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1、锚杆预应力损失影响因素及对策论述石家庄铁道大学 李 伟120147134摘 要：在基坑开挖及边坡支挡工程中，预应力锚固由于其主动支护的优越性而给广泛应用，而又因 为岩土体的复杂性出现很多此方面的工程问题，最为严重的即为锚杆预应力损失及由此引发的安全评 价问题。针对此问题，本文对影响锚杆预应力变化的因素展开论述，并根据这些因素提出减小锚固预 应力损失的对策。关键词：预应力锚杆；预应力损失；边坡工程0.引言预应力锚固作为一种主动支护手段，大大不同于传统被动式支护，其主动支护的优越性已被广大设计 人员认可。在各种深基坑围护技术中，桩锚支护结构具有支护效果好、适应性强和施工简便等特点，更重 要的是在侧
2、限受到严格限制的地带，由于锚杆与边坡岩土体锚固在一起形成统一的复合体，而使得此项技 术更显示其独特的优越性。由于边坡岩土体的复杂性，对于预应力锚固机理、锚固后边坡的力学性状及锚杆预应力引起的岩土体 内的应变等问题，目前有许多文献进行了研究和探讨。在施工和使用过程中，预应力锚杆不可避免地会出 现一定量的预应力损失，如何使锚杆保持长期稳定的预应力是关系到加固工程成败的一项基本因素。因此, 充分了解影响锚杆预应力变化的因素，根据这些因素提出减小锚固预应力损失的对策，并针对这些措施作 出相应的安全性评价。1.影响锚杆预应力变化的因素锚杆预应力的变化受许多因素的影响。其中有的因素反映在锚杆张拉、锁定阶段
3、，在该阶段完成后， 其作用基本消失，而有的因素却对预应力的变化起到长期的作用。1.1锚杆锁定时瞬时预应力损失预应力锚杆的外锚固一般采用夹片口锚体系，在千斤顶回油的瞬间，使得其钢绞线不对避免地向内回 缩，并带动夹片回缩，最终使得锚具、夹片和钢绞线Z间相互R牢而达到锁定H的，其钢绞线回缩过程也 使锚杆的有效预应力降低。因此，测试冋缩过程中锚杆应力的损失幅度和影响因素，将对确定锚杆张拉值 的人小有重要的意义。1.2锚杆锁定后短时间内预应力损失锚杆在锁定后的损失变化主要由以下儿个方面引起：钢材的应力松弛；混凝土的徐变；被加固 介质的流变和破碎岩体中裂隙的逐渐压密；具他一些影响因索，例如气温变化等。由于
4、冃前工程中普遍采用的是高强低松弛的钢绞线，因此，钢材的松弛量影响相对较小，对锚杆冇效 预应力降低的彩响也就相对较小。预应力损失的主要彩响因索是被加固介质的流变和裂隙的压密，由于在 实际工程中坡体各个部位的裂隙发育程度不完全-致，土体的特性也不相同，从而造成实际损失的偏差较 大。对于土的力学性质较差的地方，锚杆的预应力损失相对较大；而岩性相对较好的地方，锚杆的预应力 损失则相对较小。另外，由于被加固土体的流变本身是一个非线性的过程，从而导致了预应力损失也是非 线性的。1.3钢材松弛对预应力的影响由于预应力锚杆处长期的受荷状态，锚杆将会因松弛而导致预应力的损失。长期受荷钢材预应力松 弛损失量通常为
5、5%10%,在相同的应力作用下，受荷100h的松弛损失约为受荷lh所造成损失的2倍； 受荷1000h的松弛损失约为受荷lh的2.5倍。钢材的应力松弛值与张拉荷载的人小也有一定关系，当施 加的应力超过钢材强度的50%时，应力松弛会显著增加。1.4地层徐变对预应力的影响岩体的徐变对锚杆预应力变化的影响表现为3个方而：土体是一流变体，具有徐变特征，在外荷 载作用下，土体发生徐变现象，从而导致锚杆预应力的降低。施工期，边坡岩体的开挖卸载，形成了临 空面，使土体内部应力释放，土体向临空面方向发生变形，从而增加了预应力值，这种增加预应力的效应 具有明显的时间性，且随着施工期的结束，锚固力的变化将逐渐趋缓。
6、土体的结构和物理以及力学性质 是制约土体变形的主要因素，施加预应力初期，土体的压缩变形显著，预应力减小明显。1.5降雨入渗对预应力的影响降南量及降雨历时对锚固力的影响集中反映在岩体裂隙鮫为发育，渗透系数较大的岩土体中。降雨对 锚杆预应力的影响主要表现为锚固应力的增加，而且，具有时间滞示效丿八其原因是裂隙或者孔隙被渗水 充填后产生湿胀，锚杆杆体拉伸，从而使锚固力增加。随着裂隙水，孔隙水的消散，增加的锚同预应力也 会消散，并基本回到降雨前的预应力水平。因此，做好边坡的排水与防渗，有利于锚固荷载的长期稳定性。1.6环境腐蚀对预应力的影响岩土介质及地下水中的侵蚀物质，在一定条件下，岩土介质中酸碱度、氯
