高边坡预应力锚索张拉伸长量偏差的原因分析及预防处治

2015-10-31陈富生

建材与装饰 2015年23期

关键词：钢绞线拉力张拉

陈富生

（福建省交通建设工程监理咨询公司）

高边坡预应力锚索张拉伸长量偏差的原因分析及预防处治

陈富生

（福建省交通建设工程监理咨询公司）

本文结合省道202线古田高头岭至局下公路改建工程高边坡预应力锚索施工实例，针对锚索张拉施工过程出现的问题，进行原因分析，并提出相应的防治措施，为类似工程提供参考。

预应力锚索；张拉；原因分析；预防处治

1　工程概况

省道202线古田高头岭至局下公路改建工程K3+645～K3+ 846段左侧路堑边坡最高约54.5m。该高路堑边坡上部为0.5～ 3.8m厚粉质粘土，其下为凝灰熔岩残积粘性土，土厚度约0.5～ 3.8m；全风化凝灰熔岩，厚度约3.1m，其下为砂土状强风化凝灰岩，厚度约2.9m；其下为碎块状强风化凝灰岩，厚度约4.2～8.0m；其下为中风化凝灰熔岩。该边坡自然坡较陡，全风化凝灰熔岩组织结构完全破坏，砂土状强风化凝灰熔岩原岩结构大部分破坏，钻孔揭示岩体裂隙发育，应对边坡进行适当加固。

该段高路堑边坡第四级边坡采用预应力锚杆地梁防护、TBS植灌防护及液压客土喷播植草灌防护；第五、六级采用压力分散型预应力锚索加固，上下两排锚索与框架共同组成锚固结构体（如图2所示）。第五级每束锚索设计拉力为700kN，锚固段8m，自由段10～14m，设计孔深18～22m，孔径15cm。第六级每束锚索设计拉力为700kN，锚固段10m，自由段10～12m，设计孔深20～22m，孔径15cm。

图1　K3+645～K3+846段左侧高边坡防护加固工程立面图

图2　K3+750.919高边坡设计图

2　预应力锚索施工工艺流程（如图3所示）

图3　

3　锚索单元差异伸长量和差异荷载增量计算

对于压力分散型锚索，因各单元锚索长度不同，张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。

正式张拉前应取10～20%的设计张拉荷载对单根钢绞线进行预拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。

对锚索进行整体张拉前，先补偿张拉各单元间的差异荷载。先补偿张拉最长一组2根钢绞线的差异荷载，再同步张拉最长和次长的两组（4根）钢绞线的差异荷载，最后将三组6根钢绞线同步张拉至25%锚索设计锁定荷载作为起始荷载。锚索的预应力在补足差异荷载后分5级张拉程序进行施加，即设计荷载的25%、50%、75%、100%和110%，每级荷载施加后，稳定观测时间不小于10min。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。

4　张拉施工中伸长量偏差的原因探析及防治措施

张拉采用“双控法”即采用张拉系统出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差别应在-6～+6%以内表明张拉正常。

在对张拉施工中实测伸长量进行整理后，部分伸长量异常的锚索数据如表1。

表1　

伸长量偏大的危害：锚索的设计张拉力一般是钢绞线的极限承载力的70%左右。在张拉完成后边坡还可能存在一定的变形，这会致使钢绞线的拉力向极限承载力发展，一旦超过承载极限就会使钢绞线断裂，致使锚索失效，从而对边坡的稳定性带来大的隐患。长度问题也是伸长值原因之一。若锚索体锚固段注浆不密实或没达到设计要求，使得张拉段长度变长，从而使伸长值过大。这种情况造成锚固段不能提供足够的锚固力，会导致锚固段破坏锚索失效。同时注浆不密实使钢绞线的防腐效果不好，时间一长容易造成钢绞线锈蚀断裂，致使锚索失效，最终边坡失稳。

伸长量偏大的原因主要有以下几种：

（1）由于钢绞线材质不均匀，实际弹性模量小于计算弹性模量或钢绞线实际截面积小于计算截面积。

（2）该边坡岩层较破碎，岩质为强风化至中风化，抗压强度较低，节理裂隙密集，岩石空隙率大，岩石受压后产生较大的压缩变形量引起锚墩出现下陷。

（3）锚墩钢筋混凝土施工质量缺陷，受压后变形开裂从而引起伸长量变大。

（4）由于锚固段内所灌入的水泥浆液干缩下沉，或部分浆液通过裂隙流失，导致水泥浆液对钢铰线的有效握裹长度减小，实际锚固段小于设计锚固长度，自由段长度增加，使得实际张拉伸长率大于规范允许范围。

