城市建筑Ｉ建筑论坛Ｉ ＵＲＢＡＮＩＳＭ ＡＮＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ｌ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＡＬ ＦＯＲＵＭ 预应力锚索技术的设计与应用 ●马钧程韦宏鹄贺磊 为滑动面内摩擦角； 【摘要】岩土边坡的防护和治理是岩土工程中一个重要的 缝的岩石体效果更佳。密实的水泥注浆体能够保护 钢绞线不被腐蚀破坏，延长寿命。 领域，而预应力锚索又是治理边坡的一个常用的技术手段。 本文结合金泰南燕湾工程，基于现场实测数据和理论公式 推导，从技术和经济角度分析了预应力锚索的最佳倾角， 分析探讨了压力分散型锚索受力特征，进一步阐述了压力 Ｆ为锚固段提供的抗滑力。 根据公式可知，当 为最大时，锚固效果最好， 普通的水泥浆体存在很多缺陷，所以应改良注 浆体材料，提高注浆体的强度以及和易性。水泥浆 体中加入一定量的膨胀剂，使得浆体经过凝结后有 锚索的角度即为最佳倾角。因此，求锚索的最佳倾 角等价于求 的最大值。 分散型锚索的张拉方法，由此得出了预应力锚索主要参数 根据公式对 求导： 的设计方法和施工技术应用。 ＝Ｆｂｏｓ（ａ＋ｆ１）ｔａｎ￣ｏ—ｓｉｎ（ａ＋ ）］ 当，ｊ亢＝Ｏ时， 【关键词】预应力锚索边坡支护等荷载张拉 ＣＯＳ（ａ＋ｆ１）ｔａｎ￣＝ｓｉｎ（ａ＋ ） 自１９９１年美国首次采用岩石锚杆以来，锚固技 求得： ：妒一 术得到了快速发展。其中，预应力锚索加固技术具 再求 的二阶导数 ，当 ＝ 一 时， ＜ 有灵活性好、强度大、适合深层加固而被广泛应用。 ０，所以 ＝ 一 为 的极大值点，根据以上力学 本文结合南燕湾项目的施工实践，对预应力锚索倾 分析知锚索的最佳倾角为 ＝ 一 。 角的设计、锚索类型选取、锚索灌注、锚索张拉等 ２．基于锚索自由段长度的经济分析 几方面进行了论述。 一般情况下，锚索与滑动面垂直时，锚索自由 一、工程概况 段长度为最短。锚索角度水平时，自由段为最长。 拟建挡墙位于南燕湾项目Ｂ０２地块，边坡上部 所以从经济角度来看，锚索单位自由段长度提供最 为拟建别墅群，别墅与自然地坪标高的落差较大， 大锚固力时的角度为最佳倾角，所用的锚索最短。 形成了高约１Ｏ～１７ｍ的边坡：别墅距离边坡较近， 由力学分析图可知，设滑动面土体厚度为单位 无放坡空间，且边坡为填方边坡，设计采用锚拉式 长度，锚索自由段长度为Ｌ＝１／ｓｉｎ（ａ＋ ），单位自由 桩板墙的支护形式。 段长度的锚索所提供的抗滑力如下： 经受力计算，采用压力分散型锚索（６孔），填 ＝Ｆ［ｓｉｎ（ａ＋ｆ１）ｔａｎ￣ｐ＋ＣＯＳ（ａ＋卢）］ｘｓｍ（ａ＋ ） 方边坡滑动面内摩擦角为２Ｏ。，粘聚力５ ｋＰａ，锚 根据 的一阶导数和二阶导数可知，得到当 索下倾角１０。Ｎ３０。，共１４０根，锚索孔直径为 １５０ ｍ。根据稳定性计算，锚索的布置应参照圆弧 ＝４５。 一ａ时， 取得极大值。 