王琴琴,代文廳，陳開圣,陳 斌

(1.黔南交通試驗檢測有限公司，貴州 都勻 558000；2.貴州工大土木工程試驗檢測股份有限公司，貴州 貴陽 550018；3.貴州大學 土木工程學院，貴州 貴陽 550025)

貴陽市地形復雜，以喀斯特地貌為主，道路的修建避免不了要開山放坡，這就使得貴州省高速公路兩側(cè)涌現(xiàn)出大量的路塹高邊坡[1]。因其能充分發(fā)揮和提高巖土體的強度，有效控制巖土體的變形，預應力錨索已在基坑、邊坡、隧道、礦山等工程中廣泛應用[2]。預應力錨索是通過對錨索施加張拉力以加固巖土體使其達到穩(wěn)定狀態(tài)或改善內(nèi)部應力狀況的支擋結(jié)構(gòu)。通過對錨索施加預應力,能夠主動控制巖土體變形，調(diào)整巖土體應力狀態(tài)，有利于巖土體的穩(wěn)定性[3]。楊仁樹等[4]為了在巷道圍巖控制中防止錨索發(fā)生剪切破斷，充分發(fā)揮錨索的優(yōu)越性能，在錨索拉伸試驗的基礎上，建立了一套錨索雙剪試驗系統(tǒng)，對錨索的剪切力學特性進行試驗研究。孫彥鵬等[5]針對預應力錨索內(nèi)部應力監(jiān)測難題，研發(fā)了一種新型預應力錨索內(nèi)部應力監(jiān)測結(jié)構(gòu)，并通過破壞性張拉試驗和多級荷載反復張拉試驗對該監(jiān)測結(jié)構(gòu)進行測試。劉晶晶等[6-7]通過對多節(jié)點加載預應力錨索格構(gòu)梁室內(nèi)模型試驗的研究，認為受邊坡坡角和錨索傾角的影響，格構(gòu)梁底面存在的摩擦力對格構(gòu)梁的變形和受力狀態(tài)有較大影響，并對實測結(jié)果與理論計算結(jié)果進行了對比分析。由此可見，預應力錨索加固邊坡研究成果主要集中在承載特性方面，而預應力錨索張拉方式對邊坡及支護結(jié)構(gòu)的安全性影響如何，相關文獻報道很少。

本文進行了沿鋼絞線軸線方式張拉和與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉的室內(nèi)模擬試驗，通過試驗結(jié)果的對比，分析現(xiàn)場實際施工工況條件對邊坡支護結(jié)構(gòu)受力與變形的影響，為邊坡穩(wěn)定性提供技術依據(jù)，同時也為其他類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某邊坡分段開挖，一次性開挖高度6 m，長度60 m，為永久性一級邊坡，采用預應力錨索支護。施工圖紙中設置斜錨具張拉，使錨索在封錨后形成25°的夾角。施工單位在施工過程中對沒有安裝斜錨具的錨索(圖1)進行了張拉，不滿足設計文件要求，需進行室內(nèi)模擬試驗后方可評議該支護結(jié)構(gòu)的安全性。室內(nèi)模擬試驗為判斷該工程的安全性提供依據(jù)，并為類似工程提供技術借鑒。

(a)現(xiàn)場張拉 (b)張拉后脫空

2 模擬試驗方案

2.1 模擬試驗目的

假設錨固段和鋼筋混凝土為剛體，因施工單位不按設計圖設置斜錨具，對支護結(jié)構(gòu)受力和變形產(chǎn)生影響，需進行室內(nèi)模擬試驗，整理好試驗數(shù)據(jù)及初步分析，為有關部門對該支護結(jié)構(gòu)的安全性評價提供依據(jù)。

2.2 模擬試驗方法

2.2.1沿鋼絞線軸線方式張拉

邊坡施工圖設計采用斜錨具方式張拉，如圖2和圖3所示。張拉方法為：正式張拉前，應取0.1～0.2倍錨索軸向拉力值，對錨索預張拉1～2次，使其各部位接觸緊密和完全平整。采用整束張拉，每級張拉預應力按設計值(500 kN)的1/4計算，每次張拉兩級，每兩級張拉時間間隔不少于15 min，兩次張拉時間間隔不少于3 d，整束鋼絞線的鎖定荷載為設計張拉值(500 kN)的1.1倍即550 kN。預應力錨索鎖定48 h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)預應力損失大于設計值的10%，應進行補張拉。模擬試驗采用沿鋼絞線軸線方式張拉，加載方式與設計一致。

