预应力锚索锚固段剪应力分布与锚固段长度研究
预应力锚索锚固效果的试验分析研究
收稿日期:2009-07-17作者简介王德发(),男,陕西蒲城人,工学硕士,毕业于西安科技大学,现就职于内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司,主要从事煤矿设计及矿山压力方面的研究。
预应力锚索锚固效果的试验分析研究王德发1,杨永刚2,颉明军3,张海燕4(1.内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司,内蒙古 呼和浩特 010010;2.安徽省煤炭科学研究院采矿支护中心,安徽 合肥230001;3.内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古 呼和浩特 010070;4.解放军电子工程学院基础部,安徽 合肥 230037)摘 要:通过理论分析锚固段应力分布弹性解和数值模拟计算,表明预紧力、孔径、锚固剂弹性模量和岩石弹性模量等影响因子对锚固段受力影响程度和方面各不相同,例如预紧力和锚固剂弹性模量的影响程度大于其他因子;锚索孔径对其剪应力分布产生影响而对轴力无影响等。
锚索轴力和剪应力分布均呈指数关系从锚固端向内逐渐递减,峰值点位于锚固起始端,而锚固段周边剪应力的分布是不均匀的,峰值位于锚固端约0.25m 深度内。
关键词:预应力;孔径;弹性模量 中图分类号:TD353 文献标志码:C 文章编号:1008-0155(2009)06-0056-03 由于树脂锚索具有长度大、柔性灵活、承载能力高、安装简便和早期承载等优点,已经成为煤矿巷道顶板支护的最新方式。
在较差的围岩条件下,尤其在交叉点、断层带和受采动影响难以支护的巷道中,为提高支护强度和效果,目前基本上均采用锚索作加强支护。
但根据大量的现场观测发现,巷道中尤其在支护困难地段均存在大量的锚索的破断、失效等情况,引起锚索支护失效的原因很多,如地质条件、应力条件、钻孔尺寸、锚固剂参数、预紧力、水、锚索表面油污等。
近年来,许多学者采用现场测试、物理模型试验、理论分析及数值模拟等不同方法对预应力锚索的锚固效应进行了研究。
汪海滨等通过试验及数值模拟,分析了锚固长度、自由长度、注浆性质等对抗拔力和破坏形态的影响[1]李铀等通过仿真试验及数值计算,强调连成片的压应力子承载区,重点应放在压密原岩的裂隙,实现悬吊临空易滑动垮落的岩体[2];薛亚东等根据试验室研究,得到孔径、水等对锚索锚固力有影响[3]。
公路边坡预应力锚索锚固段长度探讨
力锚索的实际情况，建议内锚固段设计长度宜介于 0.5lc ~ lc 之间。
关键词：锚固段长度；预应力锚索；公路；边坡；锚固
根据锚固方式的不同，岩土锚固可以分为三个大类：第一类是机械式锚固， 如涨壳式、倒楔式；第二类是摩擦型锚固，如缝管式锚、胀管式；第三类是注浆 式锚固，该类又分为水泥注浆和树脂注浆两种。前两类锚固主要用于临时性支护 工程，后一类锚固在永久性锚固工程中较为常见。注浆式锚索（杆）加固设计的 一个参数就是内锚固段长度的合理确定，它的确定应该做到既安全又经济。因此， 内锚固段长度临界值是锚固支护设计的关键参数，会影响整个的锚固系统的有效 性。
t (x) = lu(x) = Pk ch(kx)
sh(kla )
（3）
t B 点摩阻力 B 为：
t B = Pk coth(kla )
（4）
P 当 B 点达到极限摩阻力时，锚索（杆）达到极限承载力 u ，可得：
Pu = t Bmax tanh(kla ) / k
（5）
由式 5，当 kla ＝4 时， tanh(kla ) = 0.999 » 1，此时 Pu 达到最
C
D
B
A
O
la
Px lf
图 2 处于弹性阶段的锚固地体 式中，la 为锚固段，lf 为自由段，P 为拉拔荷载。B 为锚固体前端截面，C 为锚 固体末端截面。 锚固体采用理想弹塑性模型，当锚固体前端 B 截面处达到极限摩阻力时，锚 索（杆）达到极限承载力；在达到极限承载力之前，锚固体处于弹性工作状态[4]。 此时，在轴向抗拔力 P 作用下锚固体的锚筋注浆体粘结界面的位移 u(x)应满足如下 方程和边界条件[2]：
滑坡整治工程中预应力锚索锚固段应力测试与分析
固 ｔ 应变 片位 置
进 而可 得 出锚索 与水 泥浆 的剪应力 的分布 规律 。具 体 计算公 式 如下 ： 在 锚 固段 Ｘ处 取一 微 分 锚索 段 ， 力 分 析 见图 受
