易著煒 ，賈志欣

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 巖土工程研究所，北京 100048；2.柳州歐維姆工程有限公司，廣西 545005）

1 研究背景

目前，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)已在我國水利、水電、鐵路、公路等基礎(chǔ)工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了長足的發(fā)展［1］。主要表現(xiàn)在：設(shè)計理論、錨索結(jié)構(gòu)、施工工藝、施工機(jī)具、新型材料、施工管理、施工監(jiān)測等方面都有了突破和成就?；旧夏茏龅结槍Σ煌墓こ烫攸c及要求、不同的地質(zhì)條件和環(huán)境，采用不同的錨索結(jié)構(gòu)、不同的施工材料和不同的施工工藝，從而使得錨固技術(shù)的應(yīng)用都取得完好的效果，也更進(jìn)一步推動了錨固技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。同時，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，巖土工程對象的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，對于承載力比較低的軟弱巖土體加固，采用往常的拉力集中型錨索已很難滿足工程需要。近年來，針對軟弱破碎巖土體，特別是在承載力比較低的軟弱巖土體加固方面，壓縮分散型錨索由于其受力結(jié)構(gòu)好，有了較多的應(yīng)用，取得了良好的加固效果。隨著壓縮分散型錨索的普遍應(yīng)用，設(shè)計與施工中暴露出的一些常見問題也越來越受到工程界的重視。本文結(jié)合實際工程，就錨索施工工藝及影響因素進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場試驗研究，提出了壓縮分散型錨索設(shè)計與施工方面的建議，為壓縮分散型錨索的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

2 壓縮分散型錨索的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 壓縮分散型錨索的發(fā)展 采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行巖土體加固，具有巖土體受破壞小、施工靈活、速度快、干擾小、受力可靠，且為主動受力等優(yōu)點。我國自從20世紀(jì)50年代末開始引進(jìn)和使用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，至今已應(yīng)用了將近60年。這期間，由于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，錨固技術(shù)在實踐中不斷應(yīng)用和發(fā)展，出現(xiàn)了新材料、新工藝、新機(jī)具、新方法和新理論。錨索的類型也從單一化發(fā)展為多樣化。目前廣泛應(yīng)用的錨索類型主要有：從受力機(jī)理來分，可分為拉力型，壓力型和拉壓混和型；從受力分布來分，可分為受力集中型和受力分散型；從使用功用上分，可分為永久錨固型和可拆除型［2-4］。

壓縮分散型預(yù)應(yīng)力錨索近年來有了較多的應(yīng)用，并取得了良好的加固效果。軟弱巖土體的主要特性是無論其峰值強(qiáng)度還是殘余強(qiáng)度都是很低的，其承載力低、穩(wěn)定性差。壓縮分散型預(yù)應(yīng)力錨索是一種能充分利用巖體的峰值強(qiáng)度，又兼顧到軟巖強(qiáng)度低這一特點的主動加固方法，因而更適合于軟弱土質(zhì)加固工程。它是在無黏結(jié)鋼絞線上按一定距離分散布置若干承載體，將錨索拉力分散為幾個較小的壓力，分別作用于幾個較短的錨固體上，從不同位置調(diào)動錨索錨固區(qū)的承載能力，逐步衰減至自由段。和常用的拉力集中型錨索相比，它使錨固體與周圍土體的黏結(jié)應(yīng)力峰值大幅降低并較均勻地分布到整個錨固段長度上，克服了拉力集中型錨索承載力與錨固段長度呈非正比增加、黏結(jié)應(yīng)力峰值突出、防腐性能較差等缺陷，充分利用了巖土體的抗剪強(qiáng)度，顯著地提高了錨索的承載能力。

