彭涛，邓安

不同类型支挡结构锚索预应力损失测试

彭涛，邓安

（中冶成都勘察研究总院有限公司，成都 610023）

北京戒台寺滑坡治理投资巨大，共采用了预应力锚索墩、梁和锚索桩等，锚索总长34 125m，通过工后近5年观测，工程稳定有效。现场测试各类支挡结构物中的锚索预应力，在锚索墩（梁）中，布置了6孔进行锚索应力监测预应力随时间的变化情况。通过受力监测及分析，了解各类支挡结构物锚索预应力损失的特征及其规律，为预应力锚索设计及其预应力损失研究提供参考实例。（对特征规律进行总结概括）

滑坡；锚索桩；预应力损失；戒台寺

戒台寺位于北京市门头沟区内马鞍山北麓，属国家重点文物保护单位。戒台寺滑坡区域内矿产丰富，区内采煤、采青灰等行为活跃，已造成坡体松弛变形。2004年雨季，滑坡区域内普降大雨，坡体变形突然加剧，诱发了滑坡灾害。戒台寺座落于滑坡后部，为国家级文物保护单位，受滑坡变形影响而危在旦夕，保寺必须治理滑坡。

戒台寺滑坡长达1 200m，宽450m，滑体方量达900多万m3，坡体发育有四级平台，滑坡外貌如图1。

图1 戒台寺滑坡外貌图

由于滑坡规模宏大，对其进行了分期、分批治理。先进行应急抢险工程，快速减缓滑坡变形。随后实施保寺工程，采用支挡、锚固、注浆、治水等综合治理技术对寺院级滑坡进行整治，旨在保护千年古寺。整治工程中的35根锚索抗滑桩为主体工程，最长桩长为60.3m。采用了673孔锚索，共计34 125m，形式主要是锚索墩及锚索地梁。整治工程完成后，寺院内变形逐渐停止，未有新的裂缝产生。治理工程见图2。

图2 多锚点抗滑桩工程断面图

1 现场原位测试概况

为了评价滑坡整治工程效果及研究各类抗滑结构物的锚索预应力损失特征，对各类结构物上的锚索预应力进行了现场原位测试。

1.1 测试的基本原理

应用三弦式荷载传感器来测试锚索应力，见图3、4。

三弦式荷载传感器内部有3根绷紧的钢弦，钢弦的长度对应一定的振动频率。当钢筋计受力时，钢弦的长度发生变化，进而引起振动频率相应变化。传感器在不同的受力状态时，对应的钢弦长度和震荡频率则不同。测量仪器通过向钢弦发送脉冲使钢弦产生震荡，根据反馈回来的钢弦震荡频率，由计算公式可算出传感器的受力值。

F＝a f +b

标定系数，每变化单位频率平方值对应的拉力值，kN/HZ2；标定系数，kN；钢弦的振动频率，HZ标定系数a、b由厂家给出，测试中只需要从仪器中读出钢弦频率，便可算出钢筋计的受力。

1.2 测试元件的布设与安装

主要测试情况如下：在应急抢险工程的4个工程区域、画家院子西北角、寺外挡墙加固工程等6个不同地点中各选1孔锚索安装荷载传感器，进行锚索应力测试，编号：MC-1～MC-6，此外，对12#、24#抗滑桩的桩内、桩头共8孔锚索受力状况监测，每个桩各布置4个传感器（12#桩编号：MC2-1～MC2-4，24#桩编号：MC1-1～MC1-4）。监测点布置情况见图5。

图3 三弦式荷载传感器

图4 锚索应力监测

图5 锚索预应力现场测试点平面布置图

2 测试结果分析

2.1 锚索应力测试

锚索墩（梁）上的锚索应力监测频率为1次/月，当变形量突然加大时加密为2次/月，有突发事件（下雨、暴雨、地震等）时加密至1次/周。最早于2005年7月6日开始观测，至2007年5月7日止，6个孔共观测了260孔次。为便于分析，根据测试数据作出锚索应力随时间变化的曲线图，如图6。

