锚索预应力损失影响因素及补偿措施

第19卷 第9期 中 国 水 运 Vol.19 No.9 2019年 9月 China Water Transport September 2019

收稿日期：2019-03-02

作者简介：马 辉（1993-），男，昆明理工大学国土资源工程学院在校研究生。 通讯作者：陈 安（1970-），男，昆明理工大学国土资源工程学院副教授。

基金项目：昆明理工大学人培项目，KKZ3201621012，富水边坡仰斜排水孔群孔效应研究。

锚索预应力损失影响因素及补偿措施

马 辉，陈 安

（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093）

摘 要：通过对曲陆高速公路某一高边坡预应力锚索支护的监测和结果分析，讨论了破碎坡积层边坡锚索预应力在多个方面的影响因素及补偿措施，并就其造成的预应力损失规律做出了相关结论，以此结论为边坡支护工程提供一些参考。

关键词：坡积层；边坡加固；锚索；预应力损失

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）09-0243-02

随着我国基础建设的快速发展，边坡支护问题依旧是工程安全的主要考虑事件。本文以曲陆高速公路某一高边坡支护为例，介绍了工程上常用的预应力锚索锚固手段来支护边坡，在对边坡预应力锚索监测数据的基础上，对预应力损失情况作了统计分析，讨论了锚索预应力损失规律，提出预应力损失影响因素以及预防预应力损的补偿措施。

一、工程概况

由于改建曲陆高速公路，山体开挖形成了高达约56m 的高陡边坡，坡向NE36°，地形坡度为35~45°，设计开挖坡度比为1：0.75。因其是坡积层岩土边坡，节理裂隙发育，岩体破碎较为严重。为更好地对该边坡进行稳定支护，该边坡采用了工程上使用较为普遍的预应力锚索锚固技术。

二、预应力锚索预紧力变化规律

由于锚索支护的先后时间顺序，本文从锚索的安装，到锚索作用功效的体现，再到锚索支护的不足这一连续顺序进行论述。

1．锚索张拉、锁定荷载变化规律

预应力锚索在张拉锁定过程中，施工流程不能毫无章法，要按照一定的规定和要求进行。在文献[4]中有提及到，如张拉方式，就有单数预紧张拉，整束张拉和超张拉三种，按照张拉过程又有逐级分级张拉，直至超张拉，最后再完成锁定。通过已有资料获知，单束张拉效果在施工过程中受影响因素较大而产生少量预应力损失，而整束张拉效果会更好。在锚索锁定过程中，由于卸荷千斤顶回油，锚索夹片回缩，拉伸钢绞线在于此同时也会相应的回缩一部分，造成锚索预应力的部分损失。文献[1]中提及到，在考虑其他锚索组成构件时，如外锚头混凝土锚墩，垫板的安装质量等因素也会造成一定量的预应力损失，这些都属于张拉锁定损失。通过对张拉、锁定预应力损失的数据分析，得到以下数据分析成果，见表1。

由表1反应数据可知，460KN 级的锚索预应力最大锁定损失率高达14.0%，580KN 级的锚索最大锁定损失达6.9%，

由此看出，580KN 级的锚索锁定损失要比460KN 级的锚索锁定损失小，这是因为不同规格类型的锚索张拉荷载不同，产生的应力松弛程度不同，锚索预应力损失率自然也就不同。张拉荷载越小，锚索越容易产生应力松弛，锚索锁定时预应力损失就越大，呈现一定的相关关系。对于相同规格的锚索，张拉应力越大，锚索预应力损失率也越大，这是因为在承受较大张拉力的作用下，外锚头和混凝土质量缺陷的影响效应会逐渐得到放大，从而造成更大程度的锚索锁定损失。

表1 锚索张拉、锁定荷载监测成果

锚索编号 设计预应力值/KN 张拉预应力值/KN 锁定预应力值/KN 锁定损失/KN 损失率/%

Pr1 460 482.5 418.2 64.3 13.3 Pr2 460 495.2 426.1 69.1 14 Pr3 580 602.7 566.2 36.5 6.1 Pr4

580

610.3

568.2

42.1

6.9

2．锚索锚固力的变化规律

通过对锚索张拉锁定的应力损失规律以及锚索测力计的监测数据分析可知，锚索锁定后预应力变化分三个阶段，其中，表2为预应力锚索的监测成果。

第一阶段锚索预应力损失呈快速下降趋势，平均损失率为2.2%，发生时间在一周左右，其主要影响因素可归纳为钢绞线松弛，混凝土徐变以及被加固岩土体卸荷裂隙压实变形所致，它也是造成锚索预应力损失的主要阶段。

第二阶段为锚索损失率平缓下降趋势，发生在锁定后1~2个月期间内，是由于混凝土和被加固岩体发生缓慢徐变所致，整体的平均损失率为3.23%。当然，对于较为破碎的土质边坡，则会有一定量的预应力反弹，这是因为土体流变造成的累积荷载比预应力损失量大的原因造成。

第三阶段为相对稳定阶段，一般为锚索锁定2个月以后，在后期施工振动、冲击以及环境因素的影响下，并没有发生太大的衰减变化。但总体上来说，仍呈衰减趋势并最终趋于稳定状态，平均损失率为0.86%。

