預應力錨索粘結(jié)性能的探討

摘 要 錨索已在我國巖土加固工程中得到廣泛運用。本文就有粘結(jié)錨索與無粘結(jié)錨索安全性能和優(yōu)缺點進行探討。

關(guān)鍵詞 預應力粘結(jié)錨索 無粘結(jié)錨索 粘結(jié)性能

錨索施工近年來在建筑工程中，特別是巖土加固工程應用越來越廣泛。隨著錨索的運用，由于錨索的失效、斷裂帶來的加固工程安全事故也隨之越來越多。而通過對失事錨索的調(diào)查發(fā)現(xiàn)全長粘結(jié)預應力錨索比無粘結(jié)預應力錨索安全性能高得多。在我國100多例重點工程錨索支護安全性能調(diào)查中，有90%多失事及腐蝕的錨索是無粘結(jié)錨索引起的。下面我們通過一個案例對此進行詳細的解析。

云南漫灣水電站1986年開工建設，1995年投入使用。在該水電站的壩頂，對一根全長預應力粘結(jié)錨索采用小型機械從2009年11月25日開始開挖，到2010年1月10日為止，錨索距離施工日期大約有20多年。該錨索由8根長25米，錨固段6.5米，孔徑Ф115mm的鋼絞線組成。自由段注425號水泥漿，錨固段425號水泥砂漿。鋼絞線標號GB224-85，強度級別1470KN/mm2。開挖區(qū)域堅硬巖體，開挖條件好，pH紙檢測區(qū)域內(nèi)pH=11，地層腐蝕弱。試驗通過以下三個方面進行結(jié)論：

一、通過鋼絞線剝出量與縮進量關(guān)系分析驗證水泥粘結(jié)作用。通過鋼絞線剝出量與縮進量關(guān)系分析：2009年12月12日到2010年1月4日，在2-5m段每隔0.5m設一個鋼絞線縮進量監(jiān)測點，共6個監(jiān)測點。開始錨索剝出長度7m，邊開挖邊剝鋼絞線，開挖結(jié)束時剝出長度18.5m，一直剝到內(nèi)錨固段。通過監(jiān)測我們發(fā)現(xiàn)隨著監(jiān)測時間的增加，縮進量也隨之增加，從0mm增加到30.9mm。縮進量和監(jiān)測時間成正比關(guān)系。

根據(jù)上述錨索自由端7-18.5m縮進量與監(jiān)測時間分析，我們得出結(jié)論，即鋼絞線變形均勻到錨索自由端，錨索應力也均勻分布，即錨索鎖定性由水泥漿體粘結(jié)作用來形成的。

該結(jié)論可以解釋當全長預應力粘結(jié)錨索在某一處發(fā)生斷裂，由于錨索與圍巖和水泥漿體粘結(jié)為一體，不會引起整條錨索的斷裂，只會在斷裂錨索附近發(fā)生影響。水泥漿體粘結(jié)性延緩了了整條錨索失效。

二、通過剝開的錨索顏色，驗證水泥漿體對錨索的防腐保護作用。在錨索剝開后觀察錨索顏色為黑色，隨著錨索位置的深入，顏色越來越鮮亮。這是因為水泥漿體的保護作用，加之錨索自由端在錨孔中與大氣隔絕，也保護了錨索。但在一處靠近巖壁的7-10m處發(fā)現(xiàn)一些黃色小銹斑點，仔細查看，錨索與巖壁之間的水泥漿體很薄，一些地方水泥漿體發(fā)生了脫落。這表明水泥漿體破壞使錨索出現(xiàn)了銹斑。

為何全長粘結(jié)預應力錨索在無腐蝕地層中能防銹蝕呢？有研究發(fā)現(xiàn)鋼鐵在pH>11的堿性條件下，鋼鐵氧化后在鋼鐵表面形成三氧化二鐵的保護膜，也就是鈍化膜，厚度100mm，結(jié)構(gòu)形式r—Fe2O3，它能保護鋼鐵不被銹蝕。而r—Fe2O3鈍化膜形成必須保證pH>11的堿性條件，同時漿液用硅酸鹽水泥拌制，限制氯離子和硫酸離子含量能保證鈍化膜不被破壞。

