談高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)張拉施工

馮建通

1 概述

臨汾—吉縣高速公路ZK192+960.2～ZK193+348.6段左側(cè)二級(jí)以上邊坡防護(hù)為框架梁預(yù)應(yīng)力錨索，框架梁為“井”字形設(shè)計(jì)，縱橫交點(diǎn)處設(shè)置錨索。錨索結(jié)構(gòu)類型為壓力分散型，采用φ15.24無粘結(jié)鋼絞線。3級(jí)坡為8束長(zhǎng)30 m錨索，258根，共長(zhǎng)7 740 m，單根錨索設(shè)計(jì)荷載930 kN?，F(xiàn)以8束長(zhǎng)30 m錨索為例來說明其計(jì)算與張拉施工方法。

2 預(yù)應(yīng)力錨索張拉鋼絞線理論伸長(zhǎng)量及差異荷載的計(jì)算

壓力分散型錨索由于束體被分成幾個(gè)不同的單元固定在孔內(nèi)不同深度處，不同承載體上的鋼絞線長(zhǎng)度不同，整體張拉，難以實(shí)施，宜采用分步差異張拉的方法進(jìn)行施工。其原理為，先計(jì)算出每個(gè)單元鋼絞線應(yīng)補(bǔ)償?shù)纳扉L(zhǎng)值將其分配到每一級(jí)的張拉中。每級(jí)加荷時(shí)，先進(jìn)行補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉到位后與下一單元一起張拉補(bǔ)償，按最長(zhǎng)鋼絞線的單元逐級(jí)向最短鋼絞線單元逐級(jí)張拉，一級(jí)一級(jí)補(bǔ)償，一級(jí)一級(jí)整體張拉，直到達(dá)到最終荷載。

本工程中將8束無粘結(jié)鋼絞線分為三個(gè)張拉單元，1，2單元3根，3單元2根，三個(gè)單元錨索長(zhǎng)度分別為30 m，27 m，24 m。每根錨索設(shè)計(jì)荷載為930 kN，按照平均分配法進(jìn)行計(jì)算，則每束鋼絞線設(shè)計(jì)荷載為930/8=116.25 kN。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及有關(guān)的錨索施工規(guī)范，由于各單元鋼絞線長(zhǎng)度不同，張拉產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量各異，因此在不同單元張拉時(shí)應(yīng)施加不同預(yù)應(yīng)力，也即根據(jù)荷載的不同分步實(shí)施張拉。在施工中，先對(duì)第一單元的3束鋼絞線實(shí)施差異張拉，再對(duì)1，2單元共6束鋼絞線實(shí)施第二步差異張拉，最后再實(shí)施1，2，3三個(gè)單元8束鋼絞線張拉。

首先根據(jù)錨索中各單元鋼絞線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，分別計(jì)算不同長(zhǎng)度的鋼絞線的理論伸長(zhǎng)量和相鄰單元的差異伸長(zhǎng)量與差異荷載?，F(xiàn)將錨索各單元張拉參數(shù)的計(jì)算羅列如下:

ΔL1=(P×L1)/(A×E)=116 250×30 000/(1.95×105×140)=128 mm;

ΔL2=(P×L2)/(A×E)=116 250×27 000/(1.95×105×140)=115 mm;

ΔL3=(P×L3)/(A×E)=116 250×24 000/(1.95×105×140)=102 mm;

ΔL1－2=ΔL1－ΔL2=128－115=13 mm;

ΔL2－3=ΔL2－ΔL3=115－102=13 mm。

差異荷載:ΔP1=EA(ΔL1－2/L1)×2=1.95×105×140×(13/30 000)×2=23 660 N=23.66 kN。

ΔP2=[EA(ΔL2－3/L2)+EA(ΔL2－3/L1)］×2=[1.95 ×105×140×(13/27 000)+1.95×105×140×(13/30 000)］×2=49 949 N=49.949 kN。

其中，ΔL1，ΔL2，ΔL3分別為 1，2，3 張拉單元鋼絞線的理論伸長(zhǎng)量;ΔL1－2為 1，2 張拉單元的差異伸長(zhǎng)量;ΔL2－3為 2，3 張拉單元的差異伸長(zhǎng)量;P為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力，取單根設(shè)計(jì)荷載116.25 kN;L為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的長(zhǎng)度，mm;E為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量，取1.95×105MPa;A為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面積，取140 mm2;ΔP1，ΔP2分別為 1，2 單元，2，3 單元的差異荷載。