滑动面以下保证足够的锚固长度（不小于新鲜基岩 面以下１５ ｍ）。 ３．综合考虑锚索锚固段受力和自由段长度 二、锚索倾角的设计 锚索应同时考虑锚固段的锚固力和自由段提供 根据填土滑动面倾角和内摩擦角，从技术角度 的抗滑力，两者同时为最大值时得到的锚索角度为 和经济角度，合理地选择了锚索倾斜角度。 最佳倾角。但实际难以找到同时满足两者都为最大 在一些高边坡、路堑地形情况下，采用潜孔钻 值的锚索倾角，本文按照两者加权求得Ｂ值。 机进行锚索钻孔。潜孔钻机能适应各种地形，适应 设锚索锚固段与自由段长度的比值为Ｎ，加权 性和应用性比较高，所以此因素不是锚索倾角的必 计算可得： 要因素。 Ⅳ 一 ）＋ｆ ４５ ＋里一 １ 下面将从力学和经济角度来分析和推导锚索倾 卢＝ 角公式，得到了锚索的最佳倾角。 １．基于锚索锚固段锚固力的技术分析 化 ＝丽４５＂＋ 一ａ 三、锚索类型的选取 普通拉力型锚索主要依靠水泥砂浆内的锚固段 提供拉拔力，大量研究资料证明这种锚固段上的粘 结应力沿长度分布是不均匀的，锚固段最近端应力 集中现象严重。 压力分散型锚索采用无粘结钢绞线，在荷载作 用下，锚固段灌浆体主要承受压力，不容易裂开， 图１锚索受力不意图 根据锚索力学示意图（图１），可得出单根锚索 这种类型的锚索承载体采用枣核状。不同单元的锚 提供的抗滑力为如下： 索锚固段不一样，节省钢绞线长度，锚固长度上的 Ｆ［ｓｉｎ（ａ＋ ）ｔａｎ ＋ｃｏｓ ＋ ）］ 轴力和粘结应力沿长度分布比较均匀，受力较合理。 ＝四、锚索注浆 式中：。为滑动面的倾角： 采取压力注浆，能够提高水泥注浆体的密实度， 为锚索与水平面的倾角； 还能提高岩石体的固结效果，尤其对不完整的有裂 １９３ 一定的膨胀变形，可以弥补普通水泥砂浆凝结体积 收缩变形，从而改善锚固浆体的抗滑、抗渗性能， 且浆体膨胀后自身也有一定的应力提升，可进一步 提高浆体与岩石之间的粘结力。 金泰南燕湾项目设置了两孔拉拔试验，未做特 殊处理的破坏拉拔力为５０５ ｋＮ，做了特殊处理的破 坏拉拔力为５５６ ｋＮ。可以看出，在水泥浆体中加入 一定量的膨胀剂能提高浆体的抗滑力，效果明显。 五、压力分散型锚索的张拉 压力分散型锚索的张拉是个很关键的步骤，因 为各个单元的长度不同，所以不能整体进行张拉。 张拉时按照设计顺序分单元进行分步差异张拉，即 根据锚固段长度计算各单元之间的差异荷载，根据 差异荷载分单元张拉。 图２锚索长度示意图 一般采用等荷载张拉，张拉工艺如下：正式张 拉前取１０％￣２０％的设计张拉值进行试张拉１～２次， 使其各部位接触紧密接触。各单元钢绞线能够完全 顺直，应注意张拉的速度（大约４０ ｋＮ／ｍｉｎ）。 压力分散型锚索张拉步骤：安装千斤顶一Ｏ一△ Ｐ１（先张拉Ｌ３单元，补足Ｌ３单元差异荷载，量取 Ｌ３单元锚杆伸长值ｓ１）一２△Ｐ１（量取伸长值ｓ２， 计算Ｌ３单元锚杆Ｏ一△Ｐ１的伸长值）一△Ｐ２（再张 拉Ｌ３，Ｌ２单元锚杆，补足Ｌ３，Ｌ２单元差异荷载， 量取Ｌ３，Ｌ２单元锚杆伸长值ｓ３）一１２．