7、化物以及硫酸盐，均町对锚 杆及混凝土造成腐蚀，然而锚杆一般都是施加预应力的，接近锚杆屈服应力作用下，其锈蚀随时间延长而 加快。因此，锚杆在施加预应力条件卜，应力腐蚀将引起预应力的损失。当应力超过某一临界值后，锚杆 戻至会在腐蚀并不严重的情况卜发牛脆断，该情况卜，锚杆较普通混凝土中钢筋的腐蚀要复杂。应力腐蚀 还会引起混凝土和锚杆组成材料的物质与结构变化，从而进一步造成预应力损失。2 针对预应力损失提出的对策根据倒内外岩十锚固技术的发展及部分被检验揭示的岩土锚固T程长期性能的状况分析，为提高岩土 锚固的长期性能，确保锚固工程的长期安全T作，应采取以下主要途径和方法。2.1锚杆设计应有足够的安全度预
8、应力锚杆设计应合理确定锚杆的工作荷载和H由张拉段长度，选取足够的杆体抗拉安全系数和锚固 体抗拔安全系数。锚杆的占由段长度不应小于5.0 m,并应伸入潜在滑移面或破坏面1.5m以上。永久性岩 土锚杆的抗拔安全系数应不小于2.0,锚杆体的抗拉安全系数应不小于1.8。对于采用高强钢绞线、钢丝做 筋体的高承载力预应力锚杆，为有效避免多根钢绞线受力不均及筋体在高拉应力状态下的应力腐蚀的不良 影响，杆体的抗拉安全系数应不小于2.0。2.2建立有效的锚杆防护体系永久性锚杆的所有部件，均应有完善的防腐保护方法，应该建立有效的锚杆防护体系，其防护要点有: 周密调查、检验和判别锚杆工作环境的腐蚀性； 永久性锚杆应
9、采用双层防护措施； 锚杆防护的自由段应永久自由，确保锚杆荷载完全传递给锚固体； 锚杆张拉锁定后，务必对锚头下方进行密封灌浆； 对外露的钢绞线、钢筋及锚具，必须及时涂抹防腐汕脂，锚头的混凝土保护层厚度不得小于5cm； 防护系统必须具冇足够的强度和韧性。2.3发展能改善力学与化学稳定性的锚固结构对土层与软岩锚固，应推行压力分散型锚固体系。这种锚杆受荷时，可显著降低应力集中现象，黏结 应力分布均匀，蠕变量小，且锚杆全长均为双层防腐，锚固段灌浆体基本上处于受压状态，防腐性能好。 对软土锚固，应采川可重复高压灌浆型锚杆，以大幅度捉高锚杆的极限抗拔力和降低蠕变变形。对节理裂 隙发育的破碎岩层或溶蚀岩层的锚
10、固，应发展袋式挤压型锚杆，以抑制水泥灌浆浆液的流失，提高锚固段 灌浆体的饱满度和完整性。对承受反复荷载的锚固工程，应采丿IJ扩体型锚杆，以增加锚杆与地层间的咬合 效应，抑制变异荷载作用下锚杆的附加位移。对在海水或强腐蚀地层中工作的锚固工程，可考虑采川环氧 涂层钢绞线、纤维增强塑料等材料做筋体的锚杆。2.4认真履行锚杆的验收试验必须不折不扑【地按规范规定的锚杆数量、最大试验荷载值(永久性锚杆应为锚杆拉力设计值的1.5 倍)、试验方法和验收合格标准实施验收试验。特別耍严格遵守锚杆在最大试验荷载卜-持续1()或60min, 其蠕变量应分别小于1.0和2.0mm的规定。如超过这一数值，则锚杆口丁能在使
11、川过程中因蠕变量过大而 失效。验收试验不合格的锚杆应及时更换或降低其设计抗力使用。任何马虎、轻率和不规范的验收试验都 会给锚杆长期性能带来后患。2.5建立完整的锚固工程长期监测与维护管理体系岩土锚固工程的整个生命周期内，在暴雨、冻融、干湿交替、变界荷载、爆破、开挖和震动等不利因 索影响卜会使锚杆工作荷载增加，影响到锚杆的工作性能，特别对设计施工存在缺陷的锚固工程，对这些 不良工作环境的抵抗能力是很差的。因此，务必对岩土锚固工程建立完整的锚杆长期性能监测、检测系统, 加强对岩土锚固工程的维护管理与安全评价，切实掌握岩土锚固工程整个生命周期内的安全工作状态。对 少量或个别安全度不足的锚杆，应及时釆
12、取有效的处理措施。3.结论(1) 对基坑开挖及边坡支挡工程中的经常采川的预应力锚杆结构來说，影响锚杆预应力损失的因素主 要体现在钢材松弛、土体徐形、降雨入渗及环境腐蚀等因素。(2) 锚固结构设计中保持足够的安全度、对锚杆实施全面有效的防腐保护，采用良好稳定性的锚固结 构和严格规范的锚杆验收标准，是改善与提高锚固工程长期性能的主要途径和方法。参考文献11苏学贵，李彦斌，盂秀生.锚索预应力损失影响因素分析卩西安矿业学院学报，1999.19:87-90. 韩光,朱训国，王大国.锚索预应力损失的影响因素分析及补偿措施|J辽宁工程技术大学学报，2008,27:176179.3 阎莫明，徐祯祥，苏自约，等.岩土锚固技术手册M.北京：人民交通出版社,2004:148-153.4 程良奎.岩土锚固研究与新进展J.岩石力学与工程学报，2005,2(21):3803 - 3811.5 韩军,张智浩，艾凯.影响岩土锚固工程安全性的儿个关键性问题J.岩石力学与工程学报，2006,5:3874387&6 程良奎，范景伦，韩军，等.岩土锚固M.北京：中国建筑工业出版社,2003.7 丁多文，白惟伟.预应力锚索加固岩体的应力损失分析J.工程地质学报,1995,3:65 -69.
