２０ｌ４ ２０１４ Ｖ０１．９ Ｚ１ 张宏刚：锚杆张拉预应力损失原因探讨及防治措施 第９卷增刊 锚杆张拉预应力损失原因探讨及防治措施 张宏刚 （北京市地质工程公司，北京１００１４３） 摘 要：文章结合工程实践，通过对锚杆张拉预应力损失进行分析，阐述了预应力损失的原因，提出了避免和减少预 应力损失的措施。 关键词：预应力锚杆；应力损失；张拉；锁定 中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－１９０３（２０１４）Ｚ１—０１５５－０３ 伴随城市建设的发展，深大基坑越来越常见，而桩 锚支护是常见的一种基坑支护方式。在护坡桩和预应力 锚杆施工完毕后，按照锚杆设计计算的数值进行张拉和 锁定。然而，锚杆的张拉力和锁定后的预应力都有损失， 即锁定荷载不足，达不到设计要求，通过下表看出，最大 损失值为２１３ｋＮ，最大损失比例高达４１．１％。最大小损失值 为１６８ｋＮ，最小损失比例３６．８％（表２）。 表２ 锚杆编号 设计锁定 最大拉力 锁定荷 荷载损失 荷载损失率 荷载ｋＮ 荷载ｋＮ 载ｋＮ ＩＩ－８ 工工一３６ ３８０ ３８０ ４００ ４００ ４５０ ４５０ ４５６ ４５６ ４８０ ４８０ ５４０ ５４０ ２８８ ２７２ ２８５ ２９９ ３２７ ３１８ 后者的损失更为显著，达不到设计要求的锁定值。这对基 坑造成很大的安全隐患，如果不引起重视，将导致极为严 重到后果。 ｋＮ １６８ １８４ １９５ １８１ ２１３ ２０２ ％ ３６．８ ４０．３ ４０．６ ３７．７ ３９．４ ４１．１ １ 存在问题 １．１锚杆张拉时预应力损失 锚杆张拉时的预应力损失表现为锚杆测力计的输出 值小于油压千斤顶显示的压力，如表１为某基坑支护工程３ 根锚杆各级荷载测力计输出值和千斤顶压力值的对比。通 过表１看出，每级荷载下，测力计值均小于千斤顶压力值。 Ｉ工６３ Ｉ１－７７ ＩＩ卜１Ｏ５ Ｉ工工一１２６ 以上两种预应力损失的现象非常普遍，往往被人们 忽视，其结果是锁定荷载不足，预应力锚杆没有充分发挥 其作用，导致基坑上部变形较大，影响基坑及周边建筑物 表１锚杆张拉时预应力损失（ｋＮ） 千斤顶压力值 ５０ １５Ｏ １Ｏ１ ３００ ２ｌ２ ４５０ ３４５ ６００ ５０５ 的安全。 ｌ－６３＃锚杆测力计值 ３８ ２问题分析 ２．１锚杆张拉及锁定工艺 在基坑支护中一般采用ＹＭ系列的自锁锚具，其张拉 锁定工艺见图１，其加力装置采用穿心千斤顶，用高压油 ｌ－４５＃锚杆测力计值 ４７ Ｉ－２０＃锚杆测力计值 ４３ １１５ １２Ｏ ２６６ ２５５ ３９９ ４０４ ５２８ ５４５ １．２锚杆锁定时预应力损失 达到锁定值后，千斤顶卸载后预应力有显著的损失， 泵对锚杆施加拉力，当油泵加压后，千斤顶活塞顶向工具 锚和夹片ｌ，另一端顶向限位板，压力通过限位板传递给 ２０１４ ２Ｏ１４ 第９卷增刊 工程施工 Ｖ０１．９ Ｚ１ 工作锚。随着张拉千斤顶油缸的运动，工具锚和夹片１夹紧 钢绞线向张拉方向运动，同时工作锚中的夹片２也随钢绞 线向后移动，当工作夹片２移动到限位板的限位工作面挡 住不再继续走了。此时工作夹片２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２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，锚固。 藏斗■位●ｔ ● 图１张拉锁定工艺示意图 ２．２锚杆预应力损失的分析 实践经验表明影响预应力损失的因素较多也很复杂 既有材料性能、锚具、张拉设备引起的损失；也与张拉环 节细节处理、工人操作水平等有关。主要影响因素如下 （１）锚杆材料对预应力损失的影响 由于锚杆在巨大的初始应力作用下会发生变形从而 产生松弛损失。松弛损失的大小与张拉应力有关，张拉应 力越大，松弛损失就越大川。松弛损失在张拉后初期几分 种内发展最快。 减少该因素导致预应力损失的措施：选择低松弛高 强度钢绞线，把钢绞线超张拉并相应持荷一段时间，则可 使钢绞线的松弛损失大大减少。 （２）锚具产生的预应力损失 锚头夹具产生的预应力损失目前国内生产的各系列 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。因 此钢绞线回缩产生的预应力损失可由下式求得： Ｎｓ＝Ａ・ＡＬｏＥｙ／Ｌ 其中 ｓ为预应力损失值； 为钢绞线的截面积；△ 为锚具、夹片的变形回缩值；Ｅｙ为钢绞线的弹性模量； 为自由段的有效长度。 减少该因素导致预应力损失的措施：这部分损失是 无法避免的，通过超张拉，二次补张拉，弥补该部分预应 力损失。 （３）张拉系统引起的预应力损失 锚杆张拉系统包括油泵、油表、和千斤顶等部 分。张拉系统的摩阻损失为２％～４％地就是说油表所反映 的张拉力，比千斤顶底部钢绞线的受力要大２％～４％。一般 张拉都是以油表读数为基础的，故应考虑张拉系统引起的 预应力损失量。 减少该因素导致预应力损失的措施：张拉前对张拉 设备进行标定，通过超张拉，弥补预应力损失。 （４）张拉操作环节引起的预应力损失 ①夹片硬度低。