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表2 锚索锚固力变化特征统计

第一阶段（10d） 第二阶段（60d） 第三阶段（60d）

锚索编号 锁定预应力/KN 锚固力/KN 锚固力损失/KN 损失率/% 锚固力/KN 锚固力损失/KN 损失率/% 时间/d 锚固力/KN 锚固力损失/KN 损失率/% 损失率/% 平均日损失率/% Pr1 418.2 400.5 17.7 4.2 393.9 6.6 1.7 47 388.6 5.3 1.4 7.1 1.5 Pr2 426.1 398.7 27.4 6.4 390.1 8.6 2.2 56 386.2 3.9 1 9.4 1.7 Pr3 566.2 545.1 21.1 3.9 527.6 17.5 3.3 87 518.7 8.9 1.7 8.4 0.97 Pr4 568.2 544.8 23.4 4.3 530.2 14.6 2.8 102 525.4 4.2 0.9 7.5 0.74

三、预应力损失的影响因素分析

锚索预应力损失的影响因素多种多样，按照时间累积效应可以将其划分为瞬时损失和长期损失两种[5]；以施工过程差异来划分，则可以有张拉方式，封孔灌浆材料选择，钻孔孔斜率变化以及施工爆破振动等四种影响方式；按锚索结构不同来划分，有锚索类型，钢绞线差异和锚索体结构锈蚀等三个方面影响划分。本文主要是从地质影响因素，施工过程分析以及温差变化三个方面来进行对锚索预应力损失的讨论。

1．地质因素影响

岩体本身因其具有不连续性和各向异性，尤其是针对坡积层边坡，岩体风化程度较高，节理裂隙发育，在锚固支护时，锚固段荷载作用下，岩石结构面以及一些软弱夹层均会受力挤压，并被压实，这一切的变化过程都是岩体蠕变引起的。对预应力锚索而言，采用文献[2]中的说法，岩体在受到长期荷载压力和岩体蠕变状况下，锚索体钢绞线就会一定程度上松弛，继而预应力大小就会下降。随着时间的持续，预应力减小程度会逐渐降低，最终趋于稳定状态。

通过对曲陆高速公路高边坡监测数据的对比发现，边坡锚索预应力损失较为严重，分析结果可知，与地质影响有密切关系。本文对该边坡应力监测，基于边坡节理裂隙发育，岩体破碎严重，极易造成岩体压实，发生岩体蠕变现象。正如锚索测力计监测数据所示，在第一、第二阶段的数据监测中，预应力损失均达到10%左右的预应力损失，这就是坡积层岩体蠕变这一主要原因导致的。

2．施工因素影响

施工期间的影响因素主要还是从锚索施工和边坡开挖两个方面进行阐述，锚索施工时，外锚头处的锚墩，钻孔孔斜率以及锚固段的施工质量都会对锚索受力情况造成影响，主要就是锚索体偏心受力问题。锚索测力计在监测过程中，明显地发现，锚索钢弦的测数差异较大，进一步验证了锚索偏心受力的事实。边坡开挖过程，同样会造成较大影响。开挖形成新的临空面，边坡岩体原有应力状态发生改变，需要重新应力分布，岩体向临空面方向侧移，增加了锚索锁定的预应力值。

3．环境因素影响

就环境因素影响而言，温差变化和降雨冲刷是必须考虑的。温差变化的影响主要体现在其对锚索体岩体结构的影响，因其热胀冷缩的变化特性，使锚索锚固力与锚固所处周围温度具有一定的正相关关系，在文献[3]中也有提到，即温度升高，锚索锚固力增加；反之，如果周边温度降低，则锚索锚固力就会相应的减小。在坡积层边坡支护中，由于岩体裂隙较为发育，且雨水浸润到岩体裂隙中，导致岩体地下水位上升，且不说增加的孔隙水压力造成边坡的不稳定性，降雨进入到岩体软弱夹层，冲刷填充物，从而形成贯通面，贯穿滑动面，引起边坡位移，使锚索预应力增大。等到雨水散失，锚索预应力又恢复到之前大概预应力状态，即降雨对锚索预应力影响具有时效性。

四、锚索预应力损失的预防补偿措施

锚索预应力损失是不可能避免的，我们不能从根本上去改变这一客观现象，但却能通过采取有效的措施来预防和补偿预应力损失。在锁体结构材料上，选用超高强度，低松弛率的钢绞线作为锚索锁体，可以提高锚索结构的张拉强度，降低钢绞线的松弛率；在张拉锁定时，可以选用超张拉方式或者进行二次补偿张拉来避免预应力损失；选用更高质量的混凝土材料和提升灌浆技术，并提高施工安装质量等手段来控制减小预应力损失。当然，对于比较重要的工程建设，在锚索相应位置处安装测力装置，进行定期的监测和检查，也是一种较好的预应力损失预防手段。

五、结论

通过对曲陆高速公路高边坡锚索预应力的监测和结果分析，讨论了坡积层边坡锚索预应力在地质，施工和环境等多个因素方面的影响，并就其造成的预应力损失规律做出了相应结论，为边坡锚固工程中预应力锚索的应用提供了一定的参考价值。

参考文献

[1] 周永江，何思明，杨雪莲.预应力锚索的预应力损失机制

研究[J].岩土力学，2006，27（8）：1353-1356.

[2] 夏雄，周德浩.预应力锚索地梁在边坡加固中的应用实例

[J].岩土力学，2002，23（2）：242-245.

[3] 肖汉江，李亦明.预应力锚索锚固力测量与损失分析[J].

人民长江，2007，38（11）：151-153.

[4] 何伟，刘秀平.高边坡锚索预应力变化规律浅析[J].长江科

学院院报，2019，26（12）：89-92.

[5] 袁小梅.边坡锚索的预应力损失估算[J].路基工程，1999，

6：46-47.