壓力分散型與普通拉力型錨索在三淅高速中的應用分析

宗繼春

【摘 要】 邊坡預應力錨固技術在復雜地質條件下的邊坡防護中得到了廣泛應用，本文通過對河南省三門峽至淅川高速公路盧氏至西坪段工程多段預應力錨索施工的總結，并結合具體實例對壓力分散型和普通拉力型錨索的結構、受力狀態、錨固效果和實際施工情況進行對比，發現壓力分散型錨索比普通拉力型錨索有更廣泛的應用前景。

【關鍵詞】 壓力分散型錨索 ?普通拉力型錨索 ?邊坡防護 ?錨固

1 前言

近年來我國基礎設施建設領域逐漸向邊遠山區和中西部地區擴展，伴隨著工程建設而來的是山區復雜地質條件災害預防和邊坡防護等問題。預應力錨索防護作為一種重要的錨固支護方式，正在被廣泛的應用于基礎設施建設的各個領域。

隨著科研技術人員對預應力錨索技術的不斷研究開發，預應力錨索的種類不斷增加，目前施工中使用較多的兩種錨索類型分別是：普通拉力型和壓力分散型錨索。

2 錨索的作用機理

預應力錨索能夠改善巖土體的應力狀態，提高巖土體的整體性、承載能力和穩定性，但由于預應力錨索作用機理較為復雜，影響因素較多，目前關于預應力錨索作用機理的研究尚處于探索階段。

等人通過對三峽永久船閘預應力錨索對巖體加固作用的研究，得出的“巖石承載墻理論”受到業界普遍關注。該理論可以作如下描述：“在錨索注漿后，巖體的整體性得到提高;預應力錨索張拉一段時間后，在錨墩周圍形成錐形變形壓縮區，該區域內巖體受壓，巖體近似從零應力狀態變為壓應力狀態，在多根錨索作用下壓應力區重疊連接成片，組成“巖石承載墻”，使邊坡穩定性得到改善。”

預應力錨索體系中的錨固段是主要的受力和傳力構件，錨固段的受力特點決定了預應力錨索的錨固效果。

3 兩種錨索結構對比

兩種錨索都由自由段和錨固段組成，都對自由段的防腐要求極高，都要求自由段鋼絞線與灌漿體隔離。

兩種錨索的主要區別集中在錨固段，普通拉力型錨索的錨固段是由灌漿體與有粘結鋼絞線相互嵌合組成，兩者構成一個整體為錨索提供抗拔力;壓力分散型錨索則是由不同單元組成，每個單元的錨固段由兩根無粘結鋼絞線內錨于剛質承載體組成（通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱錨固）。各單元相對獨立的承受來自錨索的拉應力。

正是由于兩種錨索錨固段結構上的不同造成是兩種錨索在受力、施工難易程度和錨固效果上存在較大差異（如圖2-1，圖2-2所示）。

4 兩種錨索錨固段受力分析

4.1 普通拉力型錨索錨固段受力分析

普通拉力型錨索錨固段的傳力機制可表述如下：在錨索受到張拉力作用時，錨固段錨索將所受拉應力傳遞給錨固段灌漿體，通過錨固段灌漿體與錨孔孔壁的摩擦力和鉗擠力為錨索提供抗拔力。

根據實際施工中的經驗和眾多工程技術人員對普通拉力型錨索錨固段受力機理模型分析表明，普通拉力型錨索的錨固段有如下受力特點：

（1）普通拉力型錨索錨固段上部的灌漿體拉應力集中，混凝土的抗壓而不抗拉的特性，決定了應力集中部位的漿體易發生拉裂破壞。

（2）灌漿體與錨孔孔壁之間的剪應力集中于錨固段端頭，從而導致灌漿體易與孔壁之間發生剪切破壞。

（3）由于錨束與灌漿體粘結在一起，當錨束與灌漿體發生相對位移時，會導致灌漿體產生開裂。

4.2 壓力分散型錨索錨固段受力分析

壓力分散性錨索的傳力機制可表述為：在錨索受到荷載作用時，無粘結鋼絞線會將拉力作用分散傳遞到各個單元的承載板，再通過承載板壓縮錨固段灌漿體，通過灌漿體與周圍巖土體的摩擦力和嵌合力為錨索提供抗拔力。