２。
锚索无 粘结 段用 防腐油 脂 、Ｅ护套 保 护 ， 索 采 用 Ｐ 锚 ８束 ７ ５的钢铰线 ， 钢铰 线 特 征见 表 １ 锚索 设 计 。
一
蒂 ｛
图 ２ 锚索受力分析 图
荤
一
根据 平 衡条 件有 Ｐ ＋ ＋Ｐ ＝ 式中 ： 、 ＋ —— 锚 索 轴 向拉力 ； Ｐ —— 锚 索侧 面阻 力 当锚 索 处于 弹性 变形 阶段 时 ， 有
（） １
２ 测 试 原 理
研究 锚 固段 上 锚 索 应 力 和 粘 结 应 力 的分 布 规 律． 可通过 测 量锚 索 的 应 变得 到 。根 据 荷 载 下锚 索 的应 变 ， 分析 出锚 固段 中锚 索 的轴力分 布规律 ， 可
设 计 吨位 和抗拔试 验确 定 的平均 剪应力 得到 锚索 的 设计 长度 但是 ， 实验 研究 表明 ， 锚索 与水 泥浆 的粘 结 面上 的剪 应力 不是均 匀 分布 的 本 文通 过测 试资
锕 外 层 线 面 面 整 根 钢 线 拉 强度 标距 摸 量 面 锕 绞
１ 工程 概 况
京珠 高速 公路 未 宜 段浒 家 洞 滑 坡 为 一古 滑 坡 ， 开挖路 堑后 发现 山体 滑 动 ， 定 采用 抗 滑桩 加 预应 决 力 锚索综 合 整治 。预 应力 锚 索 设 计长 度 由 ３ ｆ到 ２ｌ ＇ ｌ ｌ ６ Ｉ ３１ 不等 。锚 固段设 计均 为 １ 嵌 人 基 岩 ｌ Ｉ， Ｔ ８ｍ， ５ ｌ ｌ
预应力锚索在边坡加固中应用技术论文
预应力锚索在边坡加固中的应用技术【摘要】依托笔者多年来在边坡失稳防治方面的现场施工经验，系统分析了目前预应力锚固技术的优点、使用条件及存在的主要问题，阐述了预应力锚索框架梁支护体系的作用机理和优点。
最后系统分析总结出目前预应力锚索框架梁存在11类病害，详细说明了各种病害的破坏类型以及产生原因，旨在为从事边坡失稳防治工作的同行提供参考价值。
【关键词】边坡；预应力锚索；病害对于山区高速公路，路基工程挖方数量大，路堑边坡高，地质比较差的地段一般采用预应力锚索地梁，以确保路基高边坡稳定[1]。
锚索锚固技术的先进性、可靠性、经济性已得到公认[2]。
1 预应力锚索技术1.1 预应力锚固技术的优点①能充分发挥高强钢材、钢丝、钢绞线等材料的良好性能；②最大限度地利用岩土介质的内在强度和潜力，加强自承和自稳能力；③主动加载用以改善工程结构的应力状态，提高受加固体的强度；④确保工程施工的安全及岩土体的长期持续稳定，约束其变形。
1.2 预应力锚索的适用条件及主要问题（1）预应力锚索的适用条件技术上，预应力锚索可用于加固一般岩土质的边坡、滑坡和危岩，包括土质滑坡。
但在以下条件时，其应用和功效受到限制：①当滑动面较陡时，尤其对陡倾的危岩。
②当滑体很厚、锚索自由段过长时。
③当下滑力过大、滑体十分松软时。
④当滑床为松软土体时。
（2）预应力锚索的主要问题①预应力衰减问题。
加固松散体的锚索的预应力衰减是有限的、可控的和可弥补的，在规范施工的条件下，对预应力锚索的长期有效性的耽心是不必的。
②钢绞线腐蚀问题。
对化学腐蚀，由于采用了钢绞线防腐除锈、塑料套裹护、水泥砂浆裹护三道措施，问题基本解决。
现最关注的是应力腐蚀，即钢绞线长期处于高拉应力状态下产生缺损进而组成钢绞线的钢丝产生破断的问题。
由于预应力锚索面世仅数十年，作为百年大计的抗滑工程，尚未全程经受检验，因此目前应以加大锚索钢绞线的安全储备、规范张拉工艺来应对。
③锚固段设计问题。
锚索设计中以剪应力沿锚固段全长均匀分布，采用平均粘结强度来计算锚固段的长度。
预应力锚索锚固段钢绞线应力分布研究
钢绞线应力传递和分布的规律 ； 结合长期监 测 ， 分析 了锚 固段钢绞线 应力损失 情况 以及 张拉锁定 前后锚 固段钢绞 线应 力分布调整的规律 。研究应用表 明， 磁通量传感器技术可作为锚索基本试验等各 种试 验 中钢绞线 应力分布检 测 的一种有效的方法。 关键词 ： 预应力锚索 ； 锚固段 ； 钢绞线 ； 应力分布 ； 磁通量传 感器技术
１ ６
探矿 工程 （ 岩土钻 掘工 程 ）
２ ０ １ ３年 第 ４ ０卷第 ７期
预应力锚 索锚 固段钢绞线应 力分布研究
王 全 成 ，杨 栋 ，严君 凤
（ 中国地质科学院探矿工艺研 究所， 四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ０ ８ １ ）
摘
要： 使用磁通量传感器对拉力集中型预应力 锚索锚 固段钢 绞线应力 分布进行 研究 ， 分析 了预应力锚 索锚 固段
