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1、预应力锚索框架用于高边坡加固的实测与分析2006年第1期铁道建筑RailwayEngineering59文章编号:10031995(2006)01005903预应力锚索框架用于高边坡加固的实测与分析刘宝奎,张玉芳,王荣,尚艳亮(1.铁道科学研究院深圳铁科岩-t232程有限公司,广东深圳5180342.石家庄铁道学院土木工程分院,石家庄050043)摘要:阐述预应力锚索框架在元磨高速公路高边坡中的应用,并对预应力锚索框架进行现场监测,给出锚索拉力,框架弯矩和坡体反力的现场测试结果并进行分析和研究.关键词:预应力锚索锚索框架高边坡病害现场监测中图分类号:U213.158;U213.13文献标识码:
2、B1工程概述元磨公路K259+835K259+902三公箐隧道出口左侧高边坡,地处云南省墨江县碧溪乡境内,位于元磨高速公路三公箐隧道出EI.边坡处在强烈切割的高中山地貌区,自然边坡走向近东西向,由南向北倾斜,相对高差超过300多m.路线走向近NE70.,经三公箐隧道出口后,横切自然边坡通过.由于边坡相对高差较大,设计中采用一榀锚索框架,框架长度8.5m,高l6.7nl,由三根竖肋和四根横梁组成;坡率l:0.3.锚索长度I824nl,水平间距2.8m,竖向间距4.4m,每孔锚索由4根15.24mlTl的钢绞线组成.锚索拉力采用锚索测力计测试,框架结构内力采用钢筋计测试,框架基底反力采用双膜土压力
3、盒测试,图l为测点布置图.2工程地质概况该段边坡体的岩土:上部为第四系残坡积层,厚度为1.04.0nl,系棕红色碎石土,碎石含量40%80%,次棱角状与棱角状,粒径大多为57cm,成份为砂质板岩;下部为三叠系上统(T3c1)灰黄色及棕褐色砂质板岩,钙质胶结,弱风化,岩层走向NW24./NEI6o,近乎与路线垂直,岩层处于挤紧状态.坡体内存在多组陡立并倾向线路的构造裂面,坡面及坡体内均干燥少水.3锚索张拉锁定的加载方案和测试过程3.1加载原则分级循环施加.每级循环先中间后两边,先横梁后竖肋,对称而均匀地施加.3.2荷载分级和加载顺序每孔锚索由两个单元锚索组成,每个单元有2根15.24mm的钢绞线
4、,每个单元锚索分别张拉锁定.荷载分四级,三次循环施加,整个试验加载48次.试验锚索的设计锁定荷载600kN.第一循环将其中一个单元锚索加载到100kN;第二循环将另一单元锚索也加载到100kN;第三循环分两次,每次将每个单元锚索加载到300kN.每一循环内加载的顺序:M一8,M一7,M一9,M5,M一4,M一6,M一11,M一10,M一12,M一2,M一1,M-3.各节点上锚索测力计编号如图1所示.3.3监测过程整个试验过程中,在加载前全部传感器测试一遍初读数(序号为0),锚索锁定前,后各测试一遍(序号为1至96).长期观测时考虑到预应力锚索框架在加荷初期内力调整的幅度可能较大,而越往后其内力
5、变化越趋于稳定,因此长期观测按先观测密度大,后观测密度小的原则进行.4锚索拉力的测试结果与分析4.1测试结果锚索张拉加载前后的测试数据和锚索的拉力随着加载循环过程的变化曲线,以及锚索张拉锁定后,在长期工作状态下,锚索拉力的长期观测数据和锚索拉力随时间的变化曲线等参见图2,图3及表1.4.2测试结果分析1)瞬间变化阶段锚索预应力随着加载循环有一个衰减过程,随着每次加载,锚索锁定前,后拉力都有一定的减小,其典60铁道建筑Janua_,y,2006600500400300200100OIn量:量G-2.16-广lJ,堙蠼霉兽翠.簧山一蛊r_I3莘,M-fi,lGlg0一15G-17一C一12G-14
6、C1f.?G一8酬?JI2o罕到辔l叫I:M-7G一23莹.J事,二皇,l龇.25G-27JG一29.IzzC-Z4一?G-26G281旷lf洲窖Il0一.I_J9三c3lG-33t1IG-32Gl341f.曼)r竖肋内测试元件布置图,.钢筋计埋设位置I,一.一,5275,?rT_,r-干1j横粱内测试元件布置图圈倒:?土压盒.一锚素测力计-钢筋计注:土压盒编号从左到右.从下到上沿横集竖肋依次捧列3竖肋的钢筋计单号置于底部,双号I于顶帮;其它截面钢筋计双号I于雇部单号I于顶都.图1三公箐隧道出口锚索框架监测点布置图ol224364860728496加载次序图2加载过程锚索力变化曲线型变化曲线如
