高速公路邊坡防護中壓力分散型錨索施工探討

裴秀安

1 概述

壓力分散型錨索是利用安裝在無粘結鋼絞線末端上的承壓板，將錨索張拉荷載轉化成對注漿體的壓力，會引起注漿體與巖體孔壁間的剪應力，從而達到錨固效果。壓力分散型錨索的施工順序為:施工準備、測量放樣→錨孔鉆孔、清孔→錨索編制→錨索安放、注漿→框架梁施工→錨索張拉→錨孔封錨。其中最重要的一個環節就是錨索的張拉，錨索的張拉工序可分為差異荷載增量、理論伸長量的計算及現場的張拉。

2 差異荷載增量、差異伸長量和理論伸長量的計算

2.1 計算簡介

壓力分散型預應力錨索，每孔錨索由三單元共六束鋼絞線組成，鋼絞線采用直徑15.24 mm、強度1 860 MPa的高強度低松弛無粘結鋼絞線。每個單元錨索分別由兩根無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成。

鋼絞線通過特制的擠壓簧(類似于夾片功能)和擠壓套(類似于錨環功能)對稱地錨固于鋼質承載體上，其單根的連接強度大于200 kN。各單元錨索的固定長度分別為L1，L2，L3，共同組成復合型錨索的錨固段，且L1=L2=L3=5 m。為敘述及計算方便，命名對應錨固長度的單元為D1，D2，D3單元，其對應錨索長度為l1，l2，l3，且l1＞l2＞l3，見圖1。

壓力分散型錨索與一般拉力分散型錨索不同之處在于，壓力分散型錨索由幾個單元組成，各單元間錨索長度及其自由段長度不同，致使各單元間因自由段長度不同而產生伸長量不同。因此，在進行整體分級張拉前，要先計算各單元間的差異伸長量和差異荷載增量，并先進行補足荷載張拉及預張拉。

2.2 計算公式

因壓力分散型錨索各單元長度長短不一，故必須先計算相鄰兩單元之間的差異伸長量和差異荷載增量。對于三單元共六束壓力分散型錨索，其計算公式如下:

其中，L1，L2，L3分別為第一，二，三單元錨索的自由段長度，且L1＞L2＞L3;ΔL1，ΔL2，ΔL3均為在給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下的伸長量;ΔL1－2，ΔL2－3均為對應單元在給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下的差異伸長量;σ為在給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下的鋼絞線束應力;P為在給定最終張拉荷載作用下的單根鋼絞線束荷載;A為單根鋼絞線束的截面面積，取A= 140 mm2;E為鋼絞線的彈性模量，E=1.95×105MPa=195 000 Pa; ΔP1，ΔP2分別為進行分步補償差異張拉的第一，二級張拉荷載增量;各單元錨索張拉時的實際總伸長值等于初應力以下的補償張拉伸長量加上從初應力至最大張拉力間的伸長量，即:

2.3 舉例計算

汕昆高速貴州境板壩至江底段高速公路T22合同段K118+250～K118+390右側邊坡為六級邊坡，邊坡的防護措施為:坡腳設置擋土墻，六級邊坡全為錨索框架防護。其中第一級錨索錨固段最長15 m，自由段最短10 m;第二，三，四級錨索錨固段最長15 m，自由段最短20 m;第五，六級錨索錨固段最長15 m，自由段最短15 m。

本文以第一級邊坡為例，按自由段長度不同共分為三種，即自由段長10 m，15 m和20 m。錨索設計荷載500 kN，鎖定荷載550 kN。表1，表2為三種錨索各單元的差異荷載及伸長量與張拉端有效自由段長度計算表。

3 錨索張拉

壓力分散型錨索的張拉，因各單元間錨索自由段長度不同，張拉時要注意嚴格按設計次序分單元采用差異分步張拉，根據設計荷載和錨索自由段長度計算確定差異荷載，并根據計算的差異荷載分單元張拉。

張拉采用“雙控法”，即采用設計張拉力與錨索體伸長值來綜合控制錨索應力，以控制油表讀數為準，用伸長量校核，實際伸長量與理論值的偏差應在±6%范圍內，否則應查明原因并采取措施后方可進行張拉。

表1 錨索差異荷載及差異伸長量計算表

表2 錨索各單元張拉端有效自由段長度計算表

千斤頂、油表等張拉設備必須采用專用設備，并送相應資質的計量單位進行標定，并在標定有效期內使用。

本項目前期使用張拉千斤頂及油表已經過貴州省計量測試院標定，千斤頂型號為YDC1500，出廠編號為31558-29;已標定的兩油表及校準方程分別為:091020油表，Y=32.2X+12.7;973928.4油表，Y=31.9X－3.6，其中，Y為張拉力，kN;X為油表讀數，MPa。在施工過程中，是采用讀油表讀數X來檢驗張拉力是否達到張拉要求，即，對應油表編號換算成:

在進行整體張拉前，取10%～20%的設計張拉荷載進行預張拉，使其各部位接觸緊密，鋼絞線完全平直。張拉時一般按照40 kN/min的速度進行。

壓力分散型錨索具體的張拉程序如下:

安裝千斤頂→0→ΔP1(首先單獨張拉D1單元2根鋼絞線，補足D1單元差異荷載ΔP1，計算D1單元錨索0－ΔP1的伸長值ΔL1－2，并量取D1單元錨索實際伸長值進行雙控校核)→ΔP2(同時張拉D1，D2單元錨索，補足D1，D2單元差異荷載ΔP2，量取D2單元錨索伸長值ΔL2－3并與計算值校核，注意此時D1單元伸長值為:ΔL1－2+ΔL2－3)→25%P(正式整體張拉，量取D3單元伸長值并進行雙控校核)→50%P→75%P→100%P→110%P(雙控校核合格后，持荷10 min～20 min，然后及時進行鎖定)。

各單元錨索實際伸長值，等于分級張拉伸長值加相應的差異伸長值。

錨索的預應力在補足差異荷載后分5級(預張拉不計)，按上述張拉程序進行施加，即按設計荷載的25%，50%，75%，100%，110%。除張拉最后一級荷載時持荷穩定10 min～20 min外，其余各級持荷穩定5 min;因錨索設計荷載為500 kN，鎖定荷載550 kN，即設計荷載的110%，因此，應在鎖定荷載級張拉持荷10 min～20 min后及時鎖定。錨索鎖定48 h內，若發現明顯的預應力損失現象，必須及時進行補充張拉。

4 結語

目前，壓力分散型錨索在高速公路中已占據相當大的市場，在邊坡防護中有著重要的作用。而錨索的張拉工作對整個錨索施工具有特別重要的意義，特別是對邊坡的錨固性能起著至關重要的作用。因此，在現場施工時，要做好理論計算(尤其是差異荷載增量的計算)，同時張拉必須嚴格按照規定的程序和一定的速度進行，保證錨索的質量能滿足設計要求。

［1］ JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范［S］.

［2］ DL/T 5083-2004，水電水利工程預應力錨索施工規范［S］.