锚索预应力损失与控制分析

2016年第31期（11月 上）

桥梁与隧道工程

锚索预应力损失与控制分析

田密

（文安县交通运输局公路管理站，河北 文安 065800）

摘要：针对某高速公路边坡结构采用钻孔桩+预应力锚索（支撑）+岩石锚杆的形式进行加固，对其锚索拉拔试验方法进行了概述，分析了试验结果，对锚索张拉力值与测力计值试验进行了比较，最终确定锚索的锚固力符合设计要求，进一步对两根锚索在最大荷载下因锚具夹片和张拉系统引起的预应力损失进行了计算，为锚索预应力损失的控制提供更多的理论依据，有利于锚索预应力锚固技术的发展。

关键词：公路边坡；锚索预应力；张拉；试验检测中图分类号：U417.2

文献标识码：B

1 工程实例分析

1.1 工程概况

河北某高速公路经过山区，地形复杂，某位置一侧将开挖山体，边坡长34m，高15m，主要为微风化层，采用钻孔桩+预应力锚索（支撑）+岩石锚杆的形式，主体围护桩采用φ1000钻孔灌注桩，嵌固深度为中风化层2.5m，微风化层1.5m。钻孔桩桩顶施作冠梁，截面尺寸1.1×0.8m（局部1.1×1.0m），桩间布置锚索，边坡下部采用岩石锚杆的形式，边坡支护用100mm厚喷射C25混凝土并挂钢筋网片φ8@150×150mm。自上而下布设8道锚索，锚索根据地质采用3AS15.2、4AS15.2、5AS15.2钢绞线，长度11～15m，自由段长度5～10m，锚固段长度4～6m，预应力锁定值为200～440kN。支护范围内基本地质情况按标准地层层序自上而下分述如下：

第①层填土：该层分布广泛，松散～稍密，工程性质差，且极不均匀，透水性中等，局部可能存在土层滞水，开挖时如支护措施不当，基坑侧壁极易失稳。厚约2.4～3.5m。

第④层含淤泥粉、细砂：该层在场地内分布广泛，稍密，工程性质差，透水性中等，开挖时如支护措施不当，基坑侧壁极易失稳。厚约0.90～2.60m。

第⑥淤泥质粉质黏土：该层在场地内分布广泛，软塑，工程性质差，透水性弱，开挖时如支护措施不当，基坑侧壁极易失稳。厚约0.60～3.40m。

第⑯3强风化花岗斑岩、第⑯4强风化闪长岩：该层在场地内普遍分布，节理、裂隙极发育，岩体破碎，压缩变形小，工程力学性质较好，开挖时如支护措施不当，基坑侧壁易失稳。厚约0.70～10.30m。1.2 锚索拉拔试验方法

试验锚索1#采用4束直径15.2mm钢绞线，钻孔直径150mm，钻孔深度19m，自由段长度11m，锚固段长度

8m；试验锚索2#采用4束直径15.2mm钢绞线，钻孔直径150mm，钻孔深度24m，自由段长度16m，锚固段长度8m；试验锚索3#采用5束直径15.2mm钢绞线，钻孔直径150mm，钻孔深度23m，自由段长度15m，锚固段长度8m。拉拔试验设备与施工设备相同。穿心式千斤顶在油泵作用下，活塞伸长，施加反力于锚索。利用油泵上的压力表来控制锚索所受拉拔力，同时使用百分表测量锚索伸长量。本次试验方法采用规范中的相关规定，通过张拉试验，分析拉拔力与锚索弹性变形之间的关系，检验锚索是否达到和满足设计要求。1.3 试验结果分析

试验过程中荷载每增加一级，均稳压5～10min，并记录锚索伸长量。最后一级试验荷载应维持10min，锚索伸长量5～10min内，位移量超过0.1mm，则延长观测时间至60min。从0.5倍拉力设计值到最大试验荷载之间所测得的总位移量，应当超过该荷载范围自由段长度预应力锚索理论弹性伸长值的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的预应力锚索理论弹性伸长量。各级荷载下锚头位移稳定且本级荷载锚头位移增量小于前一级荷载产生位移增量的2倍。在最大拉拔力495kN、660kN的拉拔实验过程中，拉拔力与锚索伸长量呈线形变化，锚索伸长量稳定且符合规范要求。锚索的极限拉拔力不小于495kN、660kN，满足锚索锁定设计值要求。

