锚索张拉计算.doc

压力分散型锚索张拉工艺研究
叶杜平
（中铁十一局集团第四工程有限公司 福建浦城 353402）

摘要：压力分散型锚索因其独特的优势，现越来越广泛的被用于高速公路高边坡的防护和加固中。压力分散型锚索施工中最重要的一环就是锚索的张拉。本文通过浦南高速公路压力分散型锚索施工的实例对锚索的张拉施工工艺进行探讨和研究。
关键词：锚索 张拉 研究
1 概述
压力分散型锚索的施工工序主要包括：施工准备→锚孔钻造→锚筋制安→锚孔注浆→框架梁施工→锚索张拉锁定→锚孔封锚。其中最重要的一个环节就是锚索张拉锁定。锚索的张拉锁定工序可分为差异荷载增量和理论伸长量的计算及现场超张拉、锁定工作。
2 差异荷载增量和理论伸长量的计算
2.1 计算公式简介
因压力分散型锚索各单元长度长短不一，故必须先计算各单元差异伸长量和差异荷载增量，其计算公式（以三单元共六束压力分散型锚索为例）如下：
差异伸长量：
ΔL1-2=ΔL1-ΔL2, ΔL2-3=ΔL2-ΔL3
ΔL1=（σ/E）*L1, ΔL2=（σ/E）*L2, ΔL3=（σ/E）*L3,
σ=P/A
差异荷载增量：
ΔP1=(E*A*ΔL1-2/L1)*2
ΔP2=[(E*A*ΔL2-3/L2)+ (E*A*ΔL2-3/L1)]*2
其中：L1,L2,L3---分别为第一、二、三单元锚索的长度，且L1＞L2＞L3；
ΔL1, ΔL2, ΔL3---各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的伸长量；
ΔL1-2，ΔL2-3---各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的差异伸长量；
σ---给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下钢绞线束应力；
P---给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下单根钢绞线束荷载；
A---单根钢绞线束的截面面积；
E---钢绞线的弹性模量；
ΔP1，ΔP2---分布差异张拉之第一、第二步级张拉荷载增量。
锚索张拉时的实际伸长值ΔL(mm)为：
ΔL=ΔL1+ΔL2
ΔL---锚索实际伸长值(mm)
ΔL1---从初应力至最大张拉力间的实测伸长值(mm)；
ΔL2---初应力以下的推算伸长值(mm)，可采用相邻级的伸长值。
2.2 举例计算
福建省浦城-南平高速公路A7合同段ZK80+298～ZK80+378高边坡位于祝源隧道左洞进口处，其最大开挖高度为53.3米，分级进行开挖。边坡的防护措施为：第一、二级设预应力锚杆加固，锚杆长20米，锚固段长8米，设计拉力300KN。第三至五级为预应力锚索加固。锚索长25米、30米，锚固段长12米，设计拉力520KN。本文以锚索长30米、锚固段长12米、设计张拉力520KN为例说明压力分散型锚索的计算。
压力分散性锚索一般采用高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，其标准强度Rby=1860MPa。锚索张拉控制力P=572KN，各单元锚索自由段长度分别为L1=28m,L2=24m,L3=20m(设计张拉力P一般均需超张拉至110%，Ln为n单元的长度，每单元由两根锚索组成)，设定钢绞线弹性模量E=1.95×105MPa，单根钢绞线截面面积A=140mm2（现场计算时应根据进场材料由试验获得数据）
△L1=(P*L1)/(E*A)=（95333.3*28000）/(195000*140)=97.8mm。
△L2=(P*L2)/(E*A)=（95333.3*24000）/(195000*140)=83.8mm。
△L3=(P*L3)/(E*A)=（95333.3*20000）/(195000*140)=69.8mm。
差异伸长量：
△L1-2=△L1-△L2=97.8-83.8=14mm；
△L2-3=△L2-△L3=83.8-69.8=14mm；
差异荷载增量：
△P1=[(EA△L1-2)/L1]*2=[(195000*140*14)/28000]*2=27300N=27.3KN；
△P2=[(EA△L2-3)/L2+ （EA△L2-3）/L1]*2
=[(195000*140*14)/24000+(195000*140*14)/28000]*2
=59150N=59.15KN；
张拉力与压力表值的换算
表1 张拉千斤顶与油压表检测数据
负荷
(KN)
150
300
600
900
1200
1500
压力表值
(MPa)
5.0
10.0
20.2
30.2
40.2
51
根据千斤顶与油压表检测数据一次线性关系，可得其一次线性方程：
y=0.03390x-0.19(y:压力表值，MPa；x:负荷，KN)
表2 张拉力与压力表值换算
张拉力百分比
（%）
1△P1
22△P1
3△P2
412.5
62△P2
625
50
75
100
110
张拉力x
(KN)
27.3
54.6
59.15
65
118.3
130
260
390
520
572
压力表值y
(MPa)
0.7
1.7
1.8
2.0
3.8
4.2
8.6
13.0
17.4
19.2
3 锚索张拉
压力分散型锚索的张拉，因各单元锚索长度不同，张拉时要注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。张拉采用“双控法”即采用设计张拉力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，实际伸长量与理论值的偏差应在±6%范围内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉。
张拉设备（主要是千斤顶和油压表）必须采用专用设备，并送相应资质的计量单位进行标定，且在有效期内。
锚索在正式张拉前，取10%～20%%的设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。张拉时应按一定的张拉速度进行（一般为40KN/min）。
压力分散型锚索具体的张拉程序如下：
压力分散型锚索张拉程序：安装千斤顶→0→△P1（先张拉L1单元，补足L1单元差异荷载，量取L1单元锚索伸长值S1）→2△P1（量取伸长值S2，计算L1单元锚索0-△P1的伸长值）→△P2（再张拉L1、L2单元锚索，补足L1、L2单元差异荷载，量取L1、L2单元锚索伸长值S3）→12.5%（预张拉，量取伸长值S4）→2△P2（量取伸长值S5计算L1、L2单元锚索△P1-△P2的伸长值）→25%P（量取伸长值S6）→50%P→75%P→100%P→110%P（量取伸长值S7）。
实际伸长值的计算
L1单元锚索：△L1=(S7-S4)+(S6-S4)+(S5-S3)+(S2-S1)；
L2单元锚索：△L2=(S7-S4)+(S6-S4)+(S5-S3)；
L3单元锚索：△L3=(S7-S4)+(S6-S4)。
锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按前述张拉程序进行施加，即设计荷载的25%、50%、75%、100%和110%。在张拉最后一级荷载时，应持荷稳定10～15min后卸荷锁定。锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补偿张拉。
为保证压力分散型锚索的张拉质量，锚索张拉时需注意以下事项：
a 锚斜托台座的成压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直；
b 锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调整满足。
c 注浆体与锚斜托台座的混凝土强度达到设计强度的80%以上时，方可进行张拉。
4 结束语
压力分散型锚索施工的关键就在于锚索的张拉。锚索的张拉工作对整个锚索施工具有特别重要的意义，特别是对边坡的锚固性能起着至关重要的作用。因此，在现场施工时，要做好锚索的张拉工作，从理论计算（尤其是差异荷载增量的计算）到现场张拉施工，必须严格按照规定的程序和一定的速度进行。保证锚索张拉施工质量，确保锚索的锚固性能能满足设计要求。

参考文献
[1] JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范 人民交通出版社出版 2000年
[2] DL/T 5083-2004 水电水利工程预应力锚索施工规范 国家发张和改革委员会发布 2004年
[3] 福建省《高速公路边坡锚固工程施工技术暂行规定》 福建省高速公路建设总指挥部 2002年
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