５％（预张拉， 量取伸长值ｓ４）一２△Ｐ２（量取伸长值ｓ５，计算Ｌ１、 Ｌ２单元锚杆△Ｐ卜△Ｐ２的伸长值）一２５％Ｐ（量取伸 长值ｓ６）一５０％Ｐ一７５％Ｐ—ｌ００％Ｐ一１１０％Ｐ（量取伸长 值ｓ７）。 六、结语 （１）通过科学合理的计算，得到预应力锚索的 最佳倾角计算公式： ４５。 Ｉ２Ⅳ＋１ 丽 该公式对以后的锚索设计计算有一定的指导作 用。 （２）通过对比分析，得出压力分散型锚索粘结 应力沿锚固段分布较均匀，受力更合理，充分调动 （下转第１９５页） 城市建筑 ＵＲＢＡＮＩＳＭ ＡＮＤ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ。ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＡＬ ＦＯＲＵＭ Ｊ ｌ９２２年ｎ勺斯Ｉ冬ｌ Ｉ特沙龙腱的 （１ ５）ｉ¨』 【｛寸， ＩＪ Ｊ ｆ十 种 铁龙住宅 ：底Ｊ 架空， ￣Ｊ／－通 内起居 目Ｉ餐厅纰合，起』 仃足够的比 线进术。 ：层是卧 和小起 的组合， 层平 赴 １ 』 １ ｌ ，． ｉ ． ｉ Ｉ ｝ｇ ］ ｒ 一 ｊ～ 二 一 一 。ｌ ４ 比住宅剂Ｉｆ （柬源：参哿文ｌ｛ｉｊｃ［３］） ５秋季沙尼 铁尼任 ｔ（求 ：参＃ｌ迁献ｌ２］） Ｈｊ人小 Ｍ的概念抽象出求就是，一Ｊ 足人 ｉ＇ｌｉＪ和小 ｉ＇ｉｌＪｆｌ【合（ｊ／，Ｃｄ３宅问ｉｉ）， 埕的功能址公共属 ｊ 类ｈ然的审问， 个人宅问嗣１’ｊ‘空间， 是否宵 每７ 、１ｒ面的两种空Ｉ＇ｉｌＪ组合的好处是 同 一、 ｆｉ１ 【２ｊ［瑞士］ｗ・ 趄席耶．衲・ｌｆ口Ｊ布 耶令骐（第ｌ 替．１９５７ Ｉ ｊ午）【Ｍ］． ・燕 ， 京：中嘲建筑Ｔ．业…版社，２００５． 越，潍．北 有刈选择的逃离之地，又祠】其他层没仃 岂全隔离 、 譬女¨， ｑ层的小 问久待＾ 冉到门然 间，恰好 天气 郁．就会跑道楼Ｆ的类１，１然宅问。不仅弥补 Ｊ 自然 问的缺灾．剖面也作为一个整体Ｉ面存 ｌ：、 个人 间配 ｝ 卧审功能，剥卜的空间配 【＝－起辑 功能，起Ｉ，ｔ 室 ｌｉｉＪ人小决定Ｊ 这两哲 ［：３］［蜒］理商德・成斯－颐建筑人Ｉ 绎￣ｔｑ４＝品解读、，Ｆ ・盘面・剂Ｉ面［Ｍｊ． 一海英，张－－ 珊，弹．人选： 过渡卒问。 Ｕ层小 Ｉ＇ＮＪ和自然 Ｉ＇ｉｔＪ，在后求的库克 住宅 这Ｊ 小空问没何其他的 内空问１ 扰，又 ¨Ｉ卜直接埘刈自然 Ｍ，被 １ｆ１＝ 想室使Ｉ１ Ｊ 参考文献 ｌ １］Ｐｅ１ ｒ Ｃａｌ Ｌｅ ｒ１，…ｅｓ ｖａｎ ｄ Ｅ、【’Ｒｏｈｏ ｌｔ Ｗ０Ｉ＂ｋｌＭｊ． Ｉ（）Ｉ ｆ ［１ Ｐｈａｊ ｄＯＲ Ｐｒｅｓｓ １．ｔｄ，１９９９． 人连理Ｉｉ…版社，２００６ （作者单位：南京大学建筑与城市规划学院建筑系 ２１００９３１ （１ 接第ｌ８９贞） 绘ＩｍＩｆＩ勺创作。由此ｌ１．‘见，把“传移模 ”完全地解 读为“ｌ 蜒”是解释不通的，这也是建筑学习的 Ｊ 器冻之长，４‘能使建筑 沦与实践挪ｆ 圩４提丌。 