某高速公路碎裂岩体锚索预应力变化情况浅析

论文导读：为保证边坡稳定和公路的正常运营，在公路建设期对重点边坡进行了锚索预应力监测。该项目锚索预应力总体情况如表1所示，据表可知，各标段锚索预应力稳定后的有效应力变化范围为23.8%~83.9%，平均为60.1%，锚索预应力损失比例较大。
关键词：锚索预应力，碎裂岩体，预应力损失
 

0.前言

某高速公路沿线及其两侧地貌以低山丘陵为主，全线以挖方为主，以路堑形式穿越丘陵区，高边坡路段很多。勘察揭露路堑顶部以硬塑状残坡积亚粘土及全风化岩为主，下部以强～弱风化粉砂岩、砾岩为主，边坡类型基本为类土质边坡和二元结构边坡。原岩结构松散，局部呈半岩半土，遇水后极易软化导致强度降低，易产生滑坡、滑塌和崩塌等地质灾害。

该项目高边坡加固防护采用了大量的（预应力）锚杆（索）框格梁体系，锚索材料采用1860 MPa级高强度、低松弛预应力无黏结钢铰线，直径15.24 mm，内锚固段长10 m或12m，单根锚索设计吨位400~600kN，锚索锚具采用OVM型。为保证边坡稳定和公路的正常运营，在公路建设期对重点边坡进行了锚索预应力监测。

1.锚索预应力变化情况分析

1.1　锚索预应力总体情况

该项目锚索预应力总体情况如表1所示，据表可知，各标段锚索预应力稳定后的有效应力变化范围为23.8%~83.9%，平均为60.1%，锚索预应力损失比例较大。

表1　锚索预应力监测情况一览表

为进一步揭示该项目锚索预应力的实际情况，以下从锚索锁定阶段和长期监测阶段两个阶段对锚索应力进行总结分析。

1.2　预应力锚索张拉锁定损失

表2为边坡锚固中锚索预应力锁定损失的监测结果，从表中可以看出，设计锁定应力为400kN和600kN的锚索锁定损失值变化范围均较大，平均损失值为56.5kN和110.19kN。文献[1]在加固处理侏罗统破碎熔结凝灰岩边坡体时，22～23m长度的锚索的锁定损失值变化范围为72.29kN～85.07kN，相比之下，该项目锚索锁定损失率较高。论文参考网。

在锚索张拉过程中，张拉荷载通过外锚墩和锚固段传递到岩体中，使锚索张拉影响范围内的岩体处于受压状态。据分析，当锚索的张拉荷载传递到岩石表面后，将沿锚索孔的深度方向扩展，同时向四周扩散，碎裂结构岩体在锚力作用下岩体压缩变形显著，导致锚索应力松弛明显。该项目边坡岩体风化程度高，岩体强度低且裂缝发育，这是锚索预应力锁定损失率偏高的主要原因。论文参考网。

表2　锚索预应力锁定损失监测结果统计表

1.3　锁定后锚索预应力的变化规律

图1是该项目部分锚索预应力随时间变化曲线图，图中反映出锚索预应力变化有明显的阶段性，即预应力缓慢损失阶段和相对稳定阶段，缓慢损失阶段持续的时间约为30天。

表3是7256＃锚力计预应力损失速率分析表，据表可知，在锚索锁定后的0.21小时内，预应力损失速率远大于锁定后15天内的损失速率。这表明在锚索预应力进入缓慢损失阶段之前，存在一个预应力快速损失阶段，据文献[1]的分析和结合该项目监测结果，可以推断锚索锁定后2~3小时内预应力处于快速损失阶段。因此，在锚索锁定后，其预应力随时间变化存在3个阶段，第一阶段是锁定后2~3小时内的预应力快速损失阶段；第二阶段是锁定后约30天的预应力缓慢损失阶段；第三阶段是预应力相对稳定阶段。

表3　7256＃锚力计预应力损失速率分析表

1.3.1　预应力快速损失阶段

图2是锚索锁定后的一段时间内有效预应力的变化情况，从图中可看出，在锁定后前两个小时内，锚索预应力损失速率较快；锁定两小时后，损失速率明显下降。

1.3.2　预应力缓慢损失阶段

表4是该项目部分锚索在预应力缓慢损失阶段预应力变化情况统计表，表中反映出在预应力缓慢损失阶段，400kN和600kN锚索预应力平均下降了18.65kN和 32.56kN，分别为设计预应力的4.7%和5.4%。此结果与文献[2]在软岩中张拉完成后10d内的平均减小幅度4%~10%较一致。

表4　预应力缓慢下降阶段损失率统计表

1.3.3　预应力相对稳定阶段

在预应力相对稳定阶段（见图1），受降水、气温和重型机械振动影响下，锚索预应力起伏不定，但基本保持在一个稳定值附近，而且几条曲线变化情况基本一致。论文参考网。

2．预应力张拉质量控制要点

针对该项目锚索施工质量相对较差的情况，结合锚索预应力监测结果，总结出以下施工质量控制措施，以供其它项目参考。提高对锚索张拉施工的质量控制意识。在工程实践中，监理与业主对锚索的质量控制往往侧重于锚索长度与注浆质量的控制，而忽视了张拉施工的质量控制。每个边坡随机挑选两到三根锚索进行预应力观测，根据观测结果要求施工单位进行二次补张拉。据前文分析可知，该项目锚索预应力损失大部分发生在锚索锁定时和锁定后短时间内，损失率约为设计锁定荷载的20%左右，由此可见，对于类似该项目地层条件的边坡，在锚索张拉锁定3～7d后进行补偿张拉是消除预应力损失的有效办法。框梁上锚垫墩因模板支挡和混凝土振捣难度大，施工质量往往不能满足设计要求强度，在锚索张拉过程中容易出现锚垫墩破裂的问题。因此，施工过程中应加强对锚垫墩的质量控制，不得将锚垫墩与框梁分开施工。

3.结论

该项目各标段锚索预应力稳定后的有效锚索预应力变化范围为23.8%~83.9%，平均为60.1%，监测结果表明该项目锚索预应力损失较大，这主要是该项目边坡岩质多为碎裂结构所致。该项目锚索预应力锁定损失率偏高，400kN锚索损失值变化范围为6.32kN~ 115.51kN，平均为56.5kN，损失率为14.1%；600kN锚索损失值变化范围为73.12kN~182.92kN，平均为110.19kN，损失率为18.4%。锚索预应力随时间变化存在3个阶段，第一阶段是锁定后1~2小时内的预应力快速损失阶段；第二阶段是锁定后约30天的预应力缓慢损失阶段，此阶段的锚索预应力损失率为5%左右；第三阶段是预应力相对稳定阶段。对于类似该项目地层条件的边坡，在锚索张拉锁定3～7d后进行补偿张拉是消除预应力损失的有效办法。

参考文献
[1]朱晗迓，孙红月，汪会帮等.边坡加固锚索预应力变化规律分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23(16):2 756－2 760.
[2]宋修广，张宏博，黄茂松，李英勇.软岩边坡加固中锚索预应力变化影响因素分析[J].公路交通科技，2004，21(7)：42–45.