路堑边坡预应力锚索工后状态的检测及分析_马扬前

路堑边坡预应力锚索工后状态的检测及分析_马扬前·186·SubgradeEngineering路基工程2012年第4期（总第163期）路堑边坡预应力锚索工后状态的检测及分析马扬前（广佛高速公路有限公司，广州510500）要：通过京港澳高速公路（粤境南段）的11处边坡中选取了72根锚索进行预应力检测，介绍了锚索预应力的检测方法，并对锚索预应力的检测结果进行了分析评价，肯定了该检测方法的可靠摘性，同时为评价坡体的治理效果提供了依据。关键词：京港澳高速公路；高边坡；预应力锚索；预应力监测+中图分类号：U416.13 文献标志码：B文章编号：1003－8825（2012）04－0186－03钢绞线的伸长值呈直线增加，当张拉力大于锚固力时，锚具夹片松动或锚具脱离锚垫板，此时受张拉的钢绞线长度突然增大为锚具与千斤顶夹具之间的长度加上自由段钢绞线的长度，在张拉力的作用下，钢绞线的伸长值会突然变化，故通过对钢绞线伸长值的观测求取纲绞线伸长值的突变点，其对应的张拉力即为预应力锚索的锚固锁定值。0前言预应力锚固体系加固边坡的实质是施加主动的锚固力：一方面使岩体的结构得到加强，以提高岩体的承载能力；另一方面，在岩体内产生预锚附加应力场，使不利的应力状态得到调整和改善，从而提高岩体稳定的可靠度。由于岩土工程的复杂性和锚索结构本身的特殊性，预应力锚索结构的工作性能将随着时间的推移发生一定的变化，尤其是锚索的预应力在徐变、蠕变等作用下，一般会发生一定的损失。当预应力损失超过一定的范围时，将会影响边坡的整体稳定［1，2］。另外，由于气温变化、降雨以及岩体的变形性会使锚索产生较大的应力增长，过大的应力增长对锚索加固体系工作状态带来不利影响，也会对边坡的安［3］全不利。因此，需对边坡的预应力锚索结构进行检测，及时掌握边坡预应力锚索当前的预应力状态，为分析边坡的长期稳定性提供科学的依据。本文结合京港澳高速公路边坡锚索的预应力检测，介绍了锚索预应力的检测方法，并对检测结果进行分析评价。11.1锚索应力检测的原理与方法检测原理1.2图1 预应力锚索当前预应力值检测原理示意检测方法对既有预应力锚固系统的锚索锚固力的检测，采用对锚索钢绞线整体分级张拉的方法，通过对钢绞线伸长值的观测，求取钢绞线伸长值的突变点，其对应［4］的张拉力即为预应力锚索的锁定设计值。对已张拉锚固的锚索进行检测时，当张拉力等于或小于锚固力时，受张拉的钢绞线长度实际上是锚具与千斤顶夹具之间的长度，见图1中的l，该长度钢绞线的伸长值符合虎克定律，即随着张拉力的增大，收稿日期：2012－04－24作者简介：马扬前（1970－），男，广东丰顺人。工程师，从事高mail：xgu312@126.com。速公路养护科研、管理工作。E-当前预应力锚索的预应力检测方法，主要按参考5］中锚杆试验相关条款进行。就是对锚索钢文献［绞线进行整体分级张拉，张拉荷载分别为设计拉力的10%，30%，50%，75%，90%，100%，120%。具体检测方法及步骤如下：（1）检测开始前首先要标识检测孔位，并注以明确的唯一性标识或编号；搭设稳定可靠的脚手架和工作平台； （2）准备完毕后详细记录封锚混凝土的工作状况，然后破除封锚混凝土，并将附着于钢绞线、夹片、锚具和锚垫板上的混凝土清理干净，详细记录锚马扬前：路堑边坡预应力锚索工后状态的检测及分析·187·头的工作状况；（3）依次安装专用整体式连接器、张拉千斤顶、测量等设备，并调整设备轴心与锚索轴心一致；（4）设备调试完毕后，进行加载，当荷载每增加一级均应稳定5～10分钟。最后一级荷载作用下的位移观测期内，锚头位移稳定或2小时蠕变量不大于2.0mm。检测过程中详细记录加载力、位移数值；（5）加载停止后，卸载并回收仪器设备；（6）根据测得的数据绘制荷载－位移曲线，对曲线进行分析可得当前锚索预应力值。