2.2 壓縮分散型錨索作用機(jī)理［5］壓縮分散型錨索通常設(shè)有兩級或兩級以上承載體，每個承載體上錨固兩根或多根鋼絞線呈對稱或均勻分布，以避免張拉受力時承載體因受力不均而產(chǎn)生偏斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力張拉時，考慮到鋼絞線不等長而產(chǎn)生受力不均的現(xiàn)象，需采用單根鋼絞線預(yù)緊、分錨頭、分級張拉的張拉工藝。預(yù)應(yīng)力張拉時，預(yù)應(yīng)力通過鋼絞線傳至每個承載體上，承載力通過壓縮注漿漿體傳遞荷載。這樣，每個承載體端部承受力最大，并逐漸遞減。整個錨固段將大的集中荷載轉(zhuǎn)化成單個承載體較小的集中荷載，將預(yù)應(yīng)力平均分散在若干個并聯(lián)的承載體上，有效地改善了內(nèi)錨頭的應(yīng)力分布狀態(tài)，避免了將預(yù)應(yīng)力集中地通過惟一1個錨固段砂漿傳遞給巖土體，從而提高了內(nèi)錨頭的可靠性。

2.3 壓縮分散型錨索優(yōu)點［6］壓縮分散型錨索由于其自身的特殊結(jié)構(gòu)及受力特點，而具有顯著優(yōu)勢。

（1）壓縮分散型錨索將荷載有效分散，使錨固段巖土體應(yīng)力分布更均勻，能有效利用巖土體的強(qiáng)度。在同樣的巖土體中，采用分散型錨索結(jié)構(gòu)可提供更大的錨固力。

（2）壓縮分散錨索型有效利用了錨固段。只要設(shè)計合理，無效錨固段就非常小。因此，在同樣的錨固力要求下，可縮短錨固段長度，從而減短了錨索長度，降低了工程造價。

（3）壓縮分散型錨索由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用全長全封閉多重防腐，耐腐蝕能力強(qiáng)，錨索使用壽命增加。

（4）壓縮分散型錨索在施工完成后，鋼絞線全長仍為無黏結(jié)狀態(tài)，承擔(dān)外錨頭傳來的荷載。因此分散壓縮型錨索適應(yīng)變形能力大，一旦結(jié)構(gòu)物有外荷載的增加，錨索仍能根據(jù)荷載變化受力而不致發(fā)生剪切破壞（在錨索安全承載系數(shù)范圍內(nèi)）。特別適用于有反復(fù)外荷載作用下的結(jié)構(gòu)物當(dāng)中。

（5）壓縮分散型錨索可在外錨頭設(shè)置傳感器，達(dá)到永久性觀測的目的。同時還可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對錨索進(jìn)行2次或多次補(bǔ)張拉，以消除鋼絞力應(yīng)力損失和蠕變影響。

2.4 壓縮分散型錨索應(yīng)用特點［7-8］由于壓縮分散型錨索的特殊結(jié)構(gòu)，具有明顯的優(yōu)、缺點。因此，它的應(yīng)用必須是有針對性的推廣，根據(jù)具體的工程特點而選用。

（1）該錨索結(jié)構(gòu)由于防腐效果非常好，特別適用于工程防腐等級高的工程結(jié)構(gòu)中，尤其是永久性防護(hù)工程。

（2）該錨索結(jié)構(gòu)具有分散承壓的特點，特別適用于解決軟土和復(fù)雜土質(zhì)的工程，以及設(shè)計張拉力較大的堅硬巖體及軟弱巖體中。這是因為：土體軟弱或土質(zhì)復(fù)雜，錨固力不足是其最大的缺點，而采用該結(jié)構(gòu)能充分利用土體的強(qiáng)度，同時還可以通過增加承載體數(shù)量的方法來增加承載力，或者輔以壓力灌漿或二次灌漿的方法使錨固力不足的問題得以解決；在設(shè)計張拉力較大的堅硬巖體中，由于注漿漿體強(qiáng)度有限，同時由于注漿工序隱蔽性強(qiáng)，很難以檢查，采用分散承壓型錨索結(jié)構(gòu)后，可以將較大的張拉力分散，從而對漿體的強(qiáng)度要求相對較低，目前的施工工藝和方法很容易達(dá)到，同時漿體處于承壓狀態(tài)，較漿體的受拉狀態(tài)（指拉力型）要好得多；在設(shè)計張拉力較大的軟弱巖體中，錨固力不足也成為錨索應(yīng)用的最大不足之處，而采用分散承壓或增加錨固體數(shù)量的方式方法可解決這一難題。

