预应力锚索接长连接装置的研制与应用

何玮山，吕文龙，谢永桥

（1、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

近几年来，随着科技技术的发展，对于建筑的要求也越来越高。其中，基坑支护工程量日益增多。目前国内的基坑工程和边坡工程中，较常使用锚索对其进行加固，其中，预应力锚固技术近些年发展相当迅速，与传统的边坡工程加固方法比较，预应力锚固技术具有快捷、高效、经济的优点［1］，同时预应力锚索在边坡的岩土产生移动时具有主动支承的作用，非预应力锚索则只有被动支承的作用；同时，预应力锚固能更加有效地抵抗基坑的变形，其结构性能优于非预应力锚固。作为一种边坡加固及基坑支护技术［2］，预应力锚固体现了主动支护的技术特点，是一种安全有效的边坡支护方法，在地质条件较差或位置较重要的永久性边坡支护中可广泛推广应用［3］。同时，在高速公路、轨道交通等地方的既有支护结构中有存量巨大且使用时间长的既有已截断的预应力锚索。

常规的锚杆（索）抗拔试验装置对锚索外露长度一般要求至少80 cm 才能实施试验，而在大量既有的支护结构中的预应力锚索已经被截断，长度显然不足，难以对其实施锚杆抗拔试验。锚杆抗拔试验虽是一种破坏性检测方法，但它不仅能够检测出锚杆的锚固质量，同时能更加可靠、直观地检测锚杆（索）的承载力及自由段长度，不失为锚杆（索）锚固质量检测的重要手段［4］。锚杆工程有较高的复杂性和隐蔽性，为确保锚杆工程的安全，应采用锚杆抗拔试验对锚杆的施工质量进行检测［5］。为此，研制出新型预应力锚索接长连接装置及试验程序解决了外露长度不足的既有永久预应力锚索的抗拔承载力检测无法高效实施的难题，为存量巨大的既有支护结构的安全性普查提供了可靠的技术手段。已截断的预应力锚索如图1所示。

图1 已截断的预应力锚索Fig.1 Truncated Prestressed Anchor Cable

1 预应力锚索接长连接装置研制

目前，工程中存在的一种相似的试验装置，但该装置存在安装构件较多、安装流程繁琐、整体的一致性低，使用效率较低的问题。本文通过对传力锚索、传力锚具的设计、试验锚索与传力锚索的连接方式设计以及配套反力装置的设计研制相对高效的新装置。

1.1 传力锚索、传力锚具设计

传力锚索根据现场实际情况选用钢绞线，要求是拉力极限大于等于试验锚索所用钢绞线。

传力锚具采用材料是的40Cr，圆饼状，直径198 mm，厚度43 mm。其中，传力锚具上有8个锥形锚孔，锥形锚孔小头直径为22.2 mm，大头直径为32 mm。4 个内接锚孔均匀排布在直径为53.6 mm的锚具同心圆的位置，分别在0°、90°、180°、270°的位置，另外4 个外接锚孔均匀排布在直径为145 mm的锚具同心圆位置，分别在45°、135°、225°、315°的位置。两圆上的锥形锚孔方向相反，内接锚孔的作用为锚固试验锚索，外接锚孔的作用为锚固传力锚索。传力锚具的设计图如图2所示。

图2 传力锚具Fig.2 Trans Mission Anchor

1.2 试验锚索与传力锚索的连接方式设计

传力锚索先锚固于传力锚具的外接锚孔，根据冯大斌等人关于预应力钢绞线硬度与锚具夹片的匹配建议，所用锚具夹片应与钢绞线硬度相匹配［6］。再将检测锚索锚固于内锚孔，并确认夹片与夹片之间无明显位移空间。锚具正常工作时，因钢绞线张紧力的存在，钢绞线锚索带动夹片沿着锚环锥孔面内缩，根据楔块原理夹片咬紧钢绞线，然后将钢绞线拉紧岩壁的张紧力转换为锚环与锚垫板的正压力。当结构松散的岩体相对于稳定岩体移动或有相对移动趋势时，咬紧钢绞线的夹片通过在锚环锥孔内的相对滑动来调节张紧力，来保证锚固的有效［7］。试验锚索与传力锚索的连接方式设计图如图3所示。