3 預(yù)應(yīng)力錨索張拉前的準(zhǔn)備

1)檢查錨墊板與斜托的銜接，使之密貼牢固，均勻受力。檢查其斜面，確保與錨索軸線方向垂直。

2)檢查錨索各束鋼絞線，保證不同單元的鋼絞線標(biāo)識(shí)清楚，分類明確。

3)張拉設(shè)備的千斤頂、油泵儀表經(jīng)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定，確保其計(jì)量準(zhǔn)確，正常運(yùn)行。本次8束錨索張拉使用2 000 kN的千斤頂，壓力表編號(hào)浙03820348，高壓油泵為柳州歐維姆ZB4-500型，已經(jīng)標(biāo)定。校準(zhǔn)方程為Y=0.034 8X－0.189 5，張拉數(shù)據(jù)見表1。

4)張拉作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)要符合作業(yè)要求，安全穩(wěn)固，便于張拉施工操作，確保千斤頂軸線位置易于與錨索軸線重合，不壓拉錨索。

表1 8束長(zhǎng)30 m錨索張拉數(shù)據(jù)表

4 錨索分步差異張拉

錨索的張拉在孔道注漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上，框架梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的80%后進(jìn)行。正式張拉前，必須對(duì)錨索進(jìn)行預(yù)緊張拉(每根錨索的8束鋼絞線同時(shí)張拉)，張拉力為設(shè)計(jì)值的10%。預(yù)緊張拉的目的是使錨索體完全平直，各個(gè)部位緊密接觸，預(yù)張拉一般進(jìn)行1次～2次后放張，然后再開始正式張拉。張拉施工采用“雙控法”，以控制油表讀數(shù)為準(zhǔn)，用伸長(zhǎng)量進(jìn)行校核。

8束錨索的張拉分三個(gè)張拉單元，分三步進(jìn)行張拉。先張拉L1單元，由0加載至ΔP1即23.66 kN，伸長(zhǎng)量由0至ΔL1－2(13 mm);在不放松L1單元的情況下，把工作錨具夾片裝在L2單元上與L1單元一起張拉，張拉加載至ΔP2即49.949 kN，伸長(zhǎng)量為ΔL2－3(13 mm);然后將L1，L2，L3三個(gè)單元8束鋼絞線一起分5級(jí)(即設(shè)計(jì)荷載的25%，50%，75%，100%，110%)進(jìn)行張拉。每級(jí)荷載張拉后，穩(wěn)定觀測(cè)時(shí)間不小于10 min，并保持張拉時(shí)間25 min～30 min。第5級(jí)張拉完成后，如果拉力沒有明顯衰減現(xiàn)象，方可進(jìn)行鎖定。8束長(zhǎng)30 m錨索張拉數(shù)據(jù)見表1。

張拉完成后，檢查錨具與墊板是否密貼，如有空隙采用補(bǔ)漿的方法進(jìn)行填充，確保牢固、不留空隙。錨索外露的工作端鋼絞線要用切割機(jī)切除，切除后鋼絞線外露長(zhǎng)度不小于5 cm，即時(shí)按設(shè)計(jì)要求封錨。

5 張拉注意事項(xiàng)

1)張拉過程中當(dāng)實(shí)測(cè)位移(伸長(zhǎng)量)值大于計(jì)算伸長(zhǎng)量的10%或小于5%時(shí)，應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。

2)張拉時(shí)，加荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10，卸荷速率不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/5。

3)當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，要進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉應(yīng)在鎖定值基礎(chǔ)上一次張拉到超張拉荷載。

4)施工過程中必須做好相應(yīng)的觀測(cè)時(shí)間、位移、加載過程等記錄，對(duì)張拉的過程和結(jié)果進(jìn)行整理，對(duì)施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和分析，以圖不斷改進(jìn)施工作業(yè)水平。

[1]吳國(guó)華.壓力分散型錨索的施工工藝及質(zhì)量控制[M］.北京:人民交通出版社，2008.

[2]閻莫明.巖土錨固技術(shù)手冊(cè)[M］.北京:人民交通出版社，2010.