路堑高边坡预应力锚索施工计算分析

魏 晋 文

(中铁八局集团海外工程分公司，四川 成都 610036)



路堑高边坡预应力锚索施工计算分析

魏 晋 文

(中铁八局集团海外工程分公司，四川 成都 610036)

从理论和实践的角度出发，结合某高速公路预应力锚索加固实例，对路堑高边坡预应力锚索进行计算分析，从本质上了解了预应力锚索加固坡体的机理，对预应力锚索的施工与质量控制有积极的作用。

路堑，锚索，锚固力，伸长量

20世纪80年代以后，我国预应力锚索加固技术的发展尤为迅速，预应力锚索加固技术已经广泛应用于岩土加固工程中，按照锚固施工方法分为注浆型锚固、胀壳式锚固、扩孔型锚固及综合型锚固等；按照锚固段结构受力状态分为荷载集中型和荷载分散型，分散型锚索又分为拉力分散型、压力分散型和拉压分散型三类。从理论上和实践上搞清楚预应力锚索的作用机理，对预应力锚索的施工以及质量控制都有着积极的作用。

1 预应力锚索理论分析

1.1 锚固体承载力的确定

选取钢绞线自身强度、锚固体与孔壁的抗剪强度、锚固体与钢绞线束间的粘结强度中最小值作为预应力锚索锚固体的承载力，其安全储备分别为Fs1,Fs2,Fs3，在一般地层Fs1,Fs2,Fs3分别取1.8,2.5,2.5，高腐蚀地层分别取2.0,3.0,3.0。

1.2 锚固力的确定

锚固材料容许荷载Pa与材料极限张拉荷载以及屈服荷载的关系见表1。

表1 锚固材料容许荷载Pa与材料极限张拉荷载以及屈服荷载关系表

1.3 锚索根数及锚固长度确定

1.4 预应力锚索张拉理论伸长量的确定

在实际施工过程中大量使用拉力分散型和压力分散型锚索，预应力钢材的松弛损失及被锚固岩(土)体蠕变的影响，决定锚索的补充张拉力。

2)压力型锚索。压力分散型锚索的张拉，因其各单元承载体上的钢绞线不等长，钢绞线受力不均，张拉前应先计算各单元差异伸长量和差异荷载增量，依据计算的差异荷载分单元进行张拉，补足差异荷载后再分级进行整体张拉。

下面以三单元六束压力分散型锚索为例介绍各单元差异伸长量和差异荷载增量的计算：

a.差异伸长量。

b.差异荷载增量。

其中，L1,L2,L3分别为各单元锚索的长度，且L1>L2>L3；ΔL1,ΔL2,ΔL3均为各单元锚索设计锁定荷载作用下的伸长量；ΔL1-2，ΔL2-3均为各单元锚索在设计锁定荷载作用下的差异伸长量；α为设计锁定荷载作用下钢绞线束应力；P为设计锁定荷载；A为单根钢绞线截面积；E为钢绞线的弹性模量；ΔP1,ΔP2分别为分布差异张拉第一、第二级张拉荷载值。

1.5 确定张拉力与油表读数间的关系

1)张拉力与油表读数间数学关系的确定。

取得r后，再选取置信度1-a，依据a、样本数n可以确定相关系数临界值ra，若r绝对值不小于ra，则说明x与y之间存在显著的线性关系。在张拉施工过程中，用y代表张拉力，x代表张拉设备油表读数，通过数据分析，反映二者间的数学线性关系。

2)张拉力与油表读数间数学方程的确定。

设有一组数据(xi,yi)(i=1,2,…,n)，x,y之间的关系为yi=axi+b+δi，其中，yi为实际张拉力；δi为预测误差值；xi为油压表读数。

2 工况检算

2.1 工程概况

某高速公路ZK64+888～ZK65+288段路基左侧边坡最高约49.6m，为类土质边坡，上部为坡积粉质粘土，其下为全风化花岗斑岩、砂土状强风化花岗斑岩，下伏碎块状强风化花岗斑岩。坡面采用预应力锚索框架加固措施。

2.2 设计参数

每孔设置三束6根锚索，孔径为15cm，钢绞线公称直径为15.2mm，截面积140mm2，极限张拉荷载Pu=259 kN，锚固段10.0 m，锚索张拉吨位均为700 kN，注浆材料M35砂浆。第四级边坡上排锚索长34.0 m，下排锚索长32.0 m；第二级边坡上排锚索长24.0 m，下排锚索长20.0 m。滑动面内摩擦角φ=13°，锚索下倾角β=20°。

2.3 设计检算

1)锚索倾角的设计检算。

各束锚索锚固段与自由段长度之比A为：

各束锚索与滑动面相交处滑动面倾角α为：

2)锚固体设计检算。

该段加固边坡属于土质、强风化地段，锚索在滑动面产生的法向阻力需要折减，折减系数选用0.7，坡面下滑力700kN/m，即锚固力为：

取安全系数Fs1=1.8，则锚索钢绞线的根数为：

锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限粘结应力τu=3 500kPa，锚固体安全系数Fs2取2.5，则锚固段长度为：

a.按水泥砂浆与锚索张拉钢材粘结强度确定锚固段长度。

b.按锚固体与孔壁抗剪强度确定锚固段长度。

设计锚固段长度为10.0m，即说明设计锚固段为10.0m是安全的。

3)预应力筋张拉校核。

在实施过程中采用五级分级张拉，拉拔力分别为：25%F,50%F,75%F,100%F,120%F，采用上述“1.4预应力锚索张拉理论伸长量的确定”相关内容计算各级理论伸长量，通过比较，计算理论伸长量与实际伸长量差异满足相关规范及设计要求。采用“1.5确定张拉力与油表读数间的关系”相关内容计算张拉力与油表读数间线性关系与设备检定单位出具的线性关系一致。

3 结语

通过对路堑高边坡预应力锚索施工环节的计算分析，有助于对锚索深加固作用机理的了解，有利于在选择支挡结构时有所参考，有利于对施工环节进行针对性的控制，对工程质量以及施工安排有所借鉴。

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[3] 韩 侃，李登科，吴冠仲.预应力锚索锚固力拉拔试验分析[J].岩土工程学报，2011,33(S1)：385,387.

[4] 邢占清，杨 健，杨晓东.压力分散型无粘结预应力锚索作用机理及锚固段长度研究[J].中国水利水电科学研究院学报，2006(6)：88-92.

[5]CECS22—2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].

Analysis and calculation of construction of pre-stressed anchor cable for high cutting slope

Wei Jinwen

(InternationalCompanyofChinaRailwayNo.8EngineeringGroup,Chengdu610036,China)

From the perspective of theory and practice, combining with the pre-stressed anchor cable reinforcement example of a highway, made calculation and analysis on cutting high slope pre-stressed anchor cable, from the essence understood the pre-stressed anchor cable reinforcement slope mechanism, had positive effect to pre-stressed anchor cable construction and quality control.

cutting, anchor, anchored force, elongation

1009-6825(2017)06-0077-03

2016-12-13

魏晋文(1977- )，男，高级工程师

U416.13

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