（5）锚索锚固段土尘较多或者渗水严重，致使水泥浆液无法与岩土体形成有效粘结。锚固段注浆不够密实，锚固段内浆体气泡较多，使得锚固段松动导致伸长量变大。

（6）锚具与夹片之间及锚具与千斤顶之间存在较大的空隙，这一部分虚量最终也表现在钢绞线的伸长量，使得伸长量偏大。

（7）张拉时油表读数无法精确读取，人为造成施加的张拉力过大致使实际伸长值超出规范要求。另外，测量记录人员操作失误引起锚索伸长量偏大。

防治措施：

（1）在锚索孔钻孔阶段，对钻孔进行固结灌浆，以提高岩石的完整性及弹性模量，减小岩体变形。预先对锚固段进行注浆处理，消除漏浆通道。注浆前用高压气体清除孔内土尘，严格按配合比配置浆液，注浆时控制好注浆量和注浆速度，减少锚固段浆体气泡。同时，严格控制水泥浆液面位置，保证锚固段和自由段长度符合设计要求。

（2）当孔口为强风化岩层或土层，抗压强度较低时，增大外锚墩与强风化岩层或土层的结合面面积，以防止锚墩受力后出现下陷，如增大锚墩的体型尺寸或钢筋混凝土板墙等。

（3）严格控制锚墩的浇筑质量，在混凝土浇筑前需要清除锚墩底部范围的松动岩块，对岩石破碎、节理裂隙密集进行固结注浆处理。

（4）保持锚具与夹片之间及锚具与千斤顶之间贴合紧密，减少张拉机具安装不紧密引起的伸长量偏差。

（5）采用能精确控制张拉力的设备如智能张拉机进行张拉，按规范量取伸长量，尽量减少操作人员失误引起偏差。

（6）针对张拉中出现伸长量偏大的锚墩可采取退张卸荷，分析原因后采取针对性措施处理，如对锚墩基础岩层采取固结注浆补强处理，经补强处理后重新张拉，锚墩混凝土施工质量引起的则采取重新施做锚墩，待混凝土强度满足张拉要求后重新张拉。

锚索钢铰线的实际伸长值小于理论计算值：

伸长量偏小的危害：根据锚索伸长值计算公式以及锚索施工过程中的情况，可能因孔道倾斜或锚索体扭曲等原因造成的摩擦阻力使得孔内锚索体张拉力受力不均、张拉段长度不够等原因都会造成锚索张拉伸长值过小。这种张拉伸长值过小带来的张拉力不够，会造成整体坡面施加设计的预应力达不到，不能保障边坡足够的稳定行，从而带来安全隐患原因分析：

（1）由于钢绞线材质不均匀，实际弹性模量大于计算弹性模量或钢绞线实际截面积大于计算截面积。

（2）由于锚索孔施工过程中，较深孔道呈抛物线，钢绞线拉直后与孔壁之间产生摩擦阻力，使得锚索张拉力由于摩擦阻力的原因出现衰减。

（3）由于锚索体安装时控制不当，导致钢绞线出现扭曲，也会使锚索张拉伸长值偏小。

（4）钢绞线与PE套之间存在摩擦阻力，依照规范提供的钢绞线与PE套之间的粘结力系数，变化范围较大，当粘结系数较小时，摩擦阻力很小，可以忽约，但当粘结系数过大时则会产生一定的摩擦阻力影响较大。

（5）由于锚索锚固段内注满浆液后，浆液在注浆压力作用下进入自由段内，致使自由段锚筋被浆液握裹，锚固段长度增加，自由段长度减小，同时增加增加摩阻力。

（6）张拉机具经常使用实际压力不足，张拉力不够使得伸长量达不到设计要求。

（7）操作人员人为失误施加的张拉力偏小，量测伸长量时不规范引起伸长值变小。

（8）操作人员为了节省时间，在每级施加时持荷时间不足或施加荷载的速度过快，钢绞线无足够的时间伸长，使得应力传递不均匀，造成钢绞线伸长量偏小。

（9）限位板、锚具、夹片的不配套，如限位板的腔槽过深，张拉时工作锚具夹片伸出量较大，锁定时不能随同钢铰线及时跟进夹持紧钢铰线，钢绞线在自身弹性作用下产生较大的回缩量从而导致锁定时的拉力损失较大。

防治措施：

（1）锚孔钻造时采取措施严格控制锚孔施工质量，避免出现抛物线状锚孔。

（2）使用材质均匀、与PE套间摩擦阻力较小的合格钢绞线。加工锚索体时，避免钢绞线的PE套破损。严格控制锚索体安装质量，避免出现钢绞线扭曲。