锚杆预应力的锁定损失及应对措施浅析

罗玉磊　张军舰

（1.中交一航局第二工程有限公司　山东　青岛　266071　2.青岛岩土基础工程公司　山东　青岛　266033　3.青岛市勘察测绘研究院　山东　青岛　266033）

锚杆预应力的锁定损失及应对措施浅析

罗玉磊1张军舰2，3

（1.中交一航局第二工程有限公司山东青岛2660712.青岛岩土基础工程公司山东青岛2660333.青岛市勘察测绘研究院山东青岛266033）

通过工程实例，针对锚杆预应力的锁定损失进行分析，查找出引起锁定损失的主要原因，并提出应对措施。对于锁定损失，建议通过试验监测，确定损失率，采取超张拉进行补救。

预应力；锚杆；锁定损失

1　前言

预应力锚固技术是一种主动支护手段，其特点是尽可能少的扰动被锚固的土体或岩体，通过预应力锚固措施提高土体或者岩体的强度，是目前基坑支护中比较高效、经济的加固技术之一。预应力锚固技术的关键在于其预应力的大小及损失程度，只有保持足够的恒久预应力，才能达到最佳的锚固效果。如果其预应力损失超过一定值，将导致锚固功能减弱甚至失效，甚至发生安全事故。

由于岩土体的复杂性，预应力锚固作用机理复杂，影响锚杆预应力损失的因素很多，比如锚杆锁定时，由于钢绞线的回缩产生锁定损失；锚杆锁定后，由于岩体的蠕变、钢材的松弛、温度及地下水的变化等因素的影响，锚索的预应力会发生变化。在基坑支护施工中，由于施工工艺和施工水平等方面的原因，锚杆锁定时的预应力损失是一种普遍现象。本文通过青岛某医院深基坑工程预应力锚索的现场测试，对锚杆预应力的锁定损失问题进行简要说明和分析，并提出相应应对措施。

2　工程实例

2.1工程概况

青岛市某医院基坑工程位于青岛市南京路，开挖深度17.2m，周长330m。开挖支护岩土体以杂填土、强风化、中风化岩为主，基坑拟支护形式为预应力锚杆+格构梁。锁具采用OVM系列的自锁夹片式锚具，锚杆采用φs15.2、1860MPa钢绞线。

图1　基坑支护典型立面及剖面图

2.2锚杆预应力监测

选择部分有代表性的锚杆对其进行预应力监测，在第1道锚杆张拉过程中选取3根锚杆安装测力计作为试验锚杆。监测使用的仪器为MSJ钢弦式锚杆测力计及ZXY-1型频率计。

按照《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）规定采用设计值的1.1～1.2倍进行分级张拉，监测从锚杆张拉开始一直到锁定完成（后期可继续监测至基坑工程结束）。锚杆测力计监测结果如表1所示，锚杆预应力值随时间曲线图如图2所示。

表1　锚杆锁定应力监测结果

图2　锚杆轴力监测变化曲线图

从表1中数据可以看出，锚杆预应力在锚杆张拉锁定时的损失非常大，预应力损失率达40～50%。在锚杆锁定后，继续对锚杆轴力进行监测，预应力基本稳定在某一预应力值，基坑开挖期间，预应力大小有小幅变化，变化值不超20kN，不足10%。锚杆预应力的锁定损失是预应力损失的主要方面，如何减少锁定损失是锚杆施工中的质量控制重点。

3　预应力锁定损失分析

造成预应力锚杆锁定损失的因素很多也很复杂，既有材料性能、锚具、张拉设备等引起的损失，也有地层、支护结构的压缩和徐变引起的损失，另外还与张拉顺序、外界环境条件等有关。根据本工程实际情况和相关研究资料，主要有以下几个方面引起的损失：

3.1钢绞线张拉回缩引起的损失

锚索锁定时，在千斤顶卸载的同时，钢绞线必然向土体内回缩，并带动夹片回缩，当夹片移动到与工作锚的内锥孔接触时，夹片的内齿开始嵌入钢绞线内，这时钢绞线还会产生一定量的位移。当夹片的内齿嵌入钢绞线足够深时，锚具、夹片和钢绞线相互之间卡紧而锁定，即锚杆锁定在某一预应力值。

锚索锁定荷载损失与钢绞线张拉回缩量成正比。而回缩量与限位板的槽深、限位板与夹片的匹配、夹片与钢绞线的跟进等因素有关。经实测OVM锚具的回缩量一般在6mm左右。回缩量决定了锚索预应力损失值。回缩量造成的预应力损失不一，大者可达30%以上。

