影响边坡预应力锚具锚固性能的主要因素
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摘要：根据工程实践和经验,介绍了影响边坡预应力锚索锚固安全性的主要因素,并提出了解决这些不利因素的方法。为今后在设计和施工中如何增加预应力锚索的安全性,提高锚索支挡结构的长期稳定性提供借鉴。
关键词：预应力锚索；安全稳定；研究
中图分类号：TU378 文献标识码：A 文章编号：引言
作为加固岩土体的常用技术,锚索加固结构在公路、铁路以及水利等工程中得到广泛的应用。预应力锚索的安全稳定将直接影响边坡的安全。因此有必要对影响预应力锚索的安全稳定的因素和如何解决这些不利因素进行研究。
1、边坡混凝土加固措施概述
1.1采用混凝土抗滑桩的加固措施，就是沿边坡外侧打一排或多排深入滑床的混凝土桩，通过混凝土桩深入滑动面下部的稳定地层对桩的抗力来对边坡滑体进行约束，从而抵抗滑体的滑动力，达到稳定边坡的作用。混凝土桩的间距以边坡土体不会在桩间滑出为原则。抗滑桩的布置形式多种多样，可以是相互连接的桩排，也可也是相互间隔的桩排，还可以是下部间隔、顶部连接的桩排等。混凝土抗滑桩适用于浅层和中厚层滑体的边坡加固，具有施工工期短、土方量小、机械设备较少等优点，其施工工艺也较简单，基本上就相当于是桩基础工程的施工，但是，应注意避免在抗滑桩的施工中，因扰动边坡反而酿造悲剧。
1.2采用混凝土沉井的加固措施，其对边坡进行加固、保证边坡稳定性的原理与采用混凝土抗滑桩的加固措施类似，但是施工工艺差别较大，混凝土沉井的施工工艺相对而言要复杂的多。混凝土沉井的施工主要包括了沉井下沉、混凝土封底、毛石混凝土填心等步骤。在其施工中主要要注意的是，在沉井下沉过程中应尽量减少沉井外壁的摩阻力，避免沉井产生悬挂，同时还应在下沉过程中做好防偏的措施。
1.3采用混凝土挡墙的加固措施，就是在边坡外侧贴着滑体施工一道混凝土的挡土墙，通过挡土墙自身重力产生的静摩擦力来抵抗滑体的滑动力，从而达到稳定边坡的作用。混凝土挡墙的施工工艺较简单，基本上就相当于是剪力墙的施工，但是其稳定边坡的能力极佳，并且结构简单，工期不长，对机械设备要求也不高，不过它的造价相对较高。
2、影响预应力锚索锚固安全性的主要因素
2.1 锚索张拉时的预应力损失
预应力锚索的预应力损失,一般由两部分构成:一是锚索张拉锁定后在较短时间内由于索体的是其在长期荷载作用下,由于浆体、地层蠕变以及钢筋或钢绞线应力松弛等原因造成预应力损失。短时间内锚索回弹造成的预应力损失包括:
(1)锚具夹片回弹变形造成的预应力损失;
(2)张拉系统摩阻力造成的预应力损失；
(3)抑制件土体下沉变形引起的预应力损失。
2.2 锚索长期工作状态时的预应力损失
预应力锚索结构在锚索张拉完成后,便进入了长期工作状态。在长期受力的过程中,由于钢绞线的徐变特性等原因,使得预应力锚索会出现应力松弛的问题,即随着时间的推移,锚索中的张拉应力逐渐减小,但这种减小并不是无限制的,而是达到一定量值后便会稳定下来不再衰减。一般认为,它与钢材性质,地层条件、施工工艺等有关。锚索在长期荷载作用下,预应力损失主要由三部分组成:
(1)钢绞线的松弛。任何钢材都具有应力松弛特性,长期荷载作用下,松弛量与受荷大小及环境温度有关,一般随荷载增加而增大,随温度升高而升高。因此,控制张拉应力水平值处于较低水平是减少这一损失的有效途径。
(2)岩体蠕变。该项是预应力损失的主要来源。岩体本身存在大量的节理裂隙,同时存在地下
水,因此,对于地下水发育的软质岩,该项损失可达4% ~8%,甚至更高。
(3)浆体徐变。徐变是灌浆材料(混凝土)的重要特征,在恒定荷载作用下,变形随时间不断增长。影响因素主要有:加荷历时、龄期、温度、湿度等。这项损失也是预应力损失的重要构成之一。
