自由式拉压复合型预应力锚索在边坡处理中的应用.docVIP

自由式拉压复合型预应力锚索在金河水电站厂房后边坡处理中的应用 岩体锚索由内锚固段（内锚根）及自由段（张拉段）两部分组成，施加在锚索上的荷载可由锚固段的顶端向下传递，亦可底部向上传递，这取决于锚索在内锚固段内的锚固方式。比较传统的拉力型，是将锚索直接埋置在水泥浆体内，靠彼此间的粘接传递拉力，锚固段的应力分布很不均匀，锚索周围灌浆体处于受拉状态，因而拉伸裂缝和剥离现象首先在顶端出现。另一种是压力型，由于锚索与灌浆体完全拖开，荷载是通过锚索直接传递到锚固段底部锚板上，然后由锚板向上推压灌浆体并传递给周围岩体。在这种情况下，灌浆体受压，锚固段的应力分布仍很不均匀，因此，本文提出的拉压复合型就是将上述两种锚固方式联合应用，使锚固段的应力分部趋于均匀，并使最大应力值明显减小，因而在施加荷载条件下，灌浆体内的裂缝或剥离现??有可能不出现或很少出现，增加了锚固效果及防腐蚀系统的可能性，此外，它还可以提高锚索的锚固性能、降低施工成本。 1　拉力型、压力型和复合型锚荷载及应力分布特性及比较 （1）荷载沿锚索长度方向的分布 为了量测预应力锚索沿锚固段长度上的实际荷载分布，分别按照拉力型、压力型和复合型三种模型进行室内弹性模拟试验，结果表明： ①　在相同荷载作用下，拉力型是锚固段顶端荷载最大，向下逐渐减小，至锚固段底部几乎为零。压力型的锚索与灌浆体完全脱开，所以顶端和底部的荷载完全相同，荷载通过锚索直接传递至底部锚板上，然后由锚板推压灌浆体并传递给周围岩体。 ②　压力型与拉力型恰好相反，荷载的传递主要集中在锚固段的下部。 ③　复合型与上述两种锚固方式完全不同，首先是锚固段顶部荷载最大，向下逐渐减小，直到底部锚板仍有荷载。说明沿锚固段长度上锚索传给灌浆体再传给周围岩体；然后是传至底部锚板上的部分荷载，由锚板推压灌浆体再传给岩体，由此可见，复合型锚固方式使荷载分散作用于整个锚固段长度上，而不是集中作用于上部或下部，因而改善了锚固段的应力状态。 （2）应力在灌浆体和锚索孔岩壁间的传递 ①　拉力型 通过室内弹性模型试验，拉力型锚索的锚固段的剪应力呈倒三角形分布，顶端最大，为应力集中区，向下迅速减小，当顶端交界面上的剪应力超过它的抗剪强度，就出现剪切破坏，最大剪应力则向下转移，由此可以说明当拉力型锚索承载后，从灌浆体到四周岩基的荷载转是以拉剪方式传递的，主要承载部位在锚固段顶部以下几米内。由于顶部剪切力过大常出现剥离现象。同时，锚索受拉力，锚孔壁亦受拉伸，因而锚索周围灌浆体处于受拉状态进而出现拉伸缝，因而影响锚固性能和永久防腐效果。 ②　压力型 由于荷载是由锚固段下端的锚板向上推压灌浆体传递给基岩的，所以锚固段孔壁的应力与拉力型相反。交界面上的剪应力是底部最大，向上逐渐减小，呈正三角形分布，同时，锚固段孔壁中心方向受压缩，底部最大，向上逐渐减小。室内弹性试验也表明，当锚索承载后，从灌浆体到四周基岩的荷载转移是以压剪方式传递的，主要承载部位是以上几米内，锚索周围灌浆体受压缩，因而不会出现拉伸裂应力区，由于底部锚索孔内灌浆体受力很大，允许应力问题值得考虑，特别在低强度岩体内易致使锚固体压裂而破坏。 ③　拉压复合型 拉压复合型锚索摆脱了锚固体应力集中分布情况，使沿锚固段交接面上的剪应力分布趋于均匀，锚孔岩壁底部压应力最大，向上逐渐减小，并转为拉应力，其最大拉应力也减小一半。当锚索承载后，从灌浆体到四周岩基的荷载转移是以压剪方式传递的，而上部仍以拉剪方式传递，主要承载部位大致均匀地分布在整个锚固段上，因而锚固效果更好，增强了锚固寿命，同时根据分析还可以得出：锚索的埋置长度越短，越能发挥其粘接阻力作用，因而还可缩短锚固段长度。 （3）拉压复合型锚索的结构设计 拉压复合型锚索是在传统拉力、压力型锚索基础上，利用承载板上部裸钢绞线与浆体的粘接力承受拉力，而承载板下部有PE管保护的无粘接钢绞线与浆体的粘接承受压力，这样使得锚固体内既有受拉部位，又有受压部位，从而整个锚固体内应力及锚固体与周围岩石间的粘接摩阻应力分布比较均匀，应力峰值大幅度降低。其大致结构组成为：高强度无粘接钢绞线、挤压头、锚板、托板等， 2　工程概况 金河水电站厂房后边坡覆盖层深30m左右，岩石强风化，卸荷强烈，稳定性较差，为保证边坡在开挖及电站运行过程中的安全稳定，设计采用2000KN级预应力锚索进行加固处理。预应力锚索分3排布置，共59根，深度50m。第一排锚索19根，间距5m，高程3141．50m；第二排锚索20根，间距5m，高程3131．50m；第三排锚索20根，间距5m，高程3121．50m。锚固段要求位于弱风化弱卸荷岩体内，见图1。 预应力锚索型式采用自由式拉压复合型结构，其结构见图2。该锚索为单孔多锚头结构，有3个及以上锚头，每个锚头分别承载一定荷载，总锚固力沿锚固段长度进行分散分布，减少了单位