U型可回收錨索現場試驗研究

周俊文 閆云友 李華萍 龐銳劍

摘 ?要：文章依托現有邊坡支護工程，通過現場對U型錨索進行回收試驗，分析了其結構的合理性、極限承載力及錨索中鋼絞線的可回收性。回收時，采用單根張拉千斤頂和卷揚機從一側拔出繞過半圓弧承載體的U型鋼絞線，其拉拔力不大于張拉錨固力，設備輕便簡單，效率高。U型可回收錨索在臨時支護工程中的應用，對減少城市地下污染、地下空間的開發利用及城市可持續性發展具有積極作用。

關鍵詞：U型可回收錨索;現場試驗;可回收性

中圖分類號：TU753 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0063-04

Abstract： The rationality of the structure and the ultimate load capacity， as well as the recycle-ability of the strands mounted in the ground are verified through the recycle test of the U-shaped ground anchor cable relying on the existing slope support project. During the strand recycling， the U-shaped strand by passing the semi-circular load bearing bracket can be drawn out from one side by using an individual strand jack and a winch， the drawing force is not greater than the tension force.The high recycling efficiency can be achieved with light and simple equipment. The application of U-shaped recyclable anchor cable in temporary support engineering has a positive effect on reducing urban underground pollution， the development and utilization of underground space and the sustainable urban development.

Keywords： U-shaped recoverable anchor cable; field test; recyclability

1 概述

隨著我國巖土工程技術的快速發展，預應力錨索的應用越來越廣泛。傳統預應力錨索作為永久結構的一部分，無需進行回收，而對于城市建設中的一些臨時支護用錨索，在完成支護任務后，如果不進行回收，鋼絞線永久埋于地下，容易造成地下環境的污染及地下空間的占用，從長久考慮，既不利于城市規劃，也不滿足可持續發展要求[1]。為了實現資源回收利用，國內外眾多科研院所、施工單位針對可回收錨索方案進行了大量研發，包括張鑫鑫[2]等對國內外可回收錨索的種類進行了匯總，并總結了當前可回收錨索所存在的問題。盛宏光[3]等對多種可回收錨索（桿）進行了現場試驗，研究分析其結構、錨固性能、回收性能的合理性。

柳州歐維姆機械股份有限公司一直致力于預應力產品的研發與應用，根據市場需要開發了一種U型可回收式錨索，為了檢驗錨索結構的合理性及錨索回收工藝的可行性，依托邊坡支護工程，開展了現場試驗研究，在驗證U型可回收錨索的可回收性的同時，為產品結構優化和施工工藝改進提供依據。

2 工程概況

錨索試驗地點位于廣西樂百高速公路某標段邊坡坡腳處，邊坡高度約為40米，坡面長度約為120米。坡體巖性為強風化泥巖，支護設計為三級邊坡，支護方式為錨桿隔梁+擋土墻。

3 現場試驗

3.1 試驗錨索結構

根據工程項目要求，試驗用錨索為6孔U型可回收錨索，每根錨索由3根公稱直徑為15.2mm，公稱抗拉強度為1860MPa的PE護套無粘結光面鋼絞線、承載體、隔離架、錨具等多個部件組成（見圖2）。其中3根鋼絞線分別繞過三個獨立的半圓形承載體形成U形結構，相隔60度分布，沿長度方向分三級布置，每級鋼絞線長度分別為29m、32m、35m，承載體間距為3m。

3.2 錨索施工工藝

（1）制索：在工廠內根據錨索設計長度及張拉設備等計算下料長度，采用砂輪切割機下料，并按設計要求剝除張拉段鋼絞線的PE護套，清除鋼絞線表面油脂，然后按裝配順序將鋼絞線與其他部件進行組裝。組裝并包裝好后發送至項目現場，錨索編號1#、2#、3#。

（2）鉆孔：將鉆機就位，并水平穩固安裝，在施鉆過程中應隨時檢查并修正。按設計要求進行鉆孔施工，孔徑Φ150mm，孔深為33m，錨孔傾角為15°，鉆孔深度由現場進行確認，成孔達到設計深度后，利用鉆機高壓風反復吹洗孔洞，將孔內的粉塵或泥水清理干凈，并清除孔外周圍雜物。

（3）錨索安裝：在錨索放入錨孔之前，檢查錨索外包裝是否完好，拆除包裝后，對錨索進行仔細檢查，核對錨索編號，確保錨索組裝滿足設計要求，錨索長度與設計要求相符，組成錨索的無鉆結鋼絞線應無明顯彎曲、扭轉現象，鋼絞線的防護介質無損傷，如有損傷，按要求進行修復。錨索檢查合格，將錨索插入孔內至設計要求深度，錨索安放后，不得隨意提拔。

（4）注漿：注漿作業在三根試驗錨索按設計要求安裝就位后立即進行，錨索采用純水泥漿灌注，配制漿體按水灰比0.45控制，將漿液攪拌均勻，然后按1#、2#和3#的順序對錨索注漿，注漿最大壓力控制在0.6MPa，為了監測錨索中漿體的抗壓強度，分別在錨索灌注前后各制作一組試塊（共6塊）。

（5）錨具安裝：錨具安裝與鋼支座密貼對中，錨具中軸線與錨索中軸線一致。

（6）錨索張拉：采用與錨索張拉力配套的千斤頂和油泵，并對張拉設備（千斤頂和張拉用油表）進行配套標定，在試塊測試強度達到設計要求強度40MPa后，對錨索進行張拉，張拉采用分級循環加載，通過對錨索逐級加載、卸載，循環逐步分級增加荷載。在整個張拉過程中，張拉速度控制在100MPa/min 左右，張拉加載等級和觀測時間見表1。