等對壓力分散型錨索荷載傳遞采用不同的應力分布模型，并通過力學推導得出了以下相似的結論：

（1）在錨索受到拉力作用時，通過各個單元的承載體將荷載傳遞給灌漿體，使漿體的受壓范圍增大，改善了錨固段的應力狀態。

（2）由于各個單元分別受力，使錨固段灌漿體與錨孔孔壁之間的剪應力更加分散。

（3）壓力分散型錨索采用無粘結鋼絞線，因而在受到力的作用時不會因錨索與灌漿體之間相對位移而使灌漿體產生裂縫。

（4）各個單元的錨固段承載板位置處的剪應力和軸向力最大，隨著距承載板距離的增加，剪應力和軸向力都迅速減少。

（5）隨著施加拉應力的增加，承載體的軸向力和剪應力逐漸增大，其作用范圍也隨之增大。但要注意由此而產生的最大壓應力不得超過灌漿體的抗壓強度。

5 兩種錨索施工對比

兩種錨索錨固段結構的不同，使其在制作、注漿、張拉三個環節上有許多不同之處。

5.1 錨索制作

（1）普通拉力型錨索自由段防腐隔離處理是錨索制作的關鍵，包括涂潤滑劑、套PVC管、注黃油等多道工序;同時要嚴格保證錨固段的長度。確保為錨索提供足夠的抗拔力。

（2）壓力分散型錨索錨索與承載體錨固過程是壓力分散型錨索制作的關鍵。在后期一旦出現承載體破壞或者鋼絞線銹蝕引起斷絲導致預應力實效，將造成嚴重后果。

5.2 錨索灌漿

（1）普通拉力型錨索和壓力分散型錨索均采用一次注漿，張拉完成后錨下補漿。注漿要采用壓力注漿，注漿方式為孔底返漿。

（2）等人研究了壓力分散型錨索施工采用二次劈裂注漿的效果得出了如下結論：在軟巖區域壓力分散型錨索采用二次劈裂注漿能夠提供足夠的錨固力從而提高錨索的極限承載力。但在巖體條件較好的區域，二次劈裂注漿對提高錨固力的效果則不那么明顯。

5.3 錨索張拉

（1）普通拉力型錨索張拉時對同一錨束內所有鋼絞線同時逐級張拉，為了減小鎖定時的預應力損失，要進行超張拉。

（2）壓力分散型錨索張拉前要核對好錨索編號，對每個單元分別進行逐級張拉，也有事先計算好不同單元差異荷載，待補足差異荷載后，再進行整體逐級張拉的。同時為了防止鎖定時的預應力損失，要進行超張拉。endprint

6 錨固效果綜合對比

錨索的預應力大小和錨索能否長期保持足夠的預應力直接關系著錨索錨固的效果。

通過對兩種錨索錨固段的受力特點的分析和施工對比可以得出如下結論：

（1）壓力分散型錨索可以避免普通拉力型錨索在錨固段端頭對灌漿體產生的拉應力集中，取而代之的是通過承載板傳遞給灌漿體壓應力，更加符合混凝土的受力特點。

（2）由于壓力分散型錨索錨固段受力更加均勻，不僅顯著提升錨索整體抗拔力，也可以使錨索能應用于各類軟巖條件。

（3）雖然兩種錨索都存在靠近錨固段底部（承載板）出現應力集中，而遠離錨固段底部的位置，應力急速衰減，從而出現無效錨固段的現象，但只要合理布置壓力分散型錨索各個承載體位置，就可以避免存在無效錨固段的現象。

（4）壓力分散型錨索采用全長無粘結鋼絞線，不會發生普通拉力型錨索常出現的由于錨索與灌漿體之間相對位移而使灌漿體產生裂縫，而使灌漿體強度降低的現象。

（5）普通拉力型錨索灌漿體破壞、鋼絞線與灌漿體發生相對位移都會使水和空氣進入錨固段，從而導致錨索銹蝕，強度降低，造成錨索預應力損失、耐久性降低。

（6）由于兩種錨索結構不同，使其在施工時也有各自不同的特點，難易程度也有所差別，但隨著施工技術水平和機械化程度的提高，這些差別正在逐漸的消失。

7 結語

通過對比，壓力分散型錨索相較于普通拉力型錨索受力更合理、錨固效果更好，具有更加廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]朱杰兵，韓軍，程良奎，肖國慶.三峽永久船閘預應力錨索加固對周邊巖體力學性狀影響的研究.巖土力學與工程學報，2002，21（6）：853-857.

[2]尤春安.壓力型錨索錨固段的受力分析.巖土工程學報，2004，26（6）：828-831.

[3]雷金山，陽軍生，王安正，肖武權.壓力分散型錨索錨固段受力特性分析.鐵道科學與工程學報，2010，7（3）：60-64.

[4]梁振寧，葉觀寶，高彥斌，何志宇.軟土地區壓力分散型錨索二次劈裂注漿錨固效果研究.勘察科學技術，2011，（1）：1-4.