抗滑桩锚索应力测试与钢筋计一起监测，监测频率1次/15天。12#桩、24#桩的锚索应力传感器于2006年4月安装至2007年底，测试了100、110余孔次。作出它们的锚索应力时序曲线图（图7～10）。

图6 锚墩（梁）锚索应力时序曲线

图7 12#桩桩内锚索应力时序曲线图

图8 12#桩桩内锚索应力时序曲线

2.2 锚索应力变化规5F8B

从测试结果看，锚索墩的预应力随着时间的推移而减小，呈“台阶式”变化，可分为三个大台坎阶段，即快速降低阶段、缓慢降低阶段和相对稳定阶段。抗滑桩的锚索预应力变化不同于锚索墩（梁），只有快速损失及相对稳定阶段，无缓慢损失阶段（图11）。

锚索墩（梁）预应力损失的三个阶段经历的时间长短不一，损失值也不相同。快速降低阶段一般为张拉期间或张拉完成10天内完成，预应力损失约10％；缓慢降低阶段为张拉锁定后近8个月，损失值约3%；稳定阶段一般在8个月以后，损失值最大，达11%。锚索应力的总损失值为23%。

抗滑桩的锚索应力，在急速降低阶段损失7.7%，在相对稳定阶段损失1.6%，总损失值9.3%，远小于锚索墩（梁）的23%。其应力损失主要产生在快速损失阶段，之后便趋于稳定。

从锚索预应力损失情况看，锚索墩与锚索地梁又各不相同。锚索墩的锚索应力总损失约锁定值的25%，而锚索梁的应力总损失约17%，比锚墩的小。锚索桩的应力损失又比锚索梁的要小。从避免应力损失上看锚墩、锚梁、锚索桩三者间的优越性为：锚索抗滑桩＞锚索地梁＞锚索墩。

本次测试还发现锚索预应力随季节变化，逢雨季、春融季节，各孔锚索拉力均普遍有微小的增大，过后又减小，锚索拉力存在微小“波浪”变化规律（图12）。

2.3 预应力损失原因

锚索预应力损失主要由钢绞线松弛、张拉系统损失、夹片回弹及地层徐变等4项主要原因造成的。对于不同结构物，各种因素造成的应力损失大小不一样。在不同的阶段，起主要作用的因素又不一样。

对于锚索墩（梁），在锚索应力变化的三个阶段中，即快速损失、缓慢损失、相对稳定阶段，各个阶段造成应力损失的因素不同。在第一个阶段，钢绞线松弛、张拉系统误差、锚具夹片回弹是造成应力损失的主要原因，此阶段的损失时间较快，在张拉锁定的初期几天内完成，损失值为9％。之后，地层受锚索拉力作用变形，而锚索应力主要受地层徐变的影响而慢慢变小，地层在锚索拉力下的压密变形是漫长的，这是锚索应力损失的第二个阶段，损失值约3％。本次测试的缓慢损失阶段时间偏长，达8个多月（240天），直至整治工程完全竣工后才完成。此阶段中，锚索墩锚索张拉锁定后的近一年内，抗滑桩施工尚未完成，桩坑开挖的爆破震动，对锚索的应力也造成一定的损失，这也是缓慢损失阶段过长的原因之一。当抗滑桩工程完成后，锚索分担的滑坡推力减少，锚索产生较大量的松弛损失，加上地层徐变的影响，致使此阶段的应力损失值最大（11%），之后拉力值基本稳定在一个较小范围内。锚索墩（梁）锚索应力损失见下图所示。

图9 12#桩桩头锚索应力时序曲线

图10 24#桩内锚索应力时序曲线

图11 锚索预应力变化规律

图12 锚索预应力随季节变化

对于抗滑桩上的锚索，如图14所示，预应力损失只有快速降低、相对稳定两个阶段。在前一阶段，主要是受钢绞线松弛、张拉系统误差、锚具夹片回弹等的影响，应力损失值为7.7%，占总应力损失值的83%。相对稳定阶段应力损失的主要影响因素有地层徐变，但对比锚索墩（梁），地层徐变的影响相对要小得多（1.6%）。此外，桩与锚索间的应力调整也可能造成钢绞线松弛，从而损失部分预应力。

