U型可回收锚索现场试验研究

作者:未知

  摘  要:文章依托现有边坡支护工程,通过现场对U型锚索进行回收试验,分析了其结构的合理性、极限承载力及锚索中钢绞线的可回收性。回收时,采用单根张拉千斤顶和卷扬机从一侧拔出绕过半圆弧承载体的U型钢绞线,其拉拔力不大于张拉锚固力,设备轻便简单,效率高。U型可回收锚索在临时支护工程中的应用,对减少城市地下污染、地下空间的开发利用及城市可持续性发展具有积极作用。
  关键词:U型可回收锚索;现场试验;可回收性
  中图分类号:TU753        文献标志码:A         文章编号:2095-2945(2020)19-0063-04
  Abstract: The rationality of the structure and the ultimate load capacity, as well as the recycle-ability of the strands mounted in the ground are verified through the recycle test of the U-shaped ground anchor cable relying on the existing slope support project. During the strand recycling, the U-shaped strand by passing the semi-circular load bearing bracket can be drawn out from one side by using an individual strand jack and a winch, the drawing force is not greater than the tension force.The high recycling efficiency can be achieved with light and simple equipment. The application of U-shaped recyclable anchor cable in temporary support engineering has a positive effect on reducing urban underground pollution, the development and utilization of underground space and the sustainable urban development.
  Keywords: U-shaped recoverable anchor cable; field test; recyclability
  1 概述
  随着我国岩土工程技术的快速发展,预应力锚索的应用越来越广泛。传统预应力锚索作为永久结构的一部分,无需进行回收,而对于城市建设中的一些临时支护用锚索,在完成支护任务后,如果不进行回收,钢绞线永久埋于地下,容易造成地下环境的污染及地下空间的占用,从长久考虑,既不利于城市规划,也不满足可持续发展要求[1]。为了实现资源回收利用,国内外众多科研院所、施工单位针对可回收锚索方案进行了大量研发,包括张鑫鑫[2]等对国内外可回收锚索的种类进行了汇总,并总结了当前可回收锚索所存在的问题。盛宏光[3]等对多种可回收锚索(杆)进行了现场试验,研究分析其结构、锚固性能、回收性能的合理性。
  柳州欧维姆机械股份有限公司一直致力于预应力产品的研发与应用,根据市场需要开发了一种U型可回收式锚索,为了检验锚索结构的合理性及锚索回收工艺的可行性,依托边坡支护工程,开展了现场试验研究,在验证U型可回收锚索的可回收性的同时,为产品结构优化和施工工艺改进提供依据。
  2 工程概况
  锚索试验地点位于广西乐百高速公路某标段边坡坡脚处,边坡高度约为40米,坡面长度约为120米。坡体岩性为强风化泥岩,支护设计为三级边坡,支护方式为锚杆隔梁+挡土墙。
  3 现场试验
  3.1 试验锚索结构
  根据工程项目要求,试验用锚索为6孔U型可回收锚索,每根锚索由3根公称直径为15.2mm,公称抗拉强度为1860MPa的PE护套无粘结光面钢绞线、承载体、隔离架、锚具等多个部件组成(见图2)。其中3根钢绞线分别绕过三个独立的半圆形承载体形成U形结构,相隔60度分布,沿长度方向分三级布置,每级钢绞线长度分别为29m、32m、35m,承载体间距为3m。
  3.2 锚索施工工艺
  (1)制索:在工厂内根据锚索设计长度及张拉设备等计算下料长度,采用砂轮切割机下料,并按设计要求剥除张拉段钢绞线的PE护套,清除钢绞线表面油脂,然后按装配顺序将钢绞线与其他部件进行组装。组装并包装好后发送至项目现场,锚索编号1#、2#、3#。
  (2)钻孔:将钻机就位,并水平稳固安装,在施钻过程中应随时检查并修正。按设计要求进行钻孔施工,孔径Φ150mm,孔深为33m,锚孔倾角为15°,钻孔深度由现场进行确认,成孔达到设计深度后,利用钻机高压风反复吹洗孔洞,将孔内的粉尘或泥水清理干净,并清除孔外周围杂物。
  (3)锚索安装:在锚索放入锚孔之前,检查锚索外包装是否完好,拆除包装后,对锚索进行仔细检查,核对锚索编号,确保锚索组装满足设计要求,锚索长度与设计要求相符,组成錨索的无钻结钢绞线应无明显弯曲、扭转现象,钢绞线的防护介质无损伤,如有损伤,按要求进行修复。锚索检查合格,将锚索插入孔内至设计要求深度,锚索安放后,不得随意提拔。
