力损失；张拉；锁定

随着城市化进程的加快，建筑项目建设数量不断增多，大型项目也越来越多，因此经常出现深大基坑，而桩锚支护作为一种常见的基坑支护方式。在完成预应力锚杆施工以后，按照锚杆设计计算的数值进行张拉和锁定。然而，在锚杆的张拉力和锁定过程中，不可避免出现预应力损失，其中锁定后的损失更加明显，经常达不到设计锁定值的要求。这严重影响到基坑项目的建设进度和施工安全，因此引起了人们的广泛关注。。

1 锚杆张拉和锁定预应力损失分析

1.1 锚杆张拉时预应力损失

锚杆张拉时的预应力损失表现为锚杆测力计的输出值小于油压千斤顶显示的压力，如表1为某基坑支护工程3根锚杆各级荷载测力计输出值和千斤顶压力值的对比。通过表1看出，每级荷载下，测力计值均小于千斤顶压力值。

表1锚杆张拉时预应力损失（kN）

1.2 锚杆锁定时预应力损失

达到锁定值后，千斤顶卸载后预应力有显著的损失，即锁定荷载不足，达不到设计要求，通过下表看出，最大损失值为213kN，最大损失比例高达41.1%。最大小损失值为168kN，最小损失比例36.8%（表2）。

表2

以上两种预应力损失的现象非常普遍，往往被人们忽视，其结果是锁定荷载不足，预应力锚杆没有充分发挥其作用，导致基坑上部变形较大，影响基坑及周边建筑物的安全。

2 锚杆张拉及锁定工艺

在基坑支护中一般采用YM系列的自锁锚具，其张拉锁定工艺见图1，其加力装置采用穿心千斤顶，用高压油泵对锚杆施加拉力，当油泵加压后，千斤顶活塞顶向工具锚和夹片1，另一端顶向限位板，压力通过限位板传递给工作锚。随着张拉千斤顶油缸的运动，工具锚和夹片1夹紧钢绞线向张拉方向运动，同时工作锚中的夹片2也随钢绞线向后移动，当工作夹片2移动到限位板的限位工作面挡住不再继续走了。此时工作夹片2运动的距离应当是锚具的设计限位尺寸。达到张拉设计吨位，保持一定时间回顶时，夹片2在弹性圈的弹力所产生的与钢绞线的摩擦力的作用下，随钢绞线一起向前运动到锚环的锥孔中，在锥形所产生的正压力下，夹片牙齿嵌入钢绞线中，锚固。

图1张拉锁定工艺示意图

3 锚杆张拉和锁定时预应力损失原因分析及改进方法

实践经验表明，影响预应力损失的因素较多，主要与既有材料性能、锚具、张拉设备有关，引起的损失也与张拉环节细节处理、工人操作水平等有关。

3.1 锚杆材料对预应力损失的影响

由于锚杆在巨大的初始应力作用下会发生变形从而产生松弛损失。松弛损失的大小与张拉应力有关，张拉应力越大，松弛损失就越大。松弛损失在张拉后初期几分种内发展最快。

改进方法：选择低松弛高强度钢绞线，把钢绞线超张拉并相应持荷一段时间，则可使钢绞线的松弛损失大大减少。

3.2 锚具产生的预应力损失

锚头夹具产生的预应力损失目前国内生产的各系列锚具都存在夹片回缩问题，依据厂家资料及产品说明， 其中QM、OVM、YM型锚具钢绞线的回缩量均为6mm。因此钢绞线回缩产生的预应力损失可由下式求得：

Ns=A·ΔL·Ey/L

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

改进方法：这部分损失是无法避免的，通过超张拉，二次补张拉，弥补该部分预应力损失。

3.3 张拉系统引起的预应力损失

锚杆张拉系统包括油泵、油表、油管和千斤顶等部分。张拉系统的摩阻损失为2%～4%，也就是说油表所反映的张拉力，比千斤顶底部钢绞线的受力要大2%～4%。

改进方法：张拉前对张拉设备进行标定，通过超张拉，弥补预应力损失。

3.4 张拉操作环节引起的预应力损失

（1）张拉千斤顶与锚具不同心或限位板与工作锚不同心。当其不同心时会造成张拉时一边的夹片会刮伤钢绞线，而刮掉的铁屑会充满夹片的牙齿缝隙。

（2）限位板磨损。随着使用次数的增多，在相当大的压力下，限位板的支撑部分会被压下去，造成限位尺寸的变小。张拉钢铰线向后移动时，夹片内孔打不开，小于钢铰线的直径，因夹片硬度高于钢铰线，当千斤顶带着钢铰线强行向后移动时夹片会刮伤钢铰线外表，造成钢铰线直径变小，夹片牙齿间充满铁屑，无法充分夹紧钢绞线，导致预应力损失。

（3）张拉时夹片牙齿中有黄油、砂子；使用时夹片牙齿中有砂子或其它杂质，杂质充填在夹片牙齿的间隙里，当回顶时，夹片无法嵌放钢铰线而导致预应力损失。

（4）钢铰线上有铁锈。钢铰线有铁锈同样会塞满夹片的牙齿缝隙而导致预应力损失。

（5）安装工作夹片时不要弹性圈。安装工作锚时，有时在夹片上的弹性圈（耐油“0”形圈或钢丝圈）会损坏或丢失，有的工人图省事不要弹性圈，这样，没有将夹片均匀放置，使得两瓣夹片一前一后，当回顶时，夹片与钢铰线的磨擦力变小而导致夹片不跟进，导致预应力损失。

改進方法：以上因素导致的预应力损失30%以上，若通过超张拉来弥补，需超张拉130%～140%，若超张拉130%～140%，锚杆拉力即将超过设计值且锚杆后的受力梁很可能发生变形，进而导致预应力损失更大或锚杆失效。只能通过纠正上述错误做法，分级张拉并保证每级张拉时间，提高工人操作水平，加大张拉时监督力度，减少预应力损失。

4 预应力损失减少的验证

通过安装锚杆测力计，验证了通过采取以上措施后，预应力损失大大减少，最大损失值为97KN，最大损失比例为18%。最大小损失值为73KN，最小损失比例为15.2%。锚杆拉力基本达到了锁定值，满足了设计要求，如表3所示。

表3

5 结论与建议

综上所述，本文针对桩锚支护中预应力锚杆锁定力损失分析及改进方法进行分析，得到了以下几个方面的结论和建议：一是预应力筋采用低松弛高强度的钢绞线。二是夹片硬度要高于钢绞线硬度，且锚头、夹片与限位板要配套使用。三是张拉时保证钢绞线、夹片、限位板清洁。四是合理安装钢腰梁，张拉时锚杆与钢腰梁无接触。五是保证张拉千斤顶与锚具同心、限位板与工作锚同心。六是安装锚杆测力计，验证其是否达到设计锁定要求。