论压力分散型预应力锚索张拉施工方法

论压力分散型预应力锚索张拉施工方法

陈海涛

关键词：压力分散型锚索；补偿荷载；张拉工艺

1、预应力锚索概述

预应力锚索主要由杆体、锚固段、自由段和锚头四部分构成。预应力锚索主要承受拉力，通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部地层中，在被加固体表面对钢绞线张拉产生预应力，对岩体产生一个直接抗滑力和一个正压力来增加抗滑阻力，控制岩土体变形，从而使边坡稳定。根据锚固段的受力不同，分为拉力型、压力型和荷载分散型。

1.1拉力型锚索

经张拉锁定、灌浆后，其张拉段与被锚固介质无相对滑动的预应力锚索称为有粘结预应力锚索。拉力型锚索属于全长粘结型锚索，锚固段锚索直接与注浆用水泥浆或砂浆固结在一起，锚固段处于受拉状态，主要通过锚固段提供的抗拉拔力保证预应力施作。

1.2压力型锚索

经专用防腐油脂敷涂和外包层处理，张拉锁定后其张拉段在被锚固介质内可相对滑动的预应力锚索称为无粘结预应力锚索。压力型锚索属于无粘结型锚索，其钢绞线与锚固段水泥浆体是隔离的，钢绞线直接与孔底承载体相连。张拉时，荷载直接传至孔底的承载体，再由承载体将锚索的拉力转化为锚固体的压力，并将压力传递给岩土体，通过锚固段传给岩体。压力型锚索受力结构优于拉力型锚索。

1.3荷载分散型锚索

荷载分散型锚索可分为拉力分散型、压力分散型两种。拉力型和压力型预应力锚索都存在应力集中的通病，容易造成锚固体破坏，从而导致锚索失去支挡作用。

压力分散型锚索的结构机理合理，受力均匀，相对于其它类型的锚索具有很大的优点，压力分散型锚索防护比较好，预应力损失小，可以消除应力集中导致的锚固段产生的渐近性破坏，抗震性能好，当滑坡体产生时，其适应变形能力较大。

2、压力分散型锚索施工

压力分散型预应力锚索同一束锚索中各单元钢绞线的自由段长度不等，张拉荷载变化引起各单元钢绞线应力的变化不同，锚索内应力会进行重新分配。因此，锚索张拉时，首先应分进行荷载补偿，以消除因各单元钢绞线长度不同引起的荷载差异，使得在最终锁定状态时各单元钢绞线处于相同的受力状态。

先单元后整体张拉一般采用单元异荷张拉后整体张拉。分级补偿荷载张拉工艺采用单元复合张拉方式，目前较为常用，现就单元异荷张拉后整体张拉和分级补偿张拉这两种张拉工艺进行归纳。

2.1单元异荷张拉后整体超荷载张拉

从理论上讲，差异补偿张拉后可以消除荷载差异，可以实现整体张拉的完全相同，假设三单元压力分散型锚索，则：

锁定状态各单元锚索的理论荷载：P1=P2=P3=P/3（1）

各单元整体张拉的伸长量：

△1=（P1-P11）×L1/（E×A）（2）

△2=（P2-P21）×L2/（E×A）（3）

△3=（P3-P31）×L3/（E×A）（4）

式中：△1=△2=△3，P：总荷载；P1、P2、P3分别为单元1、2、3的张拉荷载；P11、P21、P31分别为单元1、2、3的差异张拉荷载，注意这里指的是锚索整体张拉时各单元的初始张拉应力；L1、L2、L3分别为单元1、2、3的有效张拉长度，其中L1＞L2＞L3；△1、△2、△3分别为单元1、2、3的有效张拉长度，其中L1＞L2＞L3；△1、△2、△3分别为1、2、3差异补偿后整体张拉过程中的钢绞线伸长量。

由（1）~（4）可导出：P11=（1-L3/L1）×P/3+P31L3/L1

若给出P31一个固定值，则可以推算出整体张拉时另外两个单元的P11和P21。

张拉工艺：考虑张拉引起位移变形影响，单元间张拉顺序应先短后长的顺序，才能保证张拉荷载均匀。一序，先分级张拉最短单元钢绞线至P31，然后以此张拉长和最长单元钢绞线至P21、P11，进行差异张拉，每级加载后持荷2分钟。二序进行整体张拉至设计荷载的110%（以设计为准），持荷3到5分钟，记录实测伸长值并于设计伸长值比较，锁定。

2.2分级补偿荷载张拉

在理论条件下锁定状态时每单元的张拉力是相等的，同样以三单元六束锚索为例，则

（1）锁定状态各单元锚索的理论荷载：P1=P2=P3=P/3

（2）各单元的理论伸长量：

△L1=P1×L1/2（E×A）

△L2=P2×L2/2（E×A）

△L3=P3×L3/2（E×A）

（3）不同单元的伸长量差异值

△L1-2=P1×L1/2（E×A）-P2×L2/2（E×A）=P/3×（L1-L2）/2（E×A）

△L1-3=P1×L1/2（E×A）-P3×L3/2（E×A）=P/3×（L1-L3）/2（E×A）

△L2-3=P2×L2/2（E×A）-P3×L3/2（E×A）=P/3×（L2-L3）/2（E×A）

（4）各单元间的差异荷载

P1-2=2EA×△L1-2/L1=P/3×（L1-L3）/L1

P1-3=2EA×△L1-3/L1=P/3×（L1-L3）/L1

P2-3=2EA×△L2-3/L2=P/3×（L1-L3）/L2

（5）分级荷载差异

△P1-2=P1-2=2EA×△L1-2/L1=P/3×（L1-L2）/L1

△P（1+2）-3=P1-3+P2-3=P/3×（L1-L3）/L1+P/3×（L2-L3）/=P/3｛（L1-L2）/L1+（L2-L3）/L1+（L2-L3）/L2｝

式中：P：最终张拉锁定状态下的单孔锚索荷载；P1、P2、P3分别为锁定状态下第一、二、三单元锚索张拉荷载；L1、L2、L3分别为各单元锚索在最终张拉状态下的伸长量；△L1-2、△L1-3、△L2-3分别为各单元锚索在最终张拉状态下的伸长量差异；A为单根钢绞线的截面积，E为钢绞线的弹性模量；△P1-2、△P（1+2）-3分别为分级补偿荷载。

（6）张拉工艺

张拉施工顺序为：第一，首先把三个不同单元的锚索预张拉，使锚索拉直，然后分步进行差异荷载增量张拉；第二，补差张拉最长单元2根钢绞线至△P1-2；第三，补差张拉最长和中长单元4根钢绞线至△P（1+2）-3；第三，补差张拉完成后，三个单元钢绞线按照设计要求分级整体张拉，每级张拉均应持荷3至5分钟。实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量（最短单元钢绞线的理论张拉伸长量△L3）误差的计算。

结束语

对于荷载分散型锚索施工，保证不同长度单元受力的均衡性是分散型锚索施工的重点。施工工艺不同，需要补偿的差异荷载计算原理相通，要按照设计要求的施工工艺或者征的设计单位认可的工艺进行施工，针对工程地质情况，通过实验验证施工工艺的可靠性，达到荷载补偿的效果，保证工程安全质量。

参考文献

[1]赵希青.压力分散型预应力锚索张拉施工方法[J].中华民居，2014.

[2]刘自理，王敏，胡国庆等.压力分散型预应力锚索张拉方法比较[J].工会博览·理论研究，2010.