锚杆张拉时预应力损失这么大？
发布时间:2024-06-03
原创 陈国周 地基与基础 2024-05-28 23:48 福建
在基坑支护及边坡加固中大量使用预应力锚索（锚杆）技术。现场工程师经常发现，锚索张拉时预应力损失很大，本文专门聊聊这个问题。预应力锚索一般采用YM系列的自锁锚具，其张拉锁定工艺见下图，其加力装置采用穿心千斤顶，用高压油泵对钢绞线施加拉力，当油泵加压后，千斤顶活塞3顶向工具锚2和夹片1，另一端顶向限位板5，压力通过限位板5传递给工作锚7。随着张拉千斤顶油缸的运动，工具锚2和夹片1夹紧钢绞线向张拉方向运动，同时工作锚7中的夹片6也随钢绞线向外移动，当工作夹片6移动到限位板5的限位工作面挡住不再继续走了。此时工作夹片6运动的距离应当是锚具的设计限位尺寸。达到张拉设计吨位，保持一定时间回顶时，夹片6在弹性圈的弹力所产生的与钢绞线的摩擦力的作用下，随钢绞线一起向前运动到锚环7的锥孔中，在锥形所产生的正压力下，夹片牙齿嵌入钢绞线中，达到锚固的目的。
由于千斤顶穿心孔直径较大，经常在工具锚与缸体之间加一钢套环，配套使用。有时也用自己加工的钢板，中间挖个孔，比如下图在张拉时，误差主要来自没有使用限位板。说是板，其实也是和锚具配套的圆环。限位板的作用主要是张拉时限制夹片的位置，具体就是限制夹片伸出锚环的长度。限位板槽深太小时夹片与钢绞线摩擦力很大，会导致夹片刮伤钢绞线；限位板槽深太大则会增大张拉的回缩量（张拉完成后回千斤顶时夹片回缩的长度）。根据经验，槽深在8mm左右为宜。实际工程中，有人为图方便，经常用工作锚具代替限位板，如下图看到，2个工作锚连在一起，靠里面的那个工作锚是有放置夹片的，另外一个没有放夹片的，只是用来充当限位板。那么这种用工作锚具来充当限位板的做法，对锚索的预应力有什么影响呢？预应力张拉时的损失是30%起步的，甚至达40%多！这个数据是我们在现场用测力计做对比计算得到的，而且排除了测力计精度以及千斤顶标定等问题，就是由于用工作锚具充当限位板而引起的。至于由于夹片刮伤钢绞线之类的后果，就测不出定量的数据了，自己心中有数就好了。你用力学方法分析一下就明白，千斤顶顶上去，一方面把夹片顶紧，也就是把钢绞线夹紧，一方面又把钢绞线往外拉，左右手互搏，“既要…又要…”，典型的内耗，所以接近一半的张拉力是没有传给钢绞线的。那些浪费掉的拉力用来划伤钢绞线，磨损夹片的月牙。有人可能会不信，认为用工作锚具代替限位板没什么问题，因为很多工程都这样做，最后完工都没事嘛。换个思路，难道不是岩土工程较大的安全储备在发挥作用？当然，预应力损失大一些，对稳定系数影响不大，主要是影响位移变形。还有人可能觉得我提供的数据夸大事实，如果相差这么大，难道没人发现？请问，工地上有几根锚杆张拉时会用锚杆测力计和千斤顶对比来读数呢？那测力计安装上去就拿不下来了，那都是钱啊。大家在张拉预应力时是不是就只看油泵仪表盘呢？只要使用限位板，就把大头的损失要回来了，张拉时的预应力损失可以努力降到10%左右。剩下这些误差主要是因为杆体松弛、夹片回缩及千斤顶系统误差等。比如锚具都存在夹片回缩问题，依据厂家资料及产品说明，其中QM、OVM、YM型锚具钢绞线的回缩量均为6mm，一回缩预应力立即损失，这也是为什么千斤顶一退回，用测力计得到的锚杆内力就减少。当然还有其他各种原因会导致锚杆内力减少，比如有一次张拉完锚杆，过几天再测，竟然又降低10%，把我都整不会了，都分析不出原因了，很难想象那根锚杆在里面经历了什么。这里有个想法，我认为一旦锁定预应力之后，锚杆的内力就不适合再称为“预应力”，应该用“锚杆内力”或“锚杆轴力”来表示。这有点像去银行存款，存进去的“本钱”，相当于我们锁定在锚杆里的“预应力”，后面获得利息或者扣手续费，存款余额有变化，但“本钱”就是当初存进去的那笔，这样方便讨论。
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