参考文献 ［１］潘延 ｔ ¨ｊ代ｌ…Ｊ论选［Ｍ］长沙：湖南定术｛｛＿ｊ 版礼，２００５ 完全临 完 ， 米把临的给人 ．人ｆ『ｊ都蜕真像。 他很高兴，ｌ义去Ｉ训Ｉ’川 肇卜久，…采义把所临的给 人们霸，人仃ＪＩ说这叫 象李公麟㈣了，他 『 兴。 为他通过彩次临珠，“易瞰Ｊ以，Ｊ，易整以敞”，完 改变Ｊ 拿公麟的表现疗泛 ，他人 小到李公麟的 期状态。ｊ、 在认 反复研溃过火师的作 ＾之后，找 到自 Ｉ杓方向所 ．并且转化为ｎ己的州 念。 四、结语 ［２］郭宪．中吲１０统山水…ｌｌ心法披法 实践［Ｍ］．北 ０ ：地磺 版社，２００５ “八法论”已经推ＩｌＪ了１ ５００多年 今天的时 代 ｝ 比往持，绘Ｉ面如此，建筑也是。美术界‘ Ｊ 。如 把“化移横写”解释为临錾，邯么就 Ｉ｛ｆｉ 是“述…Ｊ不作， 两所先”Ｊ ，这魁 赫不认 门行为。从《占ｉｉ，ｉｉ－｜＾录》－ｆ１我们可以 到，谢赫 （作者单位：华南理工大学建筑设计研究院 ５１０６４０） 直都剥“六法沦”仃新的解读，我ｔｉ’１也 能局限ｊ‘ 南齐ｊ｛『ｊ个时代的论断，而是 它的 发卜，思号天 提出的“传移模写”址哽求仃“ ”的行为的， 于建筑新『竹评判准则。 仃、 ：足丁现代社会、学到 （Ｅ接第１９３ ） 与】： 学报，２０００，１９（ｊｆ【｝）：９１７ ９＇２１． ［５］张 浩．』 ／Ｊ分散 锚 在基坑芷 ｔ工 － 【｝ＪｆＩ＂ＪＩ、 川［＿Ｊ］．Ｉ：、Ｉ 迎筑，２００７，３２（ ）：９ Ｉ２． ［６ｊ耿冬青 ／Ｊ分散型锚朴在某琏础抗浮ｌ：羁川ｉ的 川［＿Ｊ］．建筑结构 ７ｑｔ４，２００５，２６（１）：ｌ１９ １２．１． Ｊ ｔ体的抗 强度．加强』 锚索的抗滑能 Ｊ。 （３）锚索的注浆干ｌ】张扎足‘项关键叫 水泥 砂浆内加入‘定量的膨胀剂能够提高锚１司浆体的抗 扎强度 从经济『ｆＪ 求看，缩觚锚 段铡绞线 度 能够降低成水。 １／Ｊ分敞型锚索张拉应按照设汁规 范腰求，采ｌ｛］分步麓坤张托 ［２］张发ｌｌＪＪ１刘宁，赵维炳．≯ 赝边坡预Ｊ ／Ｊ锚吲的 力学行为及群锚效应［ 石力学与ｉ－￣ｒｌ学报， ２０００，１９（增）：１０７７ ｌ０８０． ［３］Ｊ’秀 Ｊ，髓谦，韩军，等．颅应力锚索锚同机± ！ 的数ｆｌＩ（模拟试验研究［＿Ｊ］． 石力学 Ｊ Ｉ 程学报， ２００２．２１（７）：９８０ ９８８． ［．７］父晓林 岩』 Ｉ 的 Ｉ／Ｊ分敞 锚十 ｆ宄进腱［＿Ｊ］ Ｊ足建筑．２００９，８（６７）：４４ ． ［８］故 彩．』ｔｉ力分敞ｌ。 铺杆 瑞 是公阳＿三期１芰扣 中 的Ｊ、 用［Ｊ］Ｉ ＪＩ两建筑，２００９，３５（２０）：１１２ １ｌ３． 参考文献 ［Ｉ＿颐金 ’，沈俊．陈 奠敏，等．锚索预』、 力 ：岩土 ［４］靖洪史．压力分敞型锚材‘力学特钲影响 素的数 值分 ［Ｊ］．两安理工大学学报，２００８，２４（１）： ３２： ． （作者单位：北京工业大学．北京１００１２４】 内 『起的应变状奎｝诞型试验研宄 ．Ｊｊｌ 力 １９５