圖2 設計張拉方式剖面圖

圖3 沿鋼絞線軸線方式張拉平面圖

2.2.2與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉

邊坡施工中實際采用與樁身平行的錨具方式張拉，如圖4和圖5所示。張拉方法為：與鋼絞線軸線成25°夾角進行張拉。張拉方法與沿鋼絞線軸線方式張拉方法相同，加載方式與設計一致。

圖4 施工張拉方式剖面圖

圖5 與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉平面圖

2.3 模擬試驗步驟

2.3.1沿鋼絞線軸線方式張拉

原材料試驗結(jié)束并且合格的情況下，進行錨固組裝件室內(nèi)模擬試驗。沿鋼絞線軸線方式張拉試驗步驟如下：

組裝件安裝：將10束鋼絞線穿過10孔錨具，按圖2方式進行安裝，做3個組裝件靜載錨固性能試驗，張拉方式為整束張拉。斜托安裝在錨具和支承墊板之間，錨索測力計安裝在斜托與錨具之間。

張拉端加載：模擬設計加載工況，以錨索張拉鎖定值550 kN的20%→40%→100%→110%緩慢均勻進行張拉，每級持荷15 min，再返回至鎖定值550 kN,持荷48 h,記錄應力損失(工況1)。

錨固端加載：模擬土壓力、孔隙水壓力增大等不利環(huán)境因素影響，以鎖定值550 kN為初始力，以鎖定值的1.2倍→1.3倍→1.5倍慢慢均勻進行加載，每級持荷15 min，至1.5倍鎖定值時持荷48 h，記錄應力損失(工況2)；再以相同速率加載至鎖定值的1.6倍→1.8倍→2.0倍，每級持荷15 min，至2.0倍時持荷48 h，記錄應力損失，同時記錄該級應力下的變形值(工況3)。若此時組裝件破壞，試驗結(jié)束，并記錄破壞情況；若未破壞，繼續(xù)加載，直至組裝件破壞，記錄破壞情況[8](工況4)。

各階段各級加載速率為100 MPa/min[7]。

2.3.2與鋼絞線成25°夾角方式張拉

試驗步驟與沿鋼絞線軸線方式張拉相同，加載方式與設計一致。

3 試驗結(jié)果分析

錨固組裝件室內(nèi)模擬試驗數(shù)據(jù)見表1。沿鋼絞線軸線方式張拉試驗結(jié)果如圖6、圖7所示，與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉試驗結(jié)果如圖8、圖9所示。

表1 試驗結(jié)果

圖6 沿鋼絞線軸線方式張拉試驗 圖7 沿鋼絞線軸線方式張拉(中間斷裂)

圖8 與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉試驗 圖9 與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉(兩端斷裂)

4 結(jié)論

1)沿鋼絞線軸線方式張拉：張拉端鎖定550 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.3%，應變平均值為0.26%；錨固端鎖定825 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.4%，應變平均值為0.40%；錨固端鎖定1 100 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.6%，應變平均值為0.55%；組裝件鋼絞線斷裂位置位于組裝件中間，破壞荷載強度平均值為1 918.60 MPa。

2)與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉：張拉端鎖定550 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.3%，應變平均值為0.26%；錨固端鎖定825 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.5%，應變平均值為0.46%；錨固端鎖定1 100 kN持荷48 h，預應力損失平均值為0.7%，應變平均值為0.58%；組裝件鋼絞線斷裂位置位于兩端錨具附近，破壞荷載強度平均值為1 754.69 MPa。

3)與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉的破壞荷載強度平均值(1 754.69 MPa)比沿鋼絞線軸線方式張拉的破壞荷載強度平均值(1 918.60 MPa)小8.54%；比規(guī)范的抗拉強度標準值(1 860 MPa)小5.66%。說明不同的張拉方式對鋼絞線的抗拉強度影響不同，與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉對鋼絞線的抗拉強度有所減小。

4)與鋼絞線軸線成25°夾角方式張拉的鋼絞線破壞荷載強度是設計控制應力(393 MPa)的4.46倍，是設計超張拉應力(432 MPa)的4.06倍，說明本工程鋼絞線的設計控制應力遠小于非軸線張拉破壞荷載強度。

5)為確保工程安全，建議對邊坡和支護工程加強巡視，按有關規(guī)定對工程監(jiān)測監(jiān)控。