预应力锚索拉拔力检测技术在边坡防护工程中的应用

刘晓聪

（山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006）

高速公路边坡防护工程中，对于自身稳定性较差的边坡，由于预应力锚索具有锚固效果好、自重轻、施工方便、安全可靠，有效地利用了边坡土体的自身强度和自稳能力等特点，在工程中被广泛地应用。预应力锚索张拉是边坡加固的关键环节，直接关系到边坡的安全与稳定。锚索张拉之前应对锚索的拉拔力进行检测，以确定锚索的锚固力是否能够满足工程需要，锚索拉拔力过低，达不到稳定边坡、防止边坡滑移的作用，锚索拉拔力过高又可能使锚索在工作过程中突然断裂，成为工程的潜在隐患[1]。因此，锚索拉拔力检测是边坡防护工程质量检测中的重要一环。本文以工程实际为例，介绍了锚索拉拔力检测的实施步骤与检测要点，并对检测结果进行了分析与评价。

1 检测原理与评定方法

在边坡防护工程中，采用的锚索一般为拉力型锚索，自由段钢绞线与灌浆体不接触，可自由伸长；全部自由段钢绞线长度相同；锚固段与灌浆体接触，形成锚固作用。通过张拉锚索，使锚索自由段产生一定的弹性变形，锚固之后，锚索对边坡土体产生反向拉力，从而压紧边坡土体，起到加固边坡的目的。

图1 拉力型锚索结构

锚索拉拔力检测模拟锚索在实际张拉时的受力过程，以不同的荷载集度评定锚索的锚固效果。检测采用YCW100B-1000型穿心液压千斤顶，在锚索已注浆但尚未张拉时进行检测。考虑到一定安全系数，最大试验荷载取锚索拉力设计值的1.2倍[2]。在锚索张拉过程中，当荷载集度较小时（一般认为10%），此时荷载仅作用在外锚头段，锚索所产生的伸长量也仅由外锚头段产生，自由段并未进行受力。随着荷载集度的增加，自由段开始受力，并产生变形，考虑部分预应力损失，一般认为实际自由段受力所产生的伸长量至少能够达到自由段理论伸长量的90%。随着荷载集度的不断增加，内锚固段开始受力，为了防止内锚固段因受力太大而导致锚固性能变差，因此规定内锚固段受力不得超过其锚索极限承载能力的1/3，反应到实际检测中，以自由杆体长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值为实际锚索拉拔力的极大值[3]。综上，在锚索拉拔力检测中，以锚索伸长量作为评定锚索拉拔能力的主要依据，拉力型锚索单元锚索在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由杆体长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由杆体长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值[4]。

2 锚索检测实例

2.1 工程概况

某高速公路边坡加固工程采用预应力锚索框梁结构，该边坡共设锚索30孔，锚索采用公称直径15.24 mm高强度低松弛普通预应力钢绞线，锚索单孔加筋6束，设计吨位700 kN。

锚索检测数量及参数见表1。

表1 现场试验锚索样本参数

2.2 检测要点

a）预应力锚索验收检测条件是锚索已注浆且未张拉。

b）验收试验锚索的数量取每处边坡锚索设置数量的5%且不少于3根进行检测。

c）验收试验锚索应随机抽样。

d）最大试验荷载：永久性锚索应取锚索拉力设计值的1.2倍。

e）荷载级数为6级，分别按照最大试验荷载的10%、40%、60%、80%、100%、120%施加，达到试验荷载后观测10 min，然后卸载到试验荷载的0.1倍并测出锚头位移。

f）满足下列条件时，试验的锚索为合格：

（a）最大试验荷载作用下，在规定的持荷时间内锚索的位移增量应小于1.0 mm，不能满足时，则增加持荷时间至60 min时，锚索累计位移增量应小于2.0 mm。

（b）拉力型锚索单元锚索在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由杆体长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由杆体长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值。

g）锚索的理论伸长量ΔLL范围按式（1）进行计算。

式中：Pp为预应力锚索的平均张拉力，N；L为预应力锚索的长度，mm；Ap为预应力锚索的截面积，mm2；Ep为预应力锚索的弹性模量，N/mm2。

2.3 检测结果分析

通过式（1）计算可得不同荷载集度下伸长量的理论范围，伸长量理论范围的下限取自由段长度理论伸长量的90%，上限取自由段+1/3锚固段理论伸长量。计算结果如表2所示。

表2 试验锚索理论伸长值

3组试验锚索在每种荷载集度下持荷10 min，持荷时间内各组锚索的实际伸长量皆小于1.0 mm。各组锚索在检测过程中的实际伸长量如表3所示。

表3 预应力锚索实际伸长值

依据设计要求，验收试验的锚索数量不少于总数的5%，且不少于3根，现场共设计有30根锚索，随机抽检了3根锚索进行试验，试验锚索主要结果如表4所示，依据“拉力型锚索的单元锚索在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由杆体长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由杆体长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值。”的要求判断，试验锚索的抗拔力，符合设计要求。

表4 预应力锚索试验结果

3 结语

预应力锚索拉拔力检测是边坡防护工程质量检测中的重要一环，本文分析了其检测原理与评定方法，拉力型锚索的单元锚索在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由杆体长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由杆体长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值。结合工程实例对评定方法进行了验证，试验结果表明，通过检测锚索的伸长量来判断锚索的拉拔力是否满足设计要求具有一定的合理性与实用性，在实际工程中具有一定的借鉴作用。