旋喷锚索预应力损失与控制浅析

旋喷锚索预应力损失与控制浅析

赵建龙

中冶地勘岩土工程有限责任公司   河北省邯郸市056003

摘要近年来随着城市建设速度加快，基坑开挖深度也随之越挖越深，针对冀南地区软弱地层旋喷预应力锚索受到设计及施工人员的重视和应用。本人通过冀南地区基坑支护工程为实列，对旋喷锚索预应力损失进行了测试分析，阐述了预应力损失的原因以及控制办法，以保证能更好的将基坑变形控制在允许范围之内，提高基坑支护工程的安全性。

关键词：旋喷锚索  预应力损失处理措施

1 工程概况

1.1工程简述

拟建建筑位于市区繁华地段，总建筑面积约为170000平方米，主楼3栋，地上24层，地下3层，框架剪力墙结构，裙楼4层。基坑长约210m，宽约100m，开挖深度14.5m-15.8m，基坑采用钢筋混凝土灌注桩+锚索，局部土钉墙支护形式，采用水泥土搅拌桩及高压旋喷桩进行止水，采用管井进行降水。基坑周边环境复杂：南侧相距35m为两幢在建27层住宅楼；基坑北临主路，下伏管线十分复杂，距离基坑最近的管线仅14.5m。

1.2水文地质条件

基坑土层物理力学指标如表I所示。

土层物理力学指标表1

2、旋喷锚索预应力损失原因分析

根据近几年的施工经验及对相关工程施工参数的整理和收集同时参考相关资料，并且在拟建工程中做了大量锚索张拉实验，总结如下影响因素：

一、张拉端锚具变形和钢绞线内缩引起的预应力损失：

（1）锚头、夹片是决定预应力锚索张拉卸载过程中钢绞线回缩量的重要因素，而钢绞线锚固时的收缩是产生预应力锚索应力损失的最主要原因。

（2） 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，并与张拉应力有关, 张拉应力越大, 松弛损失就越大。

二、物理及化学原因引起的预应力损失

（1）钢的热膨胀系数较高，冬夏温差为较大，尤其是北方城市，温差可能达到30-40℃则冬季施工的锚索在夏季会产生约较大的膨胀。

（2）锚索制作过程中会有隔离架及绑扎材料，水泥浆液等含有其他有色金属物质或者选用的水泥、砂石中硫化物等有害成分的含量超标也会产生应力损失的产生。

（3）地下水位上升使得土体的强度降低，导致滑力增大，土层抗滑力降低，这两个值的共同影响下使得锚索拉力增加。
　　三、人为或设备因素引起的预应力损失

1）锚索在焊接安装顶板工程中误伤锚索，在张拉过程中单根钢绞线拉断导致整个锚索张拉失效。

2）锚索孔外钢绞线的角度
　　锚索施工时往往预留1米左右钢绞线以便张拉操作。该部分钢绞线自重外加锚头、夹片、张拉时千斤顶的重量，导致钢绞线外露部分与成孔方向成一定角度，使锚索的拉力产生向上的分力。若锚索为多束钢绞线组成还会导致每束钢绞线受力不均，某几根受较大的张拉应力会加大松弛损失，这个因素对预应力造成的损失是比较大的。

3）锚具不匹配的影响
　　在张拉时夹片帽处于锚头与千斤顶之间，可以保证张拉时夹片不随钢绞线的伸长而远离锚头,减少回缩量。但若夹片帽与夹片不匹配，在张拉时夹片帽把夹片向锚头内按得过紧，张拉时会加大夹片与钢绞线之间的摩擦力。这个摩擦力不但会带来应力损失而且会使夹片破坏钢绞线表层，使钢绞线与夹片接触部位被刮得更平滑，减少了锚固时的摩擦力，必然会加大回缩量并带来应力损失。

4）人工加工角度板厚薄不一、工字钢垫板等安装不适当角度板和垫板焊接间距过大，承压锚定板受压后产生变形也是应力损失的一个原因。

5）千斤顶和压力表不对应、未经标定实际锁定值于设计锁定值不符。

6）锚索自由段与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失，使得张拉端到锚固段的实际张拉应力值逐渐降低实际张拉应力。

3. 减少预应力的损失的措施

    避免上述影响因素对锚索预应力损失的影响，为了尽可能将人为及设备、材料质量等可控因素造成预应力损失降低到最低，在锚索施工及张拉过程中采取如下措施：

1）根据金地大厦基坑不同剖面的设计值分别选取选取高强度低松弛5*7φ5 1860级、4*7φ5 1860级、钢绞线。

2）锚索注浆过程中选用普通硅酸盐水泥，避免其他水泥中的硫化物、氯化物等有害成分的含量超标对预应力钢材的腐蚀；

3）采取措施确保外露钢绞线与成孔方向一致。从安放钢筋到混凝土浇筑再到张拉，每一过程都要采取措施。安装钢筋时在钢绞线与钢筋交叉部位用刚度较好的塑料管套住锚索并调整塑料管的朝向与成孔方向一致并保持，可以有效地避免分力的产生。
4）角度板加工严格按照参数执行，并采用双垫板张拉锚索

角度板和垫板焊接时卡住垫板锚索外端两个孔外端，安装时承压板与冠梁或钢梁紧密结合。

5）周期监测观测井水位，雨后加大观测频次。硬化场地道路，临坡砌筑挡水墙，减少地表水渗透途径。场内及时将积地表水排走。

6）对张拉设备进行校核。

4. 锚索应力监测

    根据以往本地区其它类似工程的锚索预应力监测数据，预应力损失多在20%左右，预应力损失较高，有的工程此数据甚至更高，对本工程采用旋喷锚施工，张拉施工工程中采取了一系列的措施尽可能将人为及设备、材料质量等可控因素造成预应力损失降低到最低。

    同时本安装了14个锚索预应力损失监测计，对各个剖面的锚索分别进行预应力监测，监测设备为XS-169振弦式锚索计通过监测曲线可以看出旋喷锚索预应力损失比较明显的在前1个月，其中初始锁定和张拉机械卸载后差值较为明显。初始锁定值和卸荷后锁定值差额最大值为21KN,占设计锁定值的4.7%；最终锁定损失量约为设计锁定值的4.8%~11.3%。

  由此可看出张拉锁定到卸载后锁定值损失较为明显，且此损失值占总损失值的57%~72%。

　6.结论
　　随着旋喷锚预应力锚索支护在基坑工程中不断应用，减少预应力锚索的应力损失对基坑安全具有深远的意义。采取措施降低应力的损失对降低施工风险、减少工程造价、缩短工期有很大的帮助。

参考文献：
[1] 杨晓东. 锚固与注浆技术手册. 中国电力出版社.
[2] 韩光 1，朱训国2，王大国2. 锚索预应力损失的影响因素分析及其补偿措施[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2008 年4 月第27 卷第2 期.
[3] 《锚索预应力损失影响因素分析》冯文娟 琚晓冬 2009.5 《山西建筑》第35卷14期

[4]《锚索预应力损失变化规律分析》   谌 军    中国科技论文在线

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