2.3 地层腐蚀性的影响
锚索的耐久性。锚索长期埋置于岩土中是会产生腐蚀的。锚固结构的使用寿命取决于锚索的耐久性。由于岩土预应力锚索所处的特定介质环境和拉应力特点,未经防腐处理或防腐不当的锚索发生腐蚀会导致破坏。根据钢材腐蚀不同机理,一般可分为应力腐蚀、氢脆、化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀性产生锚索破坏的形式如下。
(1)锚固段问题。由于锚固段内灌浆不足,导致锚固段的钢绞线受含硫酸盐和氯化物的地下水侵蚀而腐蚀破坏。
(2)自由段问题。大致分为以下五种破坏形式:①地层运动造成拉筋超应力,使其产生裂纹;②在有氯化物的情况下,水泥浆不足或无水泥浆;③由于耐久性差导致沥青包裹层破坏;④保护材料选择不当,如化学材料中含有硝酸根离子和湿玛蹄脂;⑤所有拉筋在无保护情况下存放了很长时间。
(3)外锚头问题。主要是缺乏防腐措施或工作期间保护剂充填不完全或塌落。
2.4 施工因素的影响
爆破、机械振动干扰也使锚固体周围发生松弛而使锚孔侧壁提供的剪应力有所减小,而对锚索加固坡体的稳定性产生不利影响。
3、增加锚索安全性的方法
3.1 降低锚索预应力损失的方法
无论锚索处于什么地层中,预应力损失都是客观存在的,且是不可避免的,降低预应力损失应从以下几方面着手。
(1)应选择低松弛的材料,尽量避免在较差地层中设置锚固段,地面抑制件的接触面积不宜太小,其底面压力不应超过坡面岩土体的容许承载能力,不要因压力太高而产生较大的塑性区域。
(2)通过研究发现影响锚索应力松弛的主要因素是锚固体周围岩土体的流变属性,即主要由周围岩土材料的剪切弹性模量以及粘滞系数等影响。此外还有一些间接因素,它们通过对这些流变参数的影响而对锚索的应力产生松弛。所以在锚索预张拉时要充分考虑到应力松弛后的下降率,而使初始预张拉力有一定程度的提高,在张拉锁定后采用进行补偿张拉和超张拉是消除预应力损失的有效办法,这样有利于争取工期。试验还表明采用分级张拉和超张拉不仅可减少钢绞线的应力松弛,而且能基本消除钢绞线与孔壁或浆体之间摩擦产生的预应力损失。
3.2 锚索防腐蚀性的方法
(1)自由段防腐。①自由段塑料管内所有空间应用油脂充填。②在现场制作防腐涂层时,锚索体应用带锈防锈剂涂刷防锈层,防锈剂的使用方法及技术要求符合生产厂家之规定。③自由段宜选用无接头的套管,当有接头时,接头处搭接长度应大于50 mm,并用胶带密封。④自由段光面管与锚固段波纹管之间要有可靠的连接。
(2)锚固段防腐。锚固段在进行防腐处理时,防腐系统应能确保把锚索内部的应力有效地传入地层,同时要保证其有效性。采用波纹管防护锚固段。
(3)外锚头的防腐。外锚头防腐有垫板上下两部分,上部是对外露部分进行防腐处理,下部是对由于注浆体收缩形成的空间进行处理。
(4)对中支架的设置。对中支架是保证锚索居于孔中心的重要结构件,它使锚索可被一定厚度的浆体保护。
(5)隔离支架(扩张环)。隔离支架的作用是使锚固段的各根钢绞线相互分离,使其在张拉受力时均匀,并能改善粘结及锚固段的受力条件。
结束语
综上所述影响预应力锚索的安全稳定的因素是多种多样的,主要因素有环境因素和工程因素。岩土锚固是通过锚固段的锚体与地层相互作用而提供张力,锚体在地层中的赋存环境例如地层蠕变、地下水的作用、水对钢绞线的腐蚀、钢绞线松弛、地震作用等,是影响锚固安全性的重要环境因素。预应力损失、张拉工艺、荷载设计不当、施工爆破振动、混凝土收缩与蠕变、锚头夹具回缩、地面抑制件的破坏、张拉系统摩阻等是影响锚固安全性的工程因素。这些影响预应力锚索安全稳定的因素是可以通过设计和施工加以改善和避免的。
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