（3）由于其承載體分布位置的不同，致使錨索鋼絞線存在不等長現(xiàn)象。因此，它不適宜用于加固結(jié)構(gòu)物變形大的工程中。在自由段短或錨固段各承載體間距大的情況下，各錨頭受力的不均勻現(xiàn)象更為突出，嚴(yán)重時會導(dǎo)致最外（即靠近外錨頭）承載體局部破壞或鋼絞線破斷，繼而引起張拉力重新分配，增加其它承載體錨固段受力和鋼絞線受力，最不利情況還會產(chǎn)生從外到里依次連續(xù)破壞，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

3 現(xiàn)場試驗與研究

結(jié)合京杭大運(yùn)河淮安三線船閘加固工程，針對新型壓縮分散型錨桿進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場實驗，旨在研究提高壓縮分散型錨桿在軟弱土質(zhì)中的承載力的方法。

3.1 試驗研究內(nèi)容 （1）施工工藝對錨索承載力的影響；（2）設(shè)計參數(shù)的改變對錨索承載力的影響；

（3）加載程序?qū)﹀^索承載的影響。

3.2 試驗設(shè)備 加載系統(tǒng)：（1）YCWl50B千斤頂；（2）ZB4—500型高壓油泵；反力系統(tǒng)：反力系統(tǒng)采用被錨錠閘室鋼板樁；觀測系統(tǒng)：觀測系統(tǒng)采用獨(dú)立架設(shè)的觀測梁；（3）位移測量系統(tǒng)采用0-50mm的百分表；（4）壓力測量系統(tǒng)采用0-50MPa的壓力表。

3.3 試驗內(nèi)容

3.3.1 施工工藝對錨索承載力的影響 第一種情況：采用一次灌漿施工工藝和采用二次灌漿施工工藝，各施工一根錨索，對結(jié)果進(jìn)行比較見表1。結(jié)果表明二次灌漿后，錨索承載力提供30%以上。

表1 閘室土錨試驗成果匯總

第二種情況：由于地質(zhì)軟弱或復(fù)雜，施工工程中，部分孔出現(xiàn)地表冒水、灌漿的現(xiàn)象，為解決這一問題，采用全套管跟進(jìn)成孔，并在套管內(nèi)下索注漿工藝，并分別進(jìn)行試驗，見表2。試驗中在土質(zhì)軟弱、地質(zhì)復(fù)雜情況下，出現(xiàn)冒水、冒漿現(xiàn)象，造成成孔質(zhì)量和灌漿質(zhì)量下降，直接影響錨固力。但在采用全套管施工工藝，并在套管內(nèi)下索注漿后，能確保證成孔和灌漿質(zhì)量，保證錨固力。

表2 閘室土錨試驗成果匯總

3.3.2 改變設(shè)計參數(shù)對承載力的影響 第一種情況，通過增加二次灌漿漿量的方法，與沒有增加二次灌漿情況進(jìn)行比較（表3）。試驗結(jié)果表明，單純通過增加二次注漿漿量的方法并不能有效提高錨索承載力，應(yīng)根據(jù)灌漿壓力及合理注漿量綜合考慮。

表3 閘室土錨試驗成果匯總

第二種情況：通過增加單元錨固段長度，從而增加總錨固段長度，與未增加錨固段長度的情況進(jìn)行比較（表4）。通過增加承載體間距，從而增加錨固段長度，對提高承載力效果不明顯。

