高边坡防护工程预应力锚索张拉施工的探讨

徐致松

（重庆中宇工程咨询监理有限公司泉三高速公路泉州段QJ3总监办 永春县 362600）

摘要: 以框架梁预应力锚索防护用于高边坡防护工程是目前较为普遍使用的方法，笔者根据多年的施工管理实践经验，仅就预应力锚索使用的钢绞线的张拉理论伸长值及差异荷载的计算、、张拉施工的方法，进行较为详细的叙述，并提出一些问题进行探讨，可供高边坡防护预应力锚索防护工程施工、监理人员借鉴和参考。

关键词：高边坡  防护工程  预应力  锚索  张拉

高边坡防护工程目前以框架梁预应力锚索防护为主，该项防护工程的主要受力构件是以框架梁和预应力锚索，所以预应力锚索张拉的施工质量是高边坡防护工程成败的关键，其中预应力锚索的张拉是关键中的关键。为此，笔者根据多年施工的实践，与各位同仁仅就预应力锚索的张拉施工中经常遇到的问题共同探讨，抛砖引玉，以达共同提高其施工水平。现就以混凝土井字形框架梁防护工程，每节点设1孔，采用压力分散型预应力锚索，每孔6根φ15.24无粘结钢绞线，每单元为2根，分3个单元布索，长度分别为28、23、18m.，设计锁定荷载为750KN，超张拉荷载为850KN为例探讨如下：

1 预应力锚索张拉钢绞线理论伸长量及差异荷载的计算：

1.1 钢绞线理论伸长量的计算：按平均分配法计算，每根钢绞线拉力为750/6=125KN。根据设计及有关规范规定，预应力锚索张拉采用差异荷载的不同分步实施张拉。首先根据锚索的设计长度不同，分别计算钢绞线理论伸长量和差异伸长量，钢绞线理论伸长量△L(mm)按以下公式计算：

△L=

式中：P——预应力筋的平均张拉力(取单根设计锁定荷载125KN)；

L——预应力筋的长度(mm)；

E——预应力筋的弹性模量(取200000MPa)；

A——预应力筋的截面积(取140mm²)。

锚索设计总长度28米，各单元计算自由长度分别为：L₁=28米、L₂=23米、L₃=18米；（钢绞线主要依靠埋入锚孔中注浆体内的各单元钢绞线尾部钢绞线挤压套、承载体和注浆体与锚孔壁的阻力锚固，故锚固段计算为零）其伸长量计算分别为：

△L₁＝ mm

△L₂＝ mm

△L₃＝ mm

则差异伸长量为：△L_1-2=△L₁–△L₂=22mm

△L_2-3=△L₂–△L₃=23mm

1.2差异荷载：根据差异伸长量计算差异荷载。

第一单元与第二单元的差异荷载:

△P₁＝ ＝ KN

第一单元和第二单元（共4根）与第三单元差异荷载:

△P₂＝ ＝ KN

△P₁+△P₂=44+102=146KN。

2计算锚索各级张拉力对应的张拉千斤顶油压表读数：

锚索试验一般可分为基本试验（即抗拔拉破坏试验）、验收试验和蠕变试验。

预应力锚索张拉施工使用的检测加荷设备张拉千斤顶（测力计、位移计、计时表等）在使用前应经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。锚索使用张拉千斤顶的额定压力必须大于试验压力。

根据标定证书给的张拉力与油压表关系的回归方程式，计算锚索各级张拉力对应的张拉千斤顶油压表读数。即①六根钢绞线整体预张拉、②最长2根钢绞线差异荷载补偿张拉、③最长4根钢绞线差异荷载补偿张拉、④六根钢绞线整体张拉，设计荷载的30%、⑤50%、⑥75%、⑦100%、⑧110%（锁定）共8项（计算方法不再赘述）。

3张拉施工：

3.1锚索张拉基本试验（抗拔拉破坏试验或验证性试验）

基本试验的目的，在于验证设计采用的工程锚索的性质和性能、施工工艺、设计质量、设计合理性、安全储备，锚索的抗拔拉承载能力、荷载～变形、松弛和蠕变等问题，以及有关搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。如发现问题，应及时采取变更和完善等应对措施。

基本试验锚索的施工原则上应在工程锚索施工之前进行，即在基本试验锚索施工完成后（基本试验的钻孔位置确定后，紧接施做试验锚墩，并在锚固浆体达到28天龄期且锚墩强度达到80％后进行基本试验，并及时向业主、监理和设计部门提交基本试验报告），接着开始工程锚索施工；特殊情况下可与工程锚索施工同步进行，所以也称为验证性试验。

基本试验锚索的数量不得少于3个锚孔，用作基本试验的锚孔参数、材料及施工工艺和工程锚索相同。锚固段长度、每孔锚筋束数和锚固地层应满足设计要求，并在试验工作开始前提出试验方案，经设计和监理有关人员审核认可后，方可进行试验。

