第三節(jié) 預應力錨索的工程分類

目前在加固工程中使用的錨索種類繁多，按不同的分類方法可將錨索劃分為不同的類型。

一、按自由段有無黏結分類

最為普遍的劃分方法是按自由段有無黏結進行錨索類型的劃分。

1.有黏結預應力錨索

張拉完成后，張拉段被充滿錨索孔的黏結材料直接包裹而不能自由變形的預應力錨索，稱為有黏結預應力錨索。通常先向內錨固端灌砂漿達到設計強度后，進行錨索張拉，再用水泥砂漿灌注自由端，這一類型錨索至今仍在我國絕大多數水利水電工程中應用。錨索體系由內錨固段、自由段和外錨固段組成。自由段的鋼絞線用油脂保護，由于油脂保護的防銹可靠性較差，幾乎所有的工程最后都通過灌漿將自由段封死，因而，此類錨索最終退化為有黏結無保護型。外錨固段由錨墩組成。

2.無黏結預應力錨索

張拉段經過特殊處理，張拉完成后張拉段不被黏結材料直接包裹而能自由變形的預應力錨索，此類錨索采用帶有聚氯乙烯套管保護的鋼絞線，內錨固段和自由段一次灌漿，同時，內錨固段還用波紋套管保護，以達到全程防水效果，圖2-12為韓國三友公司（SAM-WOO）使用的波紋套管。中國小浪底工程是第一個大量使用這一型式的水利工程，圖2-13為小浪底工程采用的錨索的設計詳圖。需要強調的是，內錨固段的防水波紋套管是一種專用產品，它既要具備與內錨固端緊密結合以達到充分防水的作用，又必須具備足夠的柔性，可以將錨固力傳給巖體。我國目前無定型產品，小浪底工程的波紋套管是從國外進口的。

3.壓縮型、分散型無黏結錨索

研究表明，錨索的內錨頭在受拉時將在某一段產生應力集中，同時內錨頭在拔出時產生的剪脹導致錨索砂漿固結段開裂。采用壓縮型、分散型內錨頭可以改善內錨頭的應力分布，提高內錨頭的可靠性，從而為減少內錨頭的長度創(chuàng)造條件。圖2-14為成勘院準達公司生產的錨索結構，韓國三友公司生產的錨索如圖2-15所示的壓縮型錨具有結構緊湊、全程防水防銹的特點。圖2-16是當代壓縮分散型錨中較為先進的一種。

4.日本SEC方法

在各種新型錨索體系中，日本SEC方法是從傳統(tǒng)的眾多錨索體系脫穎而出形成的一種全新的錨索體系。該錨索體系使用橋梁工程中的預錨鋼絞線，經工廠加工，成為一個鋼套型的內錨頭，如圖2-17所示。這一體系的鋼絞線與聚氯乙烯保護層被凝固成一個整體，不再有現場穿索的工藝。由于結構緊湊，故可減少鉆孔直徑。

二、按錨固段的結構形式劃分

預應力錨索采用的型式有端頭錨和對穿錨兩種。

（1）端頭錨：無黏結端頭錨主要由外錨頭、張拉段、內錨固段構成。外錨頭由工作錨板、夾片、承壓板、混凝土墊座及保護系統(tǒng)5部分組成；張拉段采用無黏結鋼絞線，其間有水泥漿膠結體；內錨固段由鋼絞線、導向帽、隔離架及水泥漿膠結體構成。在有防腐要求時，應沿錨索全長設置聚乙烯波紋管。有無黏結端頭錨與沿全長有黏結端頭錨兩種類型。

（2）對穿錨：則是錨索的兩端均為外錨固段，無內錨固段。三峽永久船閘的直立坡部位（錨索長35～45m），中隔墩部位（錨索長36～55m）采用了無黏結鋼絞線，外涂一層專用建筑樹脂后，包一層約1mm厚的高密度聚乙烯的對穿錨。錨索一般為水平布置，均為直徑165mm的錨索孔，錨墩混凝土強度為C35。