表4 閘室土錨試驗成果匯總

第三種情況：增加承載體數(shù)量并增加錨固段長度對承載力的影響（表5）。增加承載體數(shù)量后，承載力明顯增加。

表5 閘室土錨試驗成果匯總

3.3.3 加載程序?qū)Τ休d力的影響 在原設(shè)計第一層錨桿采用2～3個承載體，第二層錨桿設(shè)計采用4個承載體布置。在第二層錨桿的試驗過程中由于采用4個承載體，錨固段長，自由段短，按原設(shè)計張拉力進(jìn)行預(yù)張拉荷載補(bǔ)償后發(fā)現(xiàn)，隨著試驗力的增加，各承載體力的分布極不均勻，造成3根索最短鋼絞線承載體破壞，而另外3根索通過改進(jìn)加載程序后，全部試驗成功。說明多個承載體張拉程序需改進(jìn)。試驗成果見表6。

表6 閘室土錨試驗成果匯總

4 工程應(yīng)用實例

4.1 京杭大運(yùn)河淮安三線船閘中 京杭大運(yùn)河淮安三線船閘擴(kuò)建工程，位于江蘇省淮安市，船閘規(guī)模為260m×23m×5m采用了鋼板樁加土錨的結(jié)構(gòu)形式，布設(shè)兩層錨桿共434根。閘室下游導(dǎo)船墻采用了地連墻加土錨的結(jié)構(gòu)形式，布設(shè)兩層錨桿共計850根。錨桿采了3～4個承載體的新型分散壓縮型錨桿，并進(jìn)行二次灌漿，錨固地層為黏土、亞黏土混粉砂、淤泥質(zhì)粉土、粉砂、中砂礫石等。工程已投入使用7年且運(yùn)行良好。

4.2 江蘇諫壁一線船閘加固工程 諫壁一線船閘建于20世紀(jì)80年代，船閘規(guī)模為20m×230m×4m，閘室墻采用375#漿砌石空箱結(jié)構(gòu)。兩側(cè)閘墻除閘室中部50m范圍內(nèi)采用了鋼筋混凝土沖孔灌漿樁處理外，其余均未進(jìn)行地基處理。2001年發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)閘墻東面75m閘墻皆出現(xiàn)了前傾位移，最大位移10.2m，嚴(yán)重影響了通航安全。加固工程采用錨索對75m閘墻進(jìn)行加固。錨索采用了4個承載體的壓縮分散型土錨。錨固地層為填土層，粉質(zhì)黏土層。工程已投入使用7年且運(yùn)行良好。

4.3 長琿高速公路邊坡加固 該工程位于吉林省敦化至延吉一級公路上，采用錨索+錨管樁+框架梁復(fù)合支護(hù)方案。共采用了660根壓縮分散型土錨，錨索為1500kN級。錨固地層為粉砂巖層，全風(fēng)化泥巖，強(qiáng)風(fēng)化礫巖，屬于強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)膨脹特性的軟巖。工程已投入使用3年且運(yùn)行良好。

5 結(jié)語

通過對壓縮分散型錨索的一系列現(xiàn)場試驗研究，得出以下幾點認(rèn)識：

（1）在軟弱土質(zhì)及復(fù)雜土質(zhì)中應(yīng)用錨固技術(shù)，壓縮分散型錨索具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但一定要針對土質(zhì)特性采取適當(dāng)?shù)墓に嚕_保成孔及灌漿質(zhì)量。

（2）在軟弱土質(zhì)及復(fù)雜土體中，采取分散壓縮型錨索并輔以二次灌漿技術(shù)，對提高承載力及保證錨索質(zhì)量，具有很明顯的作用。

（3）設(shè)計上要考慮分散壓縮型錨索的特性，優(yōu)化張拉程序。

（4）應(yīng)抓緊投入開發(fā)檢測及監(jiān)測儀器，對內(nèi)錨頭作用機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步研究，為推廣應(yīng)用服務(wù)。

（5）由于錨索施工必將影響到周圍建筑物及周邊環(huán)境，未來可拆性錨索將具有很廣闊的發(fā)展前景。利用壓縮分散型錨索結(jié)構(gòu)作可拆性錨索，具有很便利的條件。

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