  (4)注浆:注浆作业在三根试验锚索按设计要求安装就位后立即进行,锚索采用纯水泥浆灌注,配制浆体按水灰比0.45控制,将浆液搅拌均匀,然后按1#、2#和3#的顺序对锚索注浆,注浆最大压力控制在0.6MPa,为了监测锚索中浆体的抗压强度,分别在锚索灌注前后各制作一组试块(共6块)。   (5)锚具安装:锚具安装与钢支座密贴对中,锚具中轴线与锚索中轴线一致。
  (6)锚索张拉:采用与锚索张拉力配套的千斤顶和油泵,并对张拉设备(千斤顶和张拉用油表)进行配套标定,在试块测试强度达到设计要求强度40MPa后,对锚索进行张拉,张拉采用分级循环加载,通过对锚索逐级加载、卸载,循环逐步分级增加荷载。在整个张拉过程中,张拉速度控制在100MPa/min 左右,张拉加载等级和观测时间见表1。
  (7)锚索钢绞线回收:锚索卸载后,用YDC240Q千斤顶对U形钢绞线的一端施加拉拔力,将钢绞线依次拔出,并进行记录钢绞线回收时的最大拉拔力。
  4 试验结果与分析
  4.1 锚索张拉力控制
  为了验证不同张拉力对锚索钢绞线回收难易的影响,对三根锚索采用了不同的张拉力控制,1#、2#和3#锚索的张拉力依次为936kN、1014kN和1170kN。锚索实验记录见表2,锚索张拉荷载-位移曲线见图3。
  从分析记录表中各级张拉加载和卸载时钢绞线伸长量数据可以看出:
  (1)同一循环中,在卸载时,钢绞线不能回到加载时的状态,随着加载循环中最大力的增加,钢绞线的相对伸长残余量越大,说明加载时钢绞线的伸长量中存在一定的塑性伸长,这是因为受锚索钻孔直径的限制,U型锚索中的钢绞线在U型承载体处的弯曲半径小,钢绞线受拉時,在承载体处的钢绞线存在较大的弯曲应力而导致的。
  (2)张拉力在钢绞线公称破断力的60%(含60%)之前,卸载时钢绞线伸长量中的残余塑性变形相对比较小,当最大张拉力大于60%时,卸载时钢绞线伸长量中的残余塑性变形显著增加。
  (3)1#、2#和3#锚索在初始荷载和第四循环的最大张拉力间的伸长量(除去塑性残余变形)分别为126.78mm、126.38mm和129.38mm,比理论伸长量计算值(钢绞线的弹性模量取1.95x105MPa,锚索长度按三级长度中的最小长度29m减去张拉夹持位0.5m,取28.5m)134.5mm偏小一些,原因是三根U形钢绞线的长度不一样,而整体张拉时的伸长量是相等的,所以每根钢根绞线的受力一样,即三根钢绞线之间存在相互制约,锚索的整体张拉伸长量比理论计算值偏小是合理的。
  4.2 锚索回收拉力
  在现场实验中,锚索中钢绞线的回收采用了千斤顶、卷扬机和手拉葫芦等多种方式相结合的方法。通过实验观察,U型锚索中钢绞线在拉拔过程中,因千斤顶具有出力平稳的优级点,在钢绞线另一端通过U型锚索承载体之前,采用千斤顶拉拔更有优势,在钢绞线另一端完全通过U型锚索承载体之后,受到的阻力明显降低,换用卷扬机或手拉葫芦,可大大提高回收效率。U形可回收锚索的回收拉力见表3。
  从表3数据可以看出,锚索的张拉力大小对钢绞线回收时的拉拔力几乎没有影响;在同一锚索中,最长钢绞线在回收时的拉拔力明显大于另两根钢绞线。
  在回收过程中,钢绞线拔出后,后半段呈螺旋形,原因为后半段钢绞线在通过承载体时产生塑性变形导致。
  5 结论
  通过此次现场试验,对此U型可回收锚索可得出如下结论:
  (1)U型可回收锚索,最大张拉力达到钢绞线公称破断力的75%(1170kN)时,锚索钢绞线未出现破断失效。证明U型锚索的承载能力满足地锚结构设计承载力要求。
  (2)试验中U型可回收锚索钢绞线回收顺利,证明锚索基本结构设计合理。
  (3)不考虑张拉垫墩下的土地的压缩,在循环加载过程中,锚索随着试验荷载的增大,位移增大,且随着张拉加荷循环级数增加,相同荷载情况下,本级循环位移量要高于上一级循环时位移量,说明锚索中钢绞线以弹性变形为主,伴随塑性变形发展。
  (4)锚索中钢绞线采用整体张拉时的实测伸长量小于理论计算值,这主要是锚索中三根U形回转的钢绞线之间的相互制约造成的。
  (5)U型可回收锚索中钢绞线采用单根拉拔的方式回收,成功率为100%,回收工艺简单可行。
  (6)锚索的张拉力大小对钢绞线回收时的拉拔力几乎没有影响;在同一锚索中,最长钢绞线在回收时的拉拔力明显大于另两根钢绞线。
  (7)锚索钢绞线回收可采用单根张拉千斤顶、卷扬机、手拉葫芦等设备,不同工程项目可根据实际工况组合选用。实验证明,前半段选用千斤顶拉拔,施力平稳,操作安全,后半段采用卷扬机拉拔,效率高,二者组合使用,提升锚索钢绞线回收效率。
  (8)在回收过程中,因钢绞线在通过承载体时产生塑性变形而呈螺旋状,拔出时会有比较大的弹力,因此在锚索钢绞线回收时,施工人员应注意安全,施工现场应作好安全隔离标识,最后拉拔应缓慢,确保施工人员和设备安全。
  参考文献:
  [1]郭彦朋,李世民,李洪鑫.可回收锚索的发展现状及展望[J].四川建筑科学研究,2015,41(02):136-140.
  [2]张鑫鑫,符贵军,刘海康,等.可回收锚杆(索)技术研究现状及展望[J].公路,2017,62(11):1-8.
  [3]盛宏光,聂德新,傅荣华.可回收式锚索试验研究[J].地质灾害与环境保护,2003(04):68-72.
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