图3 试验锚索与传力锚索的连接方式Fig.3 Connection Method between Test Anchor Cable and Force Transmission Anchor Cable

1.3 配套反力装置设计

试验可采用支座横梁反力装置或支撑凳式反力装置，支座横梁反力装置的选择可参考《锚杆张拉锁定反力装置的选择计算》［8］，反力装置应满足承载力和变形的要求［9］，支撑凳的四脚均不触碰传力锚具，否则影响试验数据。凳板空心，以便传力锚索可以穿过。凳板上需垫垫片，根据锚索股数开孔，锚索从孔中穿过。垫片这里起千斤顶支撑的作用。凳脚不应过长，凳板与传力锚具距离在10～30 cm即可。

1.4 装置安装步骤

第一步，将传力锚索和试验锚索安装于锚索接长连接装置；第二步，安装好既有锚索检测的锚索接长连接装置3 后，将支撑凳8 穿过传力锚索4，凳脚支撑在垫板7 上，分别沿着4 根传力锚索穿过细长型千斤顶6，使用4 个细长型千斤顶6 分别对传力锚索4 加压，每个细长型千斤顶6 的中心轴线应与负载作用力的中线同心，4个细长型千斤顶6和支撑凳8之间放置1个垫板7，使千斤顶6与支撑凳8之间均匀传力，最后传力锚索4顶端从工作锚5伸出，工作锚5夹紧传力锚索4；第三步，安装并联千斤顶组及油路油路系统；第四步，实施试验。试验装置安装完成后的整体示意图如图4所示。［10］

图4 试验装置示意图Fig.4 Schematic Diagram of the Testing Device

1.5 数值仿真分析

通过建立新装置数值仿真模型（分析过程略），分析其施荷结果和变形，可知其理论上每个外接锚孔能承受的最大拉力为571.11 kN，本新型试验装置可满足最大试验荷载达到2 000 kN 的锚索抗拔试验要求。工程应用中的预应力锚索钢绞线小于锚索接长连接装置屈服时所承受的荷载，因此该锚索接长连接装置可以满足工程上各种既有永久预应力锚索的试验要求。数值仿真分析建模如图5所示。

图5 数值仿真分析建模Fig.5 Numerical Simulation Analysis Modeling

2 工程实例

2.1 工程概况

某学院肇庆校区建设项目的边坡采用支护预应力锚索，委托方要求对锚索进行锚索抗拔检测试验，最大试验荷载为850 kN 和600 kN。该边坡为永久边坡，为既有永久预应力锚索，所有的锚索均已截断，锚索的外露长度在5～10 cm。委托单位已委托当地多家检测单位，经讨论均无法完成该边坡的支护锚索检测。经过现场的踏勘研究，最终采取本文新研究的装置完成了对截断锚索的锚索抗拔试验。现场的应用实践如图6所示。

图6 应用实践Fig.6 Application Practice

2.2 现场试验

鉴于该项目边坡已出现位移过大的情况，需快速检测预应力锚索当下的承载力情况，试验采用一种基于荷载收敛法的快速测试方法进行，共检测7根预应力锚索。

2.3 试验结果及装置效果

该项目共检测7 根已截断的锚索，采用新研制的既有永久预应力锚索抗拔试验关键技术顺利完成了锚索抗拔检测试验。检测过程中试验装置状况良好，未出现异常情况，检测完成后对锚索连接装置进行了全方位检查，未发现裂缝，工作状态良好，检测结果可靠，检测结果如表1所示。

表1 检测结果Tab.1 Detection Result

3 结语

⑴既有支护结构中有存量巨大且使用时间长的既有已截断的预应力锚索，但常规设备装置无法高效对其实施锚索抗拔试验。

⑵本文介绍了针对既有已截断的预应力锚索研制出预应力接长连接装置，该装置可解决外露长度5～10 cm的既有截断预应力锚索的锚索抗拔试验实施难题。

⑶通过实践验证，新研制的预应力接长连接装置安全合理，施工方便快捷，适用性好，耐久性好。

⑷新研制的预应力接长连接装置已应用于实际工程项目的既有截断预应力锚索中，成功地解决了外露长度不足的既有永久预应力锚索的抗拔承载力检测无法高效实施的难题，为存量巨大的既有支护结构的安全性普查提供了可靠的技术手段。