1.3检测设备试验设备主要由锚索连接系统、液压式千斤顶、轻型超高压油泵、量测采集系统由四个部分组成，如图1。具体仪器有：①油泵、油压千斤顶；②张拉用的锚环、工具锚以及整体式连接装置；③百分表；④游标卡尺；⑤秒表等。22.1工程实例工程基本情况选择NK2140+966～NK2141+176（3－1－24）位置单孔锚索检测结果进行数据处理及分析判断。NK2140+966～2141+176（3－1－24）位置的锚索设计拉力为450kN，则分级张拉力f及其相应锚索伸长量l，如表1。张拉力及伸长量的关系曲线如图2。 表1f/kNl/mm45113锚索张拉力及其伸长量22533840545049554038.250.641.944.708.5417.1523.7330.62京港澳高速公路（粤境南段）是国家“两纵两横”国道主干线的重要组成部分，也是目前广东公路工程项目中规模最大的一条高速公路之一。广韶高速公路北起韶关甘塘，经曲江、翁源、英德、佛冈、从化、花都，南止于广州白云区太和镇，与广州市北二环高速公路和华南快速干线相连，全长199.34km，自2001年和2003年分段通车以来，至今已使用7～9年。沿线深路堑边坡加固的主体工程多为预应力锚索地梁结构，自2005年竣工至今已使用5年之久。2.2检测点位置选取原则 根据京港澳高速公路粤境南段边坡检测的相关要求，结合设计、施工与养护资料，为保证检测点具有代表性，选定抽检锚索的点位原则如下：（1）在每级边坡地质均匀条件下，左、中、右均匀布置检测断面，总体上“上下交错锯齿形”平面分布；地质变化较大时，不同地质情况下均需布置检测断面，每级边坡的每个检测断面布置1～2个待检锚索；（2）锚头位置有明显变形、裂缝、脱落、渗水等缺陷位置的锚索；（3）框架梁有明显变形、底部淘刷脱空等缺陷位置的锚索；（4）其它对边坡稳定与营运安全影响较大的锚索。依此原则，在11处边坡选取72根锚索进行预应力检测。2.3检测结果特例分析锚索的检测过程按本文介绍的检测方法进行，并图2张拉力及伸长量的关系曲线由表1及图2看出：随着张拉力的增加，相应伸长量也逐渐增加，其曲线存在一个拐点，在拐点之前，伸长量几乎呈虎克定律变化，在拐点之后相比拐点前伸长量增加较快，曲线较为平缓。分析判断该锚索的拐点为338kN，对应伸长量为8.54mm。在拐点处的张拉力即作为该锚索的预应力。2.4锚索当前预应力总体分析从被检测的11处边坡72孔锚索整体情况看，预表2 预应力状态孔数量/个点总量百分比/%73319139.745.826.418.1应力状态分类统计如表2。预应力状态（当前应力/设计应力）≥100%≥90%，＜100%≥80%，＜90%＜80%注：参考公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1－2004）72孔锚索平均预应力为364.8kN，平均应力状态为89.7%。由表2看出，11处边坡锚固工程结构整体应力状态较高，但相对于设计要求，边坡安全储备有所降低。从各个边坡情况来看，本次重点检测11处边坡的锚索预应力水平存在一定的差异，其中NK2140+966～NK2141+176，NK2140+688～+966两处边坡的整体预应力状态相对较低，分别为80.1%，83.3%，与设计要求相比，锚索加固体系的力学效应下降较为明显。综合工程地质和水文地质、边坡病害·188·SubgradeEngineering路基工程2012年第4期（总第163期）情况以及加固措施现状，该预应力特性暂未达到诱发边坡失稳的水平，但值得关注。 从单孔锚索应力情况看，存在7孔锚索预应力大于设计应力，各孔均属于个例现象，可排除因边坡岩体内部发生明显变形而导致锚索应力增加的可能，目前边坡病害较少亦印证这一点。因无法查询到施工期锚索张力数据，推断该应力特征与主要施工期超张拉（一般要求110%）有关。