2.4 降低预应力损失的措施

分析产生锚索预应力损失的原因，对症下药。结合本次测试，提出解决锚索预应力损失的一些办法：

1）选择优质的锚索材料及先进张拉系统及方法。以减少钢绞线、锚具、张拉等环节造成的应力损失。

2）实施超张拉，将损失值预先张拉，以弥补张拉后的损失。

3）合理安排施工工序，使支挡、锚固结构物能够协调共同抵抗滑坡推力。

4）在锚索施工场地，尽量避免爆破振动，必须使用时，要尽量远离锚索，爆破施工完成后，要对附近松弛的锚索进行补张拉。

5）对于重要工程使用的预应力锚索，最好能在锚索上安装测试设备，定期监测锚索受力，发现预应力损失过大，及时进行补张拉。

6）要将锚索墩（梁）嵌入地面以下，座于坚硬地基土上，减少地层徐变，特别是避免降雨造成的应力松弛。

7）研制应力可调式锚索，封锚后根据锚索应力变化情况进行补张拉，是解决预应力损失的较好方法。

图13 锚索墩（梁）锚索预应力损失示意图

图14 抗滑桩锚索预应力损失示意图

3 结论

通过对本次滑坡支挡锚固结构物的现场原位测试，经研究分析，得出以下结论：

1）锚索预应力损失随时间有一个变化过程，在张拉阶段及张拉完成不长时间内损失较大，随后进入缓慢损失阶段，然后进入相对稳定阶段。比较不同结构物的预应力损失，发现结构物与地层接触面越大，预应力损失越小，即：抗滑桩比锚索框架梁好，锚索框架梁比锚索地梁好，锚索地梁比锚索墩好。此外，地层越松软，预应力损失越大，地层越硬，预应力损失越小。可见对有锚索的边坡应做好截排水工作，边坡一旦遇水浸泡，预应力损失较大。

2）锚索预应力损失还与施工过程中的扰动有关，如开挖放炮或机械震动等均可造成预应力损失，建议在施工过程中，对锚索进行初步张拉后，先别切断钢绞线，持荷一段时间，让地层充分压密，待施工完成以后，统一张拉锁定。

3）在锚索抗滑桩中，锚索的预应力值并非一成不变，随着季节变化呈一定的波动规律，雨季大，旱季小。这表明锚索抗滑桩不同于其它预应力结构（锚梁或锚墩），具有较强的应力调节功能，此与滑坡的稳定状态有关，说明在对桩上锚索进行张拉锁定时，初始应力不宜过高，应预留一定的安全储备。

[1] 徐邦栋，滑坡分析与防治[M]．北京：中国铁道出版社，2002．

[2] 王恭先，徐峻岭等，滑坡学及滑坡防治[M]．北京：中国铁道出版社， 2003．

[3] 邓安, 王桢. 预应力锚索在戒台寺滑坡治理中的应用[C]．全国锚固工程会议论文, 桂林, 2006.

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[5] 蒋宗全，邓安，等．戒台寺滑坡变形机制及整治工程措施研究[J]．地质灾害与环境保护，2008．

Anchor Cable Prestress Loss Test of Different Types of Retaining Structure

PENG Tao DENG An

(Chengdu Surveying Research Institute Co., Ltd, MCC Chengdu 610000)

The Jietai Temple landslide in Beijing is 1200 m long and 450m wide with the volume of slide mass of 9 000 000m3. The control engineering cost is high, 34 125 m-long anchor cable was used. In anchor cable piers (beams), 6 holes were arranged for anchor cable pre-force monitoring, in order to test the change in the anchor cable pre-force. The sensing devices were embedded into12#, 24# anti-slide piles 12 and 24 in order to monitor the stress of the anchor cables. The anti-slide engineering can be evaluated according the testing results.

Jietai temple landslide; retaining structure; anchor cable; prestress loss test in situ; anti-slide pile; sensing devices

2017-05-12

彭涛（1981-），男，四川简阳人，高级工程师，研究方向为岩土工程

P641.4；P618.31

A

1006-0995（2017）04-0651-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.028