3.2锚杆材料的松弛性引起的损失

不同规格的钢绞线松弛损失的大小不同，松弛损失与材料性能、材料直径有关。研究表明，松弛损失在张拉后初期几分钟发展最快，24h后将完成80%，大约20d以后，基本上已不再发展。目前一般标准都规定采用1000h的松弛率计算预应力钢绞线的松弛损失。表2给出了常用钢绞线的松弛率。根据表2中数据，采用φs15.2低松弛型钢绞线，预应力锚杆锁定时因松弛性产生的应力损失率可近似考虑为4.5%×80%=3.60%。

表2　常用钢绞线的松弛率

3.3张拉机具引起的预应力损失

锚杆张拉机具主要包括千斤顶和油泵，该部分预应力损失主要依据工程经验确定。张拉机具的摩擦阻力引起的预应力损失为2～4%。即油压表所反映的拉力比钢绞线实际承受荷载会大2～ 4%。如果实际张拉荷载是油压表的读数为准，则实际张拉力应考虑张拉系统部分的应力损失，一般可按照4%考虑。

3.4传力构件和土体的变形引起的损失

锚索的拉力通过外加锚具作用在腰梁或墩台上，腰梁、墩台本身在张拉过程中及张拉完成后会产生收缩、蠕变，并将压力传递至岩土体，引起岩土体的回缩从而造成预应力损失。外锚具与腰梁、墩台之间往往加设钢垫板来扩大受力面。若钢垫板与腰梁、墩台的结合不紧密会减少传力构件的受力面积，局部压力过大将会破坏传力构件。另外钢垫板受压后产生变形也是应力损失的一个原因。

3.5限位板引起的损失

在张拉时限位板处于工作锚具和千斤顶之间，可以保证张拉时夹片不随钢绞线的伸长而远离锚具，可有效减少回缩量。但若限位板与夹片不匹配，在张拉时限位板把夹片向锚具内按的过紧，张拉时会加大夹片与钢绞线之间的摩擦，造成应力损失，并且使夹片破坏钢绞线表层，使钢绞线与夹片接触部位被刮的更平滑，减少了两者之间的摩擦力，必然会加大回缩量造成应力损失。

3.6锚杆施工偏差引起的损失

锚杆在施工中产生的偏差如钻孔倾斜、锚杆安装的顺直度、锚杆自由段长度、锚杆外露部分角度等也会引起预应力锁定时的损失。有关试验表明，钻孔的孔斜率越大，锚杆的预应力损失越大。

4　减少预应力的损失的措施

4.1选择匹配的限位板

锚头、夹具是决定张拉卸载过程中钢绞线回缩量的重要因素，而钢绞线锚固时的内缩是产生预应力锚索应力损失的最主要原因。选择与锚头、夹片相配套的限位板，在张拉锁定后测量夹片外露锚头的长度与限位板槽深进行对比，确保限位板槽深要略大于锁定后夹片外露锚头的长度。在张拉过程中应仔细查看钢绞线外表皮有无被刮现象，若有则说明张拉加力时夹片与钢绞线之间的摩擦力过大，应更换限位板与夹片。

4.2选择高强度低松弛性锚杆材料

在选择锚杆材料时，应选择高强度低松弛性钢绞线，选择与钢绞线相匹配的锚具、夹片，可以减少钢绞线的回缩量，从而有效减少预应力的损失，这也是减少预应力损失最有效的办法。

4.3保证传力构件的质量

现浇钢筋混凝土腰梁、墩台造成的预应力损失远比喷射混凝土要小。考虑造价及进度而选择喷射混凝土时，对锚索受力较集中的部位应进行适当增强处理。锚定承压板应在喷射混凝土初凝前安放到位并压实，保证其与腰梁、墩台紧密结合。

4.4确保锚杆的成孔及安装质量

采取措施确保钢绞线与成孔方向顺直一致，避免分力的产生。张拉前应保证外露钢绞线表面清洁，不清洁的表面会降低钢绞线与夹片间的摩擦系数，加大回缩量。

5　结语

锚杆锁定时的内缩是产生预应力锁定损失的最主要原因。但由于张拉与锁定的工艺所限，目前还无法完全避免锁定损失，只能采取措施减少或者补救。建议在锚杆正式施工前，先选取部分作为试验锚杆，对张拉锁定损失率进行监测，根据损失率采取超张拉方式保证锁定应力值。

[1]唐孟华.土层预应力锚杆应力损失及对策研究.广州建筑，2008（3）：36.

[2]金家琼，张陆军.锚杆倾角的分析研究.青海科技，2010（4）.

[3]韩光，朱训国.锚索预应力损失的影响因素分析及其补偿措施.辽宁工程技术大学学报，2008，27（2）.

[4]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）.

[5]《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）.

TU757.2

A

1673-0038（2015）08-0034-02

2015-2-5

罗玉磊（1983-），男，工程师，工学学士，主要从事土木工程施工管理工作。

张军舰（1979-），男，工程师，工学硕士，主要从事岩土工程设计工作。