第二章 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計

第一節(jié) 概述

錨索是一種主要承受拉力的桿狀構(gòu)件，它是通過鉆孔將鋼絞線或高強度鋼絲固定于深部穩(wěn)定的地層中，并在被加固體表面通過張拉產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而達到使被加固體穩(wěn)定和限制其變形的目的。錨索技術(shù)源于國外，它是錨桿技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。據(jù)資料記載，1933年阿爾及利亞的A.Coyne工程師首次將錨索加固技術(shù)用于水電工程的壩體加固并獲得成功。從20世紀40年代末至70年代初，錨索加固技術(shù)得到了迅速發(fā)展，加固理論、設(shè)計方法和有關(guān)規(guī)范也逐步出現(xiàn)和完善。目前，錨索加固技術(shù)已廣泛應(yīng)用于巖土加固工程的各個領(lǐng)域，并積累了豐富的工程實踐經(jīng)驗。本章主要介紹在已知錨固荷載下的錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。

我國的錨索加固技術(shù)始于20世紀60年代，1964年梅山水庫在右岸壩基的加固中首次采用了30～47m的預(yù)應(yīng)力錨索加固壩基，提高壩基抗滑穩(wěn)定性。從70年代開始，該項技術(shù)在我國的國防、水電、礦山等領(lǐng)域內(nèi)逐步開始使用。80年代以來，隨著人們對錨索技術(shù)研究的深入和對錨固技術(shù)認識的逐步提高，以及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，促進了錨索大量地用于工程加固。由于設(shè)計和施工實踐經(jīng)驗的積累，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范開始出現(xiàn)，在加固技術(shù)的機理研究、試驗設(shè)備和施工工藝的研究等方面都取得了較大進展。錨索技術(shù)的出現(xiàn)，是巖土工程技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑，為地質(zhì)體的加固和支護開辟了一條全新的途徑。在我國水電水利工程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)對巖體邊坡、地下洞室建筑物、基礎(chǔ)閘墩、水工隧洞等各類結(jié)構(gòu)進行加固或改善應(yīng)力，取得了良好的效果和一定的經(jīng)濟效益并積累了豐富經(jīng)驗。

據(jù)統(tǒng)計，在我國僅邊坡加固工程與深基坑工程每年錨桿的使用量就達3000～3500km。例如，小浪底水利樞紐工程主廠房寬26.2m，最大高度61.44m，其拱頂采用設(shè)計拉力值為1500kN、長25m、間距4.5m×6.0m的預(yù)應(yīng)力錨索與長68m、間距3.0m×3.0m的系統(tǒng)張拉錨桿加固頂板巖層。舉世矚目的三峽水利樞紐工程，在長1607m的船閘邊坡上采用了4000余根長21～61m設(shè)計承載能力為3000kN（部分為1000kN）的預(yù)應(yīng)力錨索和近10萬根長8～14m的高強錨桿作系統(tǒng)加固和局部加固。從單束錨索錨固噸位來看，我國預(yù)應(yīng)力巖土錨固技術(shù)從安徽梅山水庫大壩基礎(chǔ)成功地運用設(shè)計承載力2400～3200kN的預(yù)應(yīng)力錨索加固開始，相繼在松花江豐滿、清江隔河巖、黃河小浪底、長江三峽、清江水布埡等水電站應(yīng)用了大噸位的錨索。1989年我國首臺6000kN級預(yù)應(yīng)力錨索及張拉設(shè)備研制成功，并應(yīng)用于豐滿大壩加固工程，8000kN級預(yù)應(yīng)力錨索在石泉大壩加固工程應(yīng)用成功。到20世紀90年代，10000kN級預(yù)應(yīng)力錨索在龍羊峽水電工程中試驗成功，并在我國多個工程中獲得應(yīng)用（表2-1）。

表2-1 國內(nèi)部分水利水電工程預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)參數(shù)表

隨著技術(shù)進步和人們對巖錨機理認識的深化，采用新型錨索體系的問題已為越來越多水工人員重視，繼小浪底工程以后，銅頭、十三陵抽水蓄能電站等工程采用了無黏結(jié)雙層保護錨索。可以預(yù)測，早期的全長有黏結(jié)錨索最終將被更為先進的無黏結(jié)錨索體系代替。