另外，存在4孔锚索预应力状态小于70%，最小为62%，预应力损失大，已超出了预应力损失的限值，但呈零星分布，非集中现象。分析认为：该预应力损失由混凝土的收缩及蠕变引起。锚索的锚头端处的框架梁本身有收缩和蠕变性质，在受到较大压力后会产生一定量的压缩变形，进而引起锚索的预应力损失。本次检测正值夏季、雨季，夏季气温高，雨季降雨量大且历时长，而气温及雨水均对锚索应力存在一定影响。（1）自然环境温度的变化导致岩土的温度变化而影响预应力的变化，夏季气温升高会导致预应力的增加，而降温则使预应力减小，在温度和锚索预应力变化之间有一时间间隔。（2）雨季降雨量大且历时长，雨水渗入岩体裂隙对锚索预应力具有显著的影响。雨水渗入岩体初始阶段锚索预应力会有所减小，但可忽略不计，接着锚索预应力会迅速增加，最大增加值可达到5%～15%，随着裂隙水逐渐消散，锚索预应力基本回到降雨前水平［7，8］［6］3 结论（1）对于京港澳高速公路（奥境南段）路堑边坡预应力锚索，各边坡锚索预应力状态存在一定的差异，所检测全部锚索的整体平均应力状态为89.7%，说明所抽检的边坡锚固工程结构整体应力状态较高。（2）在对锚索预应力检测结果进行评价时，要综合考虑检测时所处季节、当时的气温、雨水等对锚索预应力的影响。（3）本文采用的锚索预应力检测方法，操作简单，可靠性高，不仅适用于运营中的高速公路边坡预应力锚索检测，对于刚施工完毕的锚索预应力检测同样适用，同时也适用于其它锚固体系。参考文献：［1］何志宇，叶观宝，高彦斌，梁振宇．软土堤岸支护预应力锚索预应力损失特征研究［J］．路基工程，2011（3）：19－21．［2］何永强，赵德安．预应力锚索抗滑桩治理边坡稳定性分析［J］．路基工程，2010（5）：27－30．［3］刘光东．高速公路高边坡预应力锚索长期维护浅析［J］．公路交通技术．2009（1）．［4］韩侃．公路高边坡预应力锚索加固监测及分析［J］．西部探矿工程．2008（11）．［5］GB50086－2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范［S］．［6］刘玲，赵中夏，程智．岩质高边坡预应力锚固的几个问题［J］．交通科技与经济，2004（3）：4－5．［7］李英勇，王梦恕，张顶立，张思锋．锚索预应力变化影响因素及模型研究［J］．岩土力学与工程学报，2008，27（增1）：3140－3146．［8］张发明，刘宁，陈祖煜，赵维炳．影响大吨位预应力长锚索锚固力损24（2）．失的因素分析［J］．岩土力学，2003，。DetectionandAnalysisonPost-constructionStateofPrestressedAnchorCableforCuttingSlopeMAYang-qian（Guangzhou-FoshanHighwayLimitedCompany，Guangzhou510500，China）Abstract：Basedontheprestressdetectionon72anchorcablesat11slopesalongBeijing-Hongkong-Macauexpressway （thesouthsectioninGuangdong），thedetectionmethodforprestressonanchorcableisintroducedandthedetectionresultsisanalyzedandevaluated．Thusthereliabilityofthismethodisconfirmed，offeringbasisforevaluationoftreatmenteffectonslopebody．Keywords：Beijing-Hongkong-MacauHighway；highslope；prestressedanchorcable；prestressmonitoring