就對穿錨索而言，由于需要具備后期補償張拉條件，常采用無黏結錨索，對鋼絞線與漿體的黏結力沒有很高的要求，降低了不可靠因素，可以提供更大的錨固力。注漿工序一次完成，不需要區(qū)分內錨固段和張拉自由段，減少了施工工序，有利于縮短施工工期，可用于一些搶險工程。

三、按錨索受力形式劃分

按錨固段結構受力狀態(tài)分為拉力型、壓力型、荷載分散型。

1.拉力型錨索

拉力型錨索主要依靠內錨固段提供足夠的抗拔力，因此，鋼絞線與注漿體間的黏結力、孔壁與注漿體間的黏結力應同時滿足設計要求，以保證預應力的正常工作。

內錨固段的形式有兩種：一種是采用水泥漿或水泥砂漿將錨固段部分的錨索體固結在假想滑動面以內的穩(wěn)定巖體部分；另一種是采用機械式內錨固段，如漲殼式內錨頭。由于機械式內錨頭適應性差，加工量大，現已很少使用。

采用水泥漿或水泥砂漿固結的拉力型錨索，錨固段先注漿，鋼絞線與注漿體、注漿體與孔壁完全黏結，當注漿體強度達到設計要求時進行張拉，張拉后進行自由段的注漿。根據其張拉段是否黏結又可分為全長黏結式和自由式，即二次注漿錨索和自由式錨索。二次注漿錨索的特點是如果錨頭失效也能保持預應力。自由錨索的特點是局部巖體變形引起的局部應力能分布在整個張拉段上。

拉力型錨索結構簡單，施工方便，造價較低，其結構如圖2-18及圖2-19所示。這種錨索內錨固段底部的巖體產生拉應力，且應力較集中，使內錨固段上部產生較大的拉力，易把漿體拉裂，影響抗拔力和錨索的永久性。

2.壓力型錨索

壓力型錨索與拉力型錨索的受力機理不同，其結構原理和結構示意圖如圖2-20與圖2-21所示。通常采用無黏結鋼絞線，鋼絞線與注漿體無黏結，而注漿體與孔壁全長黏結。在無黏結鋼絞線的內端固定一個金屬圓盤，作用在鋼絞線上的拉力通過圓盤轉換為壓力。注漿體呈受壓狀態(tài)，而注漿體側面與孔壁間產生剪應力。壓力型錨索荷載分布的特點是：①在錨索的根部荷載大，靠近孔口方向荷載明顯變小，有利于將不穩(wěn)定體錨定在地層的深部，充分利用有效錨固段，從而可縮短錨索長度；②漿體受壓，被錨固體受壓范圍更大，可提供更大錨固力；③壓力型錨索的錨索體采用無黏結鋼絞線，因而多一層防護措施，如果采用鍍鋅或環(huán)氧噴涂鋼絞線外再包裹一層或二層高密度聚乙烯（PE）套管，就具有更高防護性能；④下錨索后可一次性全孔注漿，這樣不僅減少注漿工序，而且即使沒施加預應力，靠漿體和土體的黏結力也能起到一定的作用，這對于正在滑動的滑坡體加固是很有必要的。

3.荷載分散型錨索

上述拉力型和壓力型錨索，都將預應力過于集中地傳遞給錨固段的局部部位，從而可能導致漿體拉裂。荷載分散型錨索，是將施加的預應力分散在整個錨固段上，使應力應變分散、減小，從而確保錨固體不受破壞。這類錨索多種多樣，可分為拉力分散型、壓力分散型、剪力型錨索和拉壓分散型。

（1）拉力分散型錨索的錨索體均采用無黏結鋼絞線，將處于錨固段中不同長度的無黏結鋼絞線末端按一定長度剝除高密度聚乙烯（PE）套管（視土體承載力，一般剝除2~3m），即變?yōu)轲そY段，當注漿固結后，錨索預應力通過鋼絞線與漿體的黏結力傳遞給被加固體，從而提供錨固力，如圖2-22所示。永久性拉力分散型錨索結構見圖2-23。

