U型可回收锚索现场试验研究

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　　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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