7、图2所示.第一次循环结束时,瞬间损失最大值为21.2kN(M一12位置),最小为5.6kN(M6位置),平均值为13.4kN;第二次循环结束时,瞬间损失最大值为19.2kN(M一7位置),最小为9.0kN(M一6位置),平均值为15.7kN;第三次循环结束时,瞬间损失最大值为37.9kN(M一1O位置),最小为25.7kN(M一9位置),平均值为29.7kN.其中第一,第二次循环各加载100kN,第三次循环各锚索单元加载200kN.第三次循环加载值为前两次的2倍,平均损失值第三次循环差不多也为前两次的2倍.瞬间损失主要由锚头回缩和张拉过程中锚索受力不均匀引起的,随着锚索拉力的增大,锚头回缩基本
8、上成正比例增大,其引起的损失占锚索瞬间总损失的比例也越来越大.2)长期变化阶段锚索在锁定后进入了缓慢降低阶段,基本上是在3个月后趋于稳定,如图3典型变化曲线所示.根据监测数据和锚索拉力的变化曲线,将各锚索的张拉锁定值,锚索拉力的最小值,计算出的预应力损失量列于表1中.从表1中可以看出,大多数预应力损失在6%以下,最大为8.5%,最小为1.5%,平均为4.7%;所经历时间大多数为2个月.这说明锚索张拉锁定值在5OOkN左右,在类似的弱风化砂岩地层的锚索预应力损失平均值大约为4.7%,所经历的时间为2个月左右.各测点的锚索拉力随时间的变化趋势吻合一致.2006年第1期预应力锚索框架用于高边坡加固的
9、实测与分析61表1在长期工作状态下锚索拉力变化统计表张拉锁拉最预应力预应力间隔时问锚索编号定值/kN小值/kN损失/kN损失率,%,dM.1531.69497.734.06.4M.2532.9l506.126.85.0M.3503.91481.922.04.4M.4472.84453.219.64.2M5534.975l9.515.52.9M.6520.93491.629.35.6M.7542.89508.934.06.363M8515_85495.120.84.0M.9532.0651O.821.34.0M.1O544.14526.2l7.93.3M.11505.5l497.7781.5M.
10、12553.295o6,J4728.5平均值524.2O499.624.74.7Z1l4;耀图3锚索拉力随时间变化曲线5框架弯矩测试结果分析5.1钢筋计测试结果根据钢筋计实际测量值米计算其所在位置处截面所受的弯矩和轴力.横梁与竖肋各截面的弯矩分布情况如图4所示,且规定梁底受拉时为负弯矩.一主10营0.3O图4C横梁弯矩分布曲线5.2监测结果分析1)框架的弯矩分布框架在加载过程中基本都是节点弯矩绝对值比跨中大,而且节点处梁底都处于受拉状态.2)框架弯矩随加载循环的变化.在第一,二循环加载后,框架整体上是处于梁底受拉状态,直到第三循环加载完后框架跨中才出现了梁顶受拉,节点处梁底受拉.3)实际施工中
11、锚索与框架不可能完全垂直,这也是实测值比计算值偏小的一个原因.受框架重量,框架与坡面的摩阻力及框架横梁与竖肋之间的变形相互约束的影响,在框架横梁和竖肋中产生轴力是不可避免的.6框架坡体反力的测试结果与分析1)节点处的土压力盒测量值基本上是随着加载循环的次数而增加的,随着每次循环锚索拉力的增大,土压力也更明显增加,而且土压力盒的变化规律和加载的变化规律一致.2)在每一节点加载会引起相邻节点土压力的变化,但影响不到相隔节点土压力的变化.3)三根竖肋跨中土压力的变化相似.在第三循环随着加载值的增大,横梁和竖肋跨中土压力都有明显的增加,实测结果表明大多数土压力盒压力值都>0,表明框架梁跨中处于受
12、压状态.在第三循环的加载过程中,竖肋跨中土压力盒测试结果也有明显变化,测试结果有增有减;跨中土压力盒测量值随着其四周节点的加载,总的来说也呈增加趋势,由于受地层软硬分布不均,其变化很复杂,增大的比例各不相同.4)从试验结果来看,在某一节点加载,跨中土抗力变化较小,节点两边变化相对较大,说明节点附近受力增大,能与坡体紧密挤压在一起.某一节点加载对其相邻的周围节点及跨中的土压力都有一定的影响,一般是增大.测试结果表明,某一节点加载,其相邻四周的跨中土压力实测值平均增大为节点加载值的22%,对其它跨中土压力几乎没有影响;其相邻节点的土压力实测平均值增大量为节点加载值的5%.7结语通过现场试验得到的数据,详细地分析了锚索拉力的损失变化规律,预应力随时间的3个变化阶段即瞬间变化段,缓慢降低段和长期损失段,并通过数据和图表进行说明.对钢筋应力,坡体反力在不同的加载过程中的变化规律,变化趋势进行了分析和研究,并通过现场测试数据给出一点加载的影响范围.修回日期:20051015(责任审编王天威)