邊坡加固中錨索框架的應用與錨索預應力損失★

楊玉玲

1 概述

邊坡治理是一項技術復雜、施工困難的災害防治工程。近年來，隨著基礎建設事業的高速發展，以及大型重點工程項目的日益增多，邊坡治理越來越突出。而錨索框架結構是邊坡處治技術的一種，它的主要作用是將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力、巖石壓力分配給格構結點處的錨索，然后通過錨索傳遞給穩定地層，從而使邊坡坡體在錨索提供的錨固力作用下處于穩定狀態。錨索框架支護技術具有布置靈活、格構形式多樣、調整截面方便、與坡面密貼、可隨坡就勢等顯著優點，能夠解決邊坡的深層加固問題，已越來越多的應用于高邊坡處治中。

2 框架形式

在錨索框架結構中框架材料一般有漿砌塊石、現澆鋼筋混凝土或預制預應力鋼筋混凝土;常用形式有方形、棱形、人字形、弧形。錨固材料為預應力錨索。

2.1 漿砌塊石框架

漿砌塊石框架錨固采用方形、棱形、人字形或弧形的漿砌塊石框架并且使用錨桿固定，起到固定坡體表層的作用。這種錨固體系適用于整體穩定性好、前緣坡度較小的邊坡。

2.2 現澆鋼筋混凝土框架

采用現澆鋼筋混凝土框架梁護坡時，錨索穿過滑動面來阻滑。其特點是框架布置靈活，與坡面密貼，能較好的適應地形變化，與漿砌塊石框架相比整體剛度有很大提高?？蚣艿囊话悴贾眯问接蟹叫巍⒗庑?、人字形和弧形等形式?？蚋駜瓤蓲炀W、植草或噴射混凝土進行坡面防護，也可以采用現澆混凝土板進行加固?？蚣芙Y點處用預應力錨索固定，此時，現澆鋼筋混凝土框架不僅能起到護坡的作用，同時還起到墩錨的作用。這種支護技術適用于整體穩定性差，尤其是受削坡條件限制的邊坡工程。

2.3 預制預應力鋼筋混凝土框架

預制預應力鋼筋混凝土框架錨固是指預制的預應力鋼筋混凝土框架與預應力錨索組合結構。張拉錨索產生的錨固力由預應力鋼筋混凝土框架傳遞給坡面，使坡面處于穩定狀態?？蚣苄问揭话阌惺中?、半正方形、正方形和一字形。

3 錨索預應力損失

對于預應力錨索，預應力值的長期穩定性是錨固工程永久性與安全性的重要前提，在實際應用中，由于預應力錨索長期處于受荷狀態，錨索會因松弛而導致預應力的損失。所謂松弛損失就是指預應力結構中，在鋼絞線長度不變的情況下，內部應力隨著時間增長而減小的現象。影響錨索預應力損失的因素主要有以下幾點。

3.1 錨索材料的影響

試驗表明:長期受荷的鋼材預應力松弛損失量通常為5%～10%，在相同的應力作用下，受荷100 h和1 000 h的松弛損失量分別約為受荷1 h所造成的2倍、2.5倍。

3.2 張拉荷載的影響

試驗表明:鋼材的應力松弛值與張拉荷載大小也有一定的關系，當施加的應力超過鋼材強度的50%時，應力松弛會顯著增加。

3.3 巖體蠕變的影響

由于巖體的不連續性和各向異性，受荷區的單元在應力作用下將產生塑性壓縮或相對變位，這些變形隨時間而變化，即為巖體蠕變。對錨索結構而言，蠕變主要發生在應力集中區。巖體在受壓情況下變密實，錨索預應力因此而損失。但預應力降低的速率隨時間的增加而減緩，最終達到平衡。巖石越堅硬，蠕變越小，預應力損失值越小;對松散破碎巖石或軟弱巖石，因巖體在應力作用下產生的變形較大，由巖體蠕變而引起的預應力損失值較大。

3.4 錨頭夾具的影響

在錨具夾片回縮的影響下，鋼絞線回縮引起的預應力損失值可根據下式求出:

其中，Ns為預應力損失值;ΔL為錨具、夾片的變形回縮值;L為自由段的有效長度;Ey為鋼絞線的彈性模量;A為鋼絞線的截面積。

3.5 張拉系統的影響

錨索張拉系統包括油泵、油表、油管和千斤頂等部分。相應的預應力損失參數一般廠家未給出，但有關文獻指出張拉系統的摩阻損失為2%～4%，即油表反映的張拉力比千斤頂底部鋼絞線的受力要大，一般張拉均以油表讀數為基礎，故應考慮張拉系統引起的預應力損失。

3.6 混凝土的收縮及蠕變的影響

充當錨索錨頭的錨墩體通常為抗滑樁和框架梁等混凝土構筑物，這些構筑物本身具有收縮和蠕變的性質，受到大噸位的壓力后會產生一定量的壓縮變形進而引起預應力損失。

3.7 爆破與地震等沖擊力或振動的影響

爆破與地震等發生的沖擊振動引起的預應力損失量比長期靜荷載作用引起的預應力損失量要大得多，沖擊振動作用不僅使預應力產生損失，而且還會使錨固段的錨固力發生變化，尤其對破碎松散巖體會產生較大的影響。

3.8 張拉順序的影響

同一結構物上有多孔錨索時，理論上最合理的是同步張拉，但由于設備受限，實際上通常是一臺設備依次張拉。如此一來，當張拉后面的錨索時，由于壓應力增大，受荷區進一步壓縮變形，此前張拉的錨索預應力就會損失一部分。

3.9 降雨及溫度變化的影響

降雨量及降雨歷時對錨固力的影響集中反映在巖體裂隙較為發育、滲透系數較大的部位。降雨的影響主要表現為錨固應力的增加，且具有時間滯后效應。但隨著裂隙水的消散，增加的錨固應力也會消散。溫度的變化使索體發生變化，而導致預應力的變化。影響錨索預應力損失的因素眾多且極為復雜，通過優化設計并加強施工中的控制，能有效地減少預應力損失，達到較好的加固效果。

4 結語

根據錨索框架的特點和作用，錨索框架加固技術特別適用于坡度較陡、坡體巖石均勻且較堅硬的公路邊坡或公路滑坡。對于不同穩定性的邊坡應采用不同的框架形式和錨固形式的組合進行加固或坡面防護。此外，預應力錨索有一定的適用條件，使用過程中預應力損失的原因是復雜的，為了避免和減少預應力的損失，在實際工程中，應強調錨索材料的優選，注重巖體條件的選擇，設計時應避免張拉力過大，施工時采用超張拉、同步張拉，定期監測補位，選擇適宜的時間對錨索超張拉或補償張拉，避免爆破和大的振動。

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