基本试验时最大试验荷载不宜超过锚筋承载力标准值的0.9倍。

锚索基本试验：

⑴首先把所有的锚筋一起拉至A×fptk的0.1～0.2倍（A为锚筋的截面积，fptk为锚筋承载力标准值），使锚筋拉直，然后松开；随后再采用循环加荷，每级加荷增量宜取A×fptk的1/10～1/15倍。

⑵锚索加荷等级与观测时间见下表。

锚索基本试验加荷等级与观测时间

⑶在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次。

⑷在每级加荷等级观测时间内，锚头位移量不大于0.1㎜时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至锚头位移增量2.0h小于2.0㎜时，方可施加下一级荷载。

锚索试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：

①锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索（杆）从锚固体中拔出；

②锚头总位移量超过设计允许位移值；

③后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍；

④锚索材料拉断。

基本试验完成提交基本试验报告，经业主、监理和设计部门审核，确认符合设计要求，批准可进行工程施工，即开始工程锚索施工。

3.2张拉施工：

方法一：张拉施工程序为:预张拉       最长2根钢绞线差异荷载补偿张拉     最长4根钢绞线差异荷载补偿张拉      6根钢绞线整体张拉设计荷载的30%      设计荷载的50%    设计荷载的75%     设计荷载的100%      设计荷载的110%（锁定）。

⑴ 预张拉：把三个不同单元的锚索整体张拉至设计荷载10%（750*0.1=75 KN），使锚索拉直。

分步进行差异荷载增量张拉。

⑵补差张拉最长2根钢绞线至△P₁+75/3=44+25=69KN。

⑶补差张拉最长4根钢绞线至△P₁+△P₂+75/3=146+25=171KN。

⑷补差张拉完成后，六根钢绞线统一张拉，第一级荷载张拉至:750*0.3=225 KN,扣除补差后平均分配至每单元，相当于设计荷载的21%，然后按50%、75%、100%、110%锁定。

每级张拉均应持荷5至10分钟。

实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量(最短单元钢绞线的理论张拉伸长量△L₃)误差的计算：因为0至50%以前的张拉是按三个不同单元有分有合分别进行的，张拉伸长量的量测互相有所干扰，张拉伸长量的测量较为繁琐，不易掌握，故此只能按最短单元钢绞线的50至110%的实测张拉伸长量与理论张拉伸长量计算张拉伸长量误差，如下式：

张拉伸长量误差%=〔（110%张拉伸长量-50%张拉伸长量）/0.6〕/理论张拉伸长量*100-100

方法二： ⑴预张拉：把三个不同单元的锚索整体张拉至设计荷载10%（750*0.1=75 KN），使锚索拉直。

⑵第一级张拉：把三个不同单元的锚索整体张拉至设计荷载20%（750*0.2=150KN）,以便于计算实测伸长量。

⑶张拉最长2根钢绞线至750/3=250KN。

⑷张拉中长2根钢绞线至750/3=250KN。

⑸张拉最短2根钢绞线至750/3=250KN。

⑹6根整体张拉至750*1.1=825 KN锁定。

每级张拉均应持荷5至10分钟。

实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量误差的计算：因三个单元的张拉是分别进行的，互相不受干扰，故此三个单元可分别按常规计算实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量误差。

方法三：三个单元分别张拉至750/3*1.1=275KN锁定，每级张拉均应持荷5至10分钟，实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量误差分别按三个单元计算。

3.3验收试验：是检验施工质量是否达到设计要求，也称现场验收试验或质量控制试验，它是针对所有工程锚索进行的；通过验收试验，可获知锚索受力大于设计荷载时的短期锚固性能，以及满足设计条件时锚索的安全系数。

将验收试验结果与基本试验结果进行恰当的对比，可作为锚索长期性能评价的参考。

验收试验和蠕变试验一般由业主指定具有相应资质的专门机构进行，此处不再赘述。

4几个问题的探讨及结语：

4.1实测张拉伸长量及与理论张拉伸长量误差，《公路工程质量检验评定标准》 (JTGF80/1-2004) 6.8挖方边坡锚喷防护，表6.8.2锚喷防护实测项目规定值或允许偏差要求：符合设计规定；设计未规定时采用±6 。

《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22∶90）第5.2.8条 基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。
     根据工地施工实际量测与《土层锚杆设计与施工规范》CECS22∶90第5.2.8条 基本试验的规定较为符合，故建议一般掌握在+10、-15较为实际。

4.2张拉方法：基本试验和验收试验应采用方法一为宜，方法二也可以使用，但在最后一级110%张拉锁定前应持荷10分钟以上，以便观察锚头的位移情况。方法三不能用于基本试验和验收试验，应为大忌。

4.3结语：施工张拉采用方法一方法二方法三均可，但方法三较为实用，程序简单，方法直观，计算张拉伸长量更为方便简捷，三个单元均可计算。

参考文献：

1《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS  22:2005）

2《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086——2001）

3《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1——2004）