[5]田裕甲.壓力分散型錨索與普通拉力型錨索的比較-再論新型錨索結構系列及工程應用.OVM通訊，2002，（03）：32-40.

[6]何思明.預應力錨索作用機理研究.[博士學位論文]，2004.endprint

6 錨固效果綜合對比

錨索的預應力大小和錨索能否長期保持足夠的預應力直接關系著錨索錨固的效果。

通過對兩種錨索錨固段的受力特點的分析和施工對比可以得出如下結論：

（1）壓力分散型錨索可以避免普通拉力型錨索在錨固段端頭對灌漿體產生的拉應力集中，取而代之的是通過承載板傳遞給灌漿體壓應力，更加符合混凝土的受力特點。

（2）由于壓力分散型錨索錨固段受力更加均勻，不僅顯著提升錨索整體抗拔力，也可以使錨索能應用于各類軟巖條件。

（3）雖然兩種錨索都存在靠近錨固段底部（承載板）出現應力集中，而遠離錨固段底部的位置，應力急速衰減，從而出現無效錨固段的現象，但只要合理布置壓力分散型錨索各個承載體位置，就可以避免存在無效錨固段的現象。

（4）壓力分散型錨索采用全長無粘結鋼絞線，不會發生普通拉力型錨索常出現的由于錨索與灌漿體之間相對位移而使灌漿體產生裂縫，而使灌漿體強度降低的現象。

（5）普通拉力型錨索灌漿體破壞、鋼絞線與灌漿體發生相對位移都會使水和空氣進入錨固段，從而導致錨索銹蝕，強度降低，造成錨索預應力損失、耐久性降低。

（6）由于兩種錨索結構不同，使其在施工時也有各自不同的特點，難易程度也有所差別，但隨著施工技術水平和機械化程度的提高，這些差別正在逐漸的消失。

7 結語

通過對比，壓力分散型錨索相較于普通拉力型錨索受力更合理、錨固效果更好，具有更加廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]朱杰兵，韓軍，程良奎，肖國慶.三峽永久船閘預應力錨索加固對周邊巖體力學性狀影響的研究.巖土力學與工程學報，2002，21（6）：853-857.

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[4]梁振寧，葉觀寶，高彥斌，何志宇.軟土地區壓力分散型錨索二次劈裂注漿錨固效果研究.勘察科學技術，2011，（1）：1-4.

[5]田裕甲.壓力分散型錨索與普通拉力型錨索的比較-再論新型錨索結構系列及工程應用.OVM通訊，2002，（03）：32-40.

[6]何思明.預應力錨索作用機理研究.[博士學位論文]，2004.endprint

6 錨固效果綜合對比

錨索的預應力大小和錨索能否長期保持足夠的預應力直接關系著錨索錨固的效果。

通過對兩種錨索錨固段的受力特點的分析和施工對比可以得出如下結論：

（1）壓力分散型錨索可以避免普通拉力型錨索在錨固段端頭對灌漿體產生的拉應力集中，取而代之的是通過承載板傳遞給灌漿體壓應力，更加符合混凝土的受力特點。

（2）由于壓力分散型錨索錨固段受力更加均勻，不僅顯著提升錨索整體抗拔力，也可以使錨索能應用于各類軟巖條件。

（3）雖然兩種錨索都存在靠近錨固段底部（承載板）出現應力集中，而遠離錨固段底部的位置，應力急速衰減，從而出現無效錨固段的現象，但只要合理布置壓力分散型錨索各個承載體位置，就可以避免存在無效錨固段的現象。

（4）壓力分散型錨索采用全長無粘結鋼絞線，不會發生普通拉力型錨索常出現的由于錨索與灌漿體之間相對位移而使灌漿體產生裂縫，而使灌漿體強度降低的現象。

（5）普通拉力型錨索灌漿體破壞、鋼絞線與灌漿體發生相對位移都會使水和空氣進入錨固段，從而導致錨索銹蝕，強度降低，造成錨索預應力損失、耐久性降低。

（6）由于兩種錨索結構不同，使其在施工時也有各自不同的特點，難易程度也有所差別，但隨著施工技術水平和機械化程度的提高，這些差別正在逐漸的消失。

7 結語

通過對比，壓力分散型錨索相較于普通拉力型錨索受力更合理、錨固效果更好，具有更加廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]朱杰兵，韓軍，程良奎，肖國慶.三峽永久船閘預應力錨索加固對周邊巖體力學性狀影響的研究.巖土力學與工程學報，2002，21（6）：853-857.

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[6]何思明.預應力錨索作用機理研究.[博士學位論文]，2004.endprint