（7）錨索鋼絞線回收：錨索卸載后，用YDC240Q千斤頂對U形鋼絞線的一端施加拉拔力，將鋼絞線依次拔出，并進行記錄鋼絞線回收時的最大拉拔力。

4 試驗結果與分析

4.1 錨索張拉力控制

為了驗證不同張拉力對錨索鋼絞線回收難易的影響，對三根錨索采用了不同的張拉力控制，1#、2#和3#錨索的張拉力依次為936kN、1014kN和1170kN。錨索實驗記錄見表2，錨索張拉荷載-位移曲線見圖3。

從分析記錄表中各級張拉加載和卸載時鋼絞線伸長量數據可以看出：

（1）同一循環中，在卸載時，鋼絞線不能回到加載時的狀態，隨著加載循環中最大力的增加，鋼絞線的相對伸長殘余量越大，說明加載時鋼絞線的伸長量中存在一定的塑性伸長，這是因為受錨索鉆孔直徑的限制，U型錨索中的鋼絞線在U型承載體處的彎曲半徑小，鋼絞線受拉時，在承載體處的鋼絞線存在較大的彎曲應力而導致的。

（2）張拉力在鋼絞線公稱破斷力的60%（含60%）之前，卸載時鋼絞線伸長量中的殘余塑性變形相對比較小，當最大張拉力大于60%時，卸載時鋼絞線伸長量中的殘余塑性變形顯著增加。

（3）1#、2#和3#錨索在初始荷載和第四循環的最大張拉力間的伸長量（除去塑性殘余變形）分別為126.78mm、126.38mm和129.38mm，比理論伸長量計算值（鋼絞線的彈性模量取1.95x105MPa，錨索長度按三級長度中的最小長度29m減去張拉夾持位0.5m，取28.5m）134.5mm偏小一些，原因是三根U形鋼絞線的長度不一樣，而整體張拉時的伸長量是相等的，所以每根鋼根絞線的受力一樣，即三根鋼絞線之間存在相互制約，錨索的整體張拉伸長量比理論計算值偏小是合理的。

4.2 錨索回收拉力

在現場實驗中，錨索中鋼絞線的回收采用了千斤頂、卷揚機和手拉葫蘆等多種方式相結合的方法。通過實驗觀察，U型錨索中鋼絞線在拉拔過程中，因千斤頂具有出力平穩的優級點，在鋼絞線另一端通過U型錨索承載體之前，采用千斤頂拉拔更有優勢，在鋼絞線另一端完全通過U型錨索承載體之后，受到的阻力明顯降低，換用卷揚機或手拉葫蘆，可大大提高回收效率。U形可回收錨索的回收拉力見表3。

從表3數據可以看出，錨索的張拉力大小對鋼絞線回收時的拉拔力幾乎沒有影響;在同一錨索中，最長鋼絞線在回收時的拉拔力明顯大于另兩根鋼絞線。

在回收過程中，鋼絞線拔出后，后半段呈螺旋形，原因為后半段鋼絞線在通過承載體時產生塑性變形導致。

5 結論

通過此次現場試驗，對此U型可回收錨索可得出如下結論：

（1）U型可回收錨索，最大張拉力達到鋼絞線公稱破斷力的75%（1170kN）時，錨索鋼絞線未出現破斷失效。證明U型錨索的承載能力滿足地錨結構設計承載力要求。

（2）試驗中U型可回收錨索鋼絞線回收順利，證明錨索基本結構設計合理。

（3）不考慮張拉墊墩下的土地的壓縮，在循環加載過程中，錨索隨著試驗荷載的增大，位移增大，且隨著張拉加荷循環級數增加，相同荷載情況下，本級循環位移量要高于上一級循環時位移量，說明錨索中鋼絞線以彈性變形為主，伴隨塑性變形發展。

（4）錨索中鋼絞線采用整體張拉時的實測伸長量小于理論計算值，這主要是錨索中三根U形回轉的鋼絞線之間的相互制約造成的。

（5）U型可回收錨索中鋼絞線采用單根拉拔的方式回收，成功率為100%，回收工藝簡單可行。

（6）錨索的張拉力大小對鋼絞線回收時的拉拔力幾乎沒有影響;在同一錨索中，最長鋼絞線在回收時的拉拔力明顯大于另兩根鋼絞線。

（7）錨索鋼絞線回收可采用單根張拉千斤頂、卷揚機、手拉葫蘆等設備，不同工程項目可根據實際工況組合選用。實驗證明，前半段選用千斤頂拉拔，施力平穩，操作安全，后半段采用卷揚機拉拔，效率高，二者組合使用，提升錨索鋼絞線回收效率。

（8）在回收過程中，因鋼絞線在通過承載體時產生塑性變形而呈螺旋狀，拔出時會有比較大的彈力，因此在錨索鋼絞線回收時，施工人員應注意安全，施工現場應作好安全隔離標識，最后拉拔應緩慢，確保施工人員和設備安全。

參考文獻：

[1]郭彥朋，李世民，李洪鑫.可回收錨索的發展現狀及展望[J].四川建筑科學研究，2015，41（02）：136-140.

[2]張鑫鑫，符貴軍，劉海康，等.可回收錨桿（索）技術研究現狀及展望[J].公路，2017，62（11）：1-8.

[3]盛宏光，聶德新，傅榮華.可回收式錨索試驗研究[J].地質災害與環境保護，2003（04）：68-72.