1.4 锚索张拉力值与测力计值试验比较

为了找出锚索应力损失的原因，在施工检测的锚索上进行分级张拉试验。YMG1-36锚索采用4束直径15.2mm钢绞线，钻孔直径150mm，钻孔深度18m，自由段长度10m，锚固段长度8m，设计锁定值为290kN；YMG1-46锚索采用4束直径15.2mm钢绞线，钻孔直径150mm，钻孔深度20m，自由段长度12m，锚固段长度8m，设计锁定值为370kN。

收稿日期：2016-08-20

作者简介：田密（1984—），男，助理工程师，主要从事公路工程施工及管理方面的工作。

74YMG1-36锚索张拉过程中通过现场张拉记录每级张拉荷载下在规定的稳压时间内锚索的伸长量均能满足规范要求，可以判定锚索的锚固力符合设计要求；YMG1-46锚索张拉过程中通过现场张拉记录每级张拉荷载下在规定的稳压时间内锚索的伸长量均能满足规范要求，在第4级张拉过程中承压钢板发生轻微弯曲变形，在最后一级荷载下能维持10min，可以判定锚索的锚固力符合设计要求。

2 锚索预应力损失分析

2.1 锚头夹具产生的预应力损失

锚索锁定后，由于锚具的回弹变形引起部分预应力损失。锚具都存在夹片回缩问题，根据生产厂家资料及产品说明，施工中使用的锚具类型为YM，锚具、夹片变形回弹量为6mm。因此，钢绞线回缩产生的预应力损失可由下式求得：

其中，NS为预应力损失值；A为钢绞线的截面积；∆L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。2.2 预应力损失分析

现考虑两根锚索在最大荷载下因锚具夹片和张拉系统引起的预应力损失计算如下：2.2.1 YMG1-36 锚索

⑴因锚具夹片回弹变形引起预应力损失为：

=4×140×6×195/10000=65.5kN

（按回弹变形6 mm 计算）。

⑵张拉系统引起的损失为：NS2=F•3%=290×3%=8.7kN（张拉系统损失按3%计算）；NS=NS1+NS2=65.5+8.7=74.2 kN，通过张拉力值与测力计值的比较发现，在最大荷载下，张拉力值与测力计值之间的差值为32.5kN 小于74.2kN。

2.2.2 YMG1-46 锚索

⑴因锚具夹片回弹变形引起预应力损失为：

=4×140×6×195/12000=.6 kN

（按回弹变形6mm 计算）。

⑵张拉系统引起的损失为：NS2=F•3%=370×3%=11.1 kN（张拉系统损失按3%计算）。NS=NS1+NS2=.6+11.1=.7 kN，通过张拉力值与测力计值的比较发现，在最大荷载下，张拉力值与测力计值之间的差值为56 kN 小于.7 kN。通过以

交通世界TRANSPOWORLD上两根锚索预应力损失计算值和张拉试验每一级张拉力值与测力计值的差值对比可以得出，张拉系统引起的预应力损失伴随着张拉一直存在，锚具夹片回弹变形引起的损失可能跟不同荷载作用下锚具夹片回弹变形量的大小有关，由于试验数据较少，还不能验证多大荷载作用下锚具夹片回弹变形量6mm，荷载作用下锚具夹片回弹变形量的变化规律，还需后期大量试验数据进行论证。

3 结语

锚索预应力损失情况复杂，影响因素较多，不仅包括短期预应力损失还包括长期荷载作用下的预应力损失，需要大量的实验数据和监测数据进行论证，总结出预应力损失率，对已张拉完成的锚索进行复张拉、补张拉以及超张拉，以指导现场施工。预应力锚索有一定的适用条件，应力损失是锚索自身的特点。只有清楚了预应力损失的原因才能进一步将锚索预应力体系达到最优效果。

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（编辑：刘学文）

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