中 图分 类 号 ： Ｐ ６ ４ ２ ． ２ ２ ； Ｕ ６ ４ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ４ ２ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ １ ６— ０ ３
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ Ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＰ ｒ ｅ － ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ Ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｒ Ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ／ Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｑ ｕ ａ ｔ ｒ —
１ 开展 研 究的意 义
过对锚 固体 系 内部应 力 分 布 的研 究 ， 合 理 确 定 锚 固 段长 度 。同时 ， 通 过试 验研究 ， 提供 一种 快速 合理 的 确定 锚 固段 长度 的有 效 手 段 ， 并 对 锚 固体 系 内部应
预应力锚杆(索)自由段长度在验收试验中的影响
预应力锚杆(索)自由段长度在验收试验中的影响摘要：预应力锚杆（索）目前已经被广泛应用处理于开挖深度大、上部存在软土的基坑中，因其占用空间少，工作面大，节省了工程工期、解决了施工的技术难题、保证了基坑支护系统的可靠性、安全性。
文章结合工程实例，通过预应力锚杆（索）验收中发现的问题来分析其自由段长度在验收试验中产生的影响。
关键词：预应力锚杆（索）；位移；锚固段预应力锚杆柔性支护技术，自上世纪90年代以来在国内工程建设中得到了应用推广，特别是在2000年以来广州地区基坑设计中预应力锚杆柔性支护型式已占相当大的比例。
预应力锚杆柔性支护得到迅速发展，因其工程造价低，施工方便，工期短，基坑变形小，占地空间小，支护基坑的深度大，是广州市超深基坑支护结构的首选型式。
预应力锚杆柔性支护体系由支护面层、锚下承载结构、排水系统及预应力锚杆组成，其中预应力锚杆由众多的小吨位预应力系统组成，属于柔性支护体系。
其原理是通过预应力锚杆被加固区锚固于潜在滑移面以外的稳定岩土体中，锚杆的预应力通过锚下承载结构和支护面层传递给加固岩土体。
一、预应力锚杆（索）验收要求中国工程建设标准化协会标准编写的岩土锚杆（索）技术规程（CECS 22:2005），提到锚杆基本试验出现下列情况之一时，可判断锚杆破坏：（1）后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的位移增量的2倍；（2）锚头位移持续增长；（3）锚杆杆体破坏。
这三点都可以单独作为验收试验中终止加载的原因。
而验收合格的锚杆应同时满足：（1）拉力型锚杆在最大试验荷载下所测得的总位移量，应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的80%，且小于杆体自由段与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长值；（2）在最后一级荷载作用下1～10min锚杆蠕变量不大于1.0mm，如超过，则6～60min内锚杆蠕变量不大于2.0mm。
二、工程实例广州市天河区某基坑三层地下室基坑支护工程工程地质勘察报告资料，施工期间测得各钻孔静止水位埋深为 1.7米，抽水试验测得地层渗透系数为1.50×10-4L/S，基坑支护为人工挖孔灌注桩+预应力锚索，基坑深度-14m，在基坑深度及影响范围内，场区地层情况及各土岩层力学性质参数见表1。
预应力锚索锚固段剪应力分布特性研究
ｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｌｗ ｌｎ ｈ ｅ ｇｈ ｄｒ ｃ ｉｎ Ｔ ｅｓ ａｔｄ ｓ ｉ ｕ ｉｎ ｃ ｒｅ ｆｔ ｅｓ ｅ ｒｓ ｅ ｓａｏ ｇ ｔ ｅ ａ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｗ ｒ ｉ ｉ ｔ ａ ａｏ ｇ ｔ ｅ ｌｎ ｔ ｉ ｔ ． ｈ ｈ ｆ ｉｔ ｂ ｔ ｕ ｖ ｓ ｏ ｈ ａ ｔ ｓ ｎ ｈ ｎ ｈ ｒ ｄ ｓ ｃ ｉ ｅ ｅ ｔｂ ｏ ｅ ｏ ｒ ｏ ｈ ｒ ｌ ｏ