三、在錨固段觀察對巖體的錨固力。在開挖到18.5m處，即為錨固段。繼續(xù)開挖錨固段，

相比較全長粘結(jié)預應力錨索，無粘結(jié)錨索的特點剛好和全長粘結(jié)錨索相反，優(yōu)點與缺點互換。我們講講無粘結(jié)錨索的特點。

無粘結(jié)錨索有一個重要性能防護隔離功能。通過錨索孔中注入水泥漿體來隔離保護錨索，用塑料制品制成隔離體增加防護性能。另外采用了對中支架與隔離支架。對中支架主要起隔離波紋管與孔壁，防止兩者之間接觸與摩擦。隔離支架在波紋管內(nèi)，起對中作用，隔開鋼絞線。另外錨固段采用雙層波紋管進行保護。而整個隔離層也采用雙層隔離，增加了安全系數(shù)。

無粘結(jié)錨索安全隔離性差由以下原因造成的：一）水泥漿體來作注漿材料，可以起隔離作用，但水泥漿體仍會漏水與透氣，對保護性有影響；二）塑料制品制成的隔離體很脆弱，在錨索穿入錨孔過程中很容易發(fā)生破壞；三）在實際施工中，由于對無粘結(jié)錨索隔離性能重視不夠，會將雙層隔離層變成單層隔離層，同時不安裝對中支架。

另外由于錨索無粘結(jié)性能導致在對巖體支護時，只能依賴錨索拉力，無法利用巖體的共同作用，一旦錨索發(fā)生斷裂，整條錨索會斷裂，這是無粘結(jié)錨索最大缺點。根據(jù)研究有粘結(jié)錨索比無粘結(jié)錨索極限承載力提高15-30%。

當然無粘結(jié)錨索還有一些較突出的優(yōu)點。其中一個突出優(yōu)點是錨索拉力的可調(diào)整性。在無粘結(jié)錨索外錨頭中可以看到錨索端頭有一個防護帽，對錨索預應力調(diào)整就是通過這個防護帽中錨頭裝置調(diào)節(jié)。取下防護帽，將張拉裝置安裝在錨頭上，進行張拉來調(diào)整張拉力。這在拉力需要調(diào)整的巖體加固場合應用比較廣泛。

無粘結(jié)錨索應用比較便捷，只要一次注漿，不象粘結(jié)錨索需要二次注漿。二次注漿間隔較長，比較麻煩。同時適應力強，對任何復雜環(huán)境能適用。

綜上所述，我們可以看到有粘結(jié)錨索與無粘結(jié)錨索兩者的優(yōu)缺點。有粘結(jié)錨索由于有鈍化膜保護，防護性能好，在各地挖出的錨索案例中出現(xiàn)失效、斷裂情況較少。同時由于水泥砂漿粘結(jié)性能，它還能與周圍巖體形成咬合，連為一體，不僅提高自承能力，還能防止有粘結(jié)錨索“一處斷，整條斷”的危害。而相應無粘結(jié)錨索也有突出優(yōu)點，它能通過防護帽的張拉裝置調(diào)整預應力，這是有粘結(jié)錨索不具備的。同時施工比較方便，只需一次注漿，這些優(yōu)點使其應用廣泛。但無粘結(jié)錨索相對有粘結(jié)錨索的隔離保護差、自承力小等缺點，加之人們使用過程中不注意做好防護隔離層，在使用過程中失效事件較多，限制了其使用。因此我們在運用有粘結(jié)與無粘結(jié)錨索過程中要注意根據(jù)不同要求選擇，揚長避短，充分利用優(yōu)點，克服缺點，使其在運用中最大發(fā)揮其作用。

參考文獻

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