当夹片硬度低于钢绞线硬度时，夹片 就无法在钢绞线表面形成刻痕，当然就咬不住钢绞线了， 这时当千斤顶回顶时，钢绞线就跟着往回缩，导致预应力 损失。 ②张拉千斤顶与锚具不同心或限位板与工作锚不同 心。当其不同心时会造成张拉时一边的夹片会刮伤钢绞 线，而刮掉的铁屑会充满夹片的牙齿缝隙。回顶时因为夹 片牙齿隙缝中充满铁屑而无法嵌住钢绞线，导致预应力 损失。 ③限位板磨损。随着使用次数的增多，在相当大的 压力下，限位板的支撑部分会被压下去，造成限位尺寸的 变小。张拉钢铰线向后移动时，夹片内孔打不开，小于钢 铰线的直径，因夹片硬度高于钢铰线，当千斤顶带着钢铰 线强行向后移动时夹片会刮伤钢铰线外表，造成钢铰线直 径变小，夹片牙齿间充满铁屑，无法充分夹紧钢绞线，导 致预应力损失。 ④张拉时夹片牙齿中有黄油、砂子；使用时夹片牙齿 中有砂子或其它杂质，杂质充填在夹片牙齿的间隙里，当 回顶时，夹片无法嵌放钢铰线而导致预应力损失。 ⑤钢铰线上有铁锈。钢铰线有铁锈同样会塞满夹片 的牙齿缝隙而导致预应力损失。 ⑥限位板内有泥砂。限位板内有泥砂，其危害相当于 限位板磨损，会导致限位尺寸变小，导致预应力损失。 ⑦安装工作夹片时不要弹性圈。安装工作锚时，有时 在夹片上的弹性圈（耐油“０”形圈或钢丝圈）会损坏或丢 失，有的工人图省事不要弹性圈，这样，没有将夹片均匀 放置，使得两瓣夹片一前一后，当回顶时，夹片与钢铰线的 ２０ｌ４ ２０１４ Ｖ０１．９ Ｚｌ 张宏刚：锚杆张拉预应力损失原因探讨及防治措施 第９卷增刊 磨擦力变小而导致夹片不跟进，导致预应力损失。 ⑧夹片与工作锚不配套。在同—工地使用两种锚具 时，有时管理混乱，造成夹片的不配套使用，因为两种体 系的锚具锥度可能不一样，造成夹片夹不紧钢绞线而造成 导致预应力损失。 ⑨钢腰梁安装不合理，张拉时钢腰梁搁住锚杆，使锚 杆无法按设计角度张拉，造成预应力损失。 减少以上因素导致预应力损失的措施：以上因素导 失比例为１８％。最大小损失值为７３ＫＮ，最小损失比例为 １５．２％。锚杆拉力基本达到了锁定值，满足了设计要求。见 表３。 ３结论 在基坑支护施工时，预应力锚杆张拉环节以下几点 要引起高度重视： （１）预应力筋采用低松弛高强度的钢绞线。 （２）夹片硬度要高于钢绞线硬度，且锚头、夹片与限 位板要配套使用。 （３）张拉时保证钢绞线、夹片、限位板清洁。 （４）夹片上的弹性圈不得去除。 （５）保证张拉千斤顶与锚具同心、限位板与工作锚 同心。 致的预应力损失３０％以上，若通过超张拉来弥补，需超张 拉ｌ３０％～１４０％，若超张拉１３０％～１４０％，锚杆拉力即将超 过设计值且锚杆后的受力梁很可能发生变形，进而导致 预应力损失更大或锚杆失效。只能通过纠正上述错误做 法，分级张拉并保证每级张拉时间，提高工人操作水平， 加大张拉时监督力度，减少预应力损失。 ２．３预应力损失减少的验证 通过安装锚杆测力计，验证了通过采取以上措施 后，预应力损失大大减少，最大损失值为９７ＫＮ，最大损 表３ 锚杆编号 设计锁定 最大拉力 锁定荷 荷载损 荷载损失葺 荷载ＫＮ 荷载ＫＮ 载ＫＮ 失ＫＮ ＩＩＩ一１７ ＩＩＩ ６９ ＩＩＩ一７８ （６）合理安装钢腰梁，张拉时锚杆与钢腰梁无接 触。 （７）张拉时务必要平缓加载，分级张拉，并保证每 级张拉时间。 （８）安装锚杆测力计，验证其是否达到设计锁定要 ％ １８．Ｏ １６．２ ｌ６．３ 求。 ３８０ ３８０ ４００ ４５６ ４５６ ４８０ ３７４ ３８２ ４０２ ８２ ７４ ７８ 参考文献 ［１］刘国彬，王卫东．《基坑工程手册》（第二版）．中国建筑 工业出版社，１９９９，１１． ＩＩＩ一９４ ＩＶ一１１４ ＩＶ－１３５ ４００ ４５０ ４５０ ４８０ ５４０ ５４０ ４０７ ４４７ ４５３ ７３ ９３ ９７ ｌ５．２ １７．２ ｌ８．０ Ｂｏｌｔ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ Ｌｏｓｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｇａｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｇｅｏ—ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１４３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｌｔ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｌｏｓｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｔｓ ｌｏｓｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｂｏｌｔ；Ｌｏｓｓ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ；Ｔｅｎｓｉｏｎ；Ｌｏｃｋ