煤
炭
工
程
预 应 力锚 索锚 固段 剪应 力分 布特 性 研 究
谷拴成 ，邵红旗 ，种建涛
（ 西安科技 大学 建 筑与土木 工程学院 ，陕西 西安 ７ ０５ ） １０ ４
摘 要 ：基 于弹性理 论 ，利 用 弹性 半 空 间 体在 边 界 上 受 法 向 集 中力 作 用 的布 西 内斯 克应 力
关 键词 ：弹 性力 学 ；预 应 力锚 索 ；锚 固段 ；剪应 力分 布
中图分类 号 ：Ｔ ３ ０ １ Ｄ ５ ． 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１ ７ — ９ ９ ２ ０ ） １ ０ ７０ ６ １ ０ ５ （０ ８ １ － ６ －３ ０
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ａ ｉ ｇ ｓｒ ｓ ｉｔ ｂ ｔｏ ｅ ｔ ｒ ｆｐｒ － ｔ ｅ ｓ ｄ ｎｃ ｏ ｎ ｈ ｒ ｄ ｓ ｃ ｏ ｔ ｄ ｎ ｓ ｅ ｒ ｎ ｔｅ ｓ ｄ ｓｒ ｕ ｉ ｎ ｆ ａ ｕ ｅ ｏ ｅ—ｓｒ ｓ ｅ ａ ｈ ｒ ａ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｉ ｓ ｉ
际 的结 论 。
同，但对于剪 应力不 均匀 分布 的具体形 式 ，却存 在不 同 的
结论 。利 用变位 一剪应 力理论 关系 推导或 进行 有限元 分析 得到的结 论是 锚固段剪 应力 在起 点处最 大 ，向后逐渐减小 ，
预应力锚索自由段注浆对锚固力影响研究
预应力锚索自由段注浆对锚固力影响研究摘要：预应力锚索加固是边坡加固工程主要手段之一，锚索自由段的处理方式直接关系到锚索加固的效果。
本文给出了锚索自由段几种不同处理方式的模型，通过弹塑性有限元法对锚索加固效果进行计算分析。
计算结果表明，锚索自由段采用灌浆填充后会直接影响其张拉力的传递，从而影响锚索加固效果；而自由段不进行灌浆充填将最能达到期望的锚固效果。
关键词：预应力锚索自由段灌浆填充加固效果Effect of Prestressed Anchor Cable Grouting in Free Segment on Anchorage StressAbstract:The prestressed anchor cable is extensively applied in structure of foundation pit support, which mainly make use of anchor-hold in layer of soil in order to maintain the stability of structure. Free-segment of anchor cable has a directly effect on anchoring effect. The paper gives several models of anchor cable with different free-segment, through FEM elastic-plastic analysis, the influence of different free-segment is investigated. Calculation results show that the anchor free-segment grouting will directly affect the transmission of tension and influenced the anchorage effect, whereas the expected anchorage effect can be obtained if no grouting is performed.Keywords: Prestressed ancho cable Free-segment Grouting Reinforcement effect1、前言预应力锚索作为一种永久结构在边坡加固工程中已有多年应用【1】，随着工程技术的不断发展，我们需要通过实际工程的应用不断开发出更为先进的相关技术，对已建好的预应力锚索也需要进行必要的维护和修理。