（2）壓力分散型錨索的錨索體也是采用無黏結鋼絞線，較簡單的壓力分散型錨索結構是，在不同長度的無黏結鋼絞線末端套以承載板和擠壓套。當錨索體被漿體固結后，以一定荷載張拉對應于承載體的鋼絞線時，設置在不同深度部位的數個承載體將壓應力通過漿體傳遞給被加固體，這樣對在錨固段范圍內的被加固體提供被分散的錨固力，見圖2-24。永久性壓力分散型錨索結構見圖2-25。

（3）剪力型錨索也是荷載分散型的一種，它的結構是在不同長度的無黏結鋼絞線末端用環(huán)氧砂漿黏結，靠剪力和壓力將預應力分散作用于錨固段。

（4）拉壓分散型錨索是在兩根無黏結鋼絞線下部剝除1~3m的PE套管，變成拉力型錨固段；在無黏結段上部安裝可移動擠壓套和承載板，變成壓力型錨固段；在另外兩根或四根或六根無黏結鋼絞線上也按上兩根那樣處置，然后將它們編制在一起，編索時，無黏結段呈臺階狀布置，可以提供比拉力分散、壓力分散更為均勻的錨固力。

四、按外錨具的結構型式劃分

（1）墩頭錨：墩頭錨是以高強鋼絲作為預應力錨索材料的一種，屬支撐式墩頭的張錨體系。它依靠鋼絲端部的墩頭，支承于篩狀孔的鋼質錨具上，用油壓千斤頂整束張拉，見圖2-26。

（2）OVM錨：OVM錨固體系由圓錐形夾片組、錨板、錨墊板、螺旋筋4部分組成，是目前用得較多的一種錨具，適用于鋼絞線的根數為1、3、4、5、6、7、9、12、19、27、31、37、43、55，OVM錨固體系錨具的錨固效率系數高，錨固性能非常穩(wěn)定、可靠，適應范圍廣泛，一般情況下一套錨具可錨固1~55根鋼絞線，最多錨固鋼絞線的根數已達到109根。可錨固直徑分別為12.7mm、12.9mm、15.2mm、15.7mm、17.8mm、21.8mm、28.6mm的鋼絞線。對應的千斤頂為YCW型。

（3）QM錨：QM型錨具是由錨板、夾片、錨墊板和螺旋筋組成，錨板由優(yōu)質碳素鋼制成，錨孔是直孔，夾片由合金結構鋼制成，為三片直開式，鑄鐵錨墊板和螺旋筋與OVM相同，QM或GYM錨具的錨固原理、主要性能、特點與XM錨具基本相同，實屬同一類錨具，見圖2-27。近年來在水電工程中開始應用，最高單索噸位已達6000kN級。

（4）XM錨：XM錨具由錨板、夾片、錨墊板、喇叭管和螺旋筋組成，錨孔中心線的傾角為1∶20，錨板的頂面與中心孔垂直，夾片由合金結構鋼制成，它是被銑成與鋼絞線捻向成相反方向斜開的三片式尖片。XM型錨具由于錨固性能好、錨固效率高、張拉噸位可大可小，以及可以逐根張拉或分束、整體張拉等優(yōu)點，在大壩錨固、巖質邊坡錨固、預應力閘墩等方面廣泛應用，目前單索噸位已達6000kN級（圖2-28）。

（5）YM錨：該錨固體系（圖2-29）由張拉端錨具（YM15/13錨具，BM15、BM13扁錨）、固定端錨具（H型、P型）、連接器（YML15/13）和波紋管組成。該錨固體系具有如下優(yōu)點：應用范圍廣，可錨固標準強度為2000MPa及其以下級別的φ12.7、φ15.24鋼絞線和標準強度為1670MPa的φ5、φ7高強鋼絲束。可選擇范圍廣，YM錨固體系適用于鋼絞線根數范圍為1~55根，在此基礎上還可增加鋼絞線根數，以滿足設計要求。具有良好的放張自錨性能，夾片跟進平齊，夾持性能穩(wěn)定，施工操作簡便。錨固效率系數高，錨固性能穩(wěn)定、可靠。

五、按錨索體種類劃分

按錨索體種類分為鋼絞線束錨索、高強鋼絲束錨索和玻璃纖維錨索等。