预应力锚索粘结性能的探讨
时间：2022-10-25 07:48:19
摘 要 锚索已在我国岩土加固工程中得到广泛运用。本文就有粘结锚索与无粘结锚索安全性能和优缺点进行探讨。
锚索施工近年来在建筑工程中，特别是岩土加固工程应用越来越广泛。随着锚索的运用，由于锚索的失效、断裂带来的加固工程安全事故也随之越来越多。而通过对失事锚索的调查发现全长粘结预应力锚索比无粘结预应力锚索安全性能高得多。在我国100多例重点工程锚索支护安全性能调查中，有90%多失事及腐蚀的锚索是无粘结锚索引起的。下面我们通过一个案例对此进行详细的解析。
云南漫湾水电站1986年开工建设，1995年投入使用。在该水电站的坝顶，对一根全长预应力粘结锚索采用小型机械从2009年11月25日开始开挖，到2010年1月10日为止，锚索距离施工日期大约有20多年。该锚索由8根长25米，锚固段6.5米，孔径Ф115mm的钢绞线组成。自由段注425号水泥浆，锚固段425号水泥砂浆。钢绞线标号GB224-85，强度级别1470KN/mm2。开挖区域坚硬岩体，开挖条件好，pH纸检测区域内pH=11，地层腐蚀弱。试验通过以下三个方面进行结论：
一、通过钢绞线剥出量与缩进量关系分析验证水泥粘结作用。通过钢绞线剥出量与缩进量关系分析：2009年12月12日到2010年1月4日，在2-5m段每隔0.5m设一个钢绞线缩进量监测点，共6个监测点。开始锚索剥出长度7m，边开挖边剥钢绞线，开挖结束时剥出长度18.5m，一直剥到内锚固段。通过监测我们发现随着监测时间的增加，缩进量也随之增加，从0mm增加到30.9mm。缩进量和监测时间成正比关系。
根据上述锚索自由端7-18.5m缩进量与监测时间分析，我们得出结论，即钢绞线变形均匀到锚索自由端，锚索应力也均匀分布，即锚索锁定性由水泥浆体粘结作用来形成的。
该结论可以解释当全长预应力粘结锚索在某一处发生断裂，由于锚索与围岩和水泥浆体粘结为一体，不会引起整条锚索的断裂，只会在断裂锚索附近发生影响。水泥浆体粘结性延缓了了整条锚索失效。
二、通过剥开的锚索颜色，验证水泥浆体对锚索的防腐保护作用。在锚索剥开后观察锚索颜色为黑色，随着锚索位置的深入，颜色越来越鲜亮。这是因为水泥浆体的保护作用，加之锚索自由端在锚孔中与大气隔绝，也保护了锚索。但在一处靠近岩壁的7-10m处发现一些黄色小锈斑点，仔细查看，锚索与岩壁之间的水泥浆体很薄，一些地方水泥浆体发生了脱落。这表明水泥浆体破坏使锚索出现了锈斑。
为何全长粘结预应力锚索在无腐蚀地层中能防锈蚀呢？有研究发现钢铁在pH>11的碱性条件下，钢铁氧化后在钢铁表面形成三氧化二铁的保护膜，也就是钝化膜，厚度100mm，结构形式r―Fe2O3，它能保护钢铁不被锈蚀。而r―Fe2O3钝化膜形成必须保证pH>11的碱性条件，同时浆液用硅酸盐水泥拌制，限制氯离子和硫酸离子含量能保证钝化膜不被破坏。
三、在锚固段观察对岩体的锚固力。在开挖到18.5m处，即为锚固段。继续开挖锚固段，
相比较全长粘结预应力锚索，无粘结锚索的特点刚好和全长粘结锚索相反，优点与缺点互换。我们讲讲无粘结锚索的特点。
无粘结锚索有一个重要性能防护隔离功能。通过锚索孔中注入水泥浆体来隔离保护锚索，用塑料制品制成隔离体增加防护性能。另外采用了对中支架与隔离支架。对中支架主要起隔离波纹管与孔壁，防止两者之间接触与摩擦。隔离支架在波纹管内，起对中作用，隔开钢绞线。另外锚固段采用双层波纹管进行保护。而整个隔离层也采用双层隔离，增加了安全系数。
无粘结锚索安全隔离性差由以下原因造成的：一）水泥浆体来作注浆材料，可以起隔离作用，但水泥浆体仍会漏水与透气，对保护性有影响；二）塑料制品制成的隔离体很脆弱，在锚索穿入锚孔过程中很容易发生破坏；三）在实际施工中，由于对无粘结锚索隔离性能重视不够，会将双层隔离层变成单层隔离层，同时不安装对中支架。
另外由于锚索无粘结性能导致在对岩体支护时，只能依赖锚索拉力，无法利用岩体的共同作用，一旦锚索发生断裂，整条锚索会断裂，这是无粘结锚索最大缺点。根据研究有粘结锚索比无粘结锚索极限承载力提高15-30%。
当然无粘结锚索还有一些较突出的优点。其中一个突出优点是锚索拉力的可调整性。在无粘结锚索外锚头中可以看到锚索端头有一个防护帽，对锚索预应力调整就是通过这个防护帽中锚头装置调节。取下防护帽，将张拉装置安装在锚头上，进行张拉来调整张拉力。这在拉力需要调整的岩体加固场合应用比较广泛。
无粘结锚索应用比较便捷，只要一次注浆，不象粘结锚索需要二次注浆。二次注浆间隔较长，比较麻烦。同时适应力强，对任何复杂环境能适用。
综上所述，我们可以看到有粘结锚索与无粘结锚索两者的优缺点。有粘结锚索由于有钝化膜保护，防护性能好，在各地挖出的锚索案例中出现失效、断裂情况较少。同时由于水泥砂浆粘结性能，它还能与周围岩体形成咬合，连为一体，不仅提高自承能力，还能防止有粘结锚索“一处断，整条断”的危害。而相应无粘结锚索也有突出优点，它能通过防护帽的张拉装置调整预应力，这是有粘结锚索不具备的。同时施工比较方便，只需一次注浆，这些优点使其应用广泛。但无粘结锚索相对有粘结锚索的隔离保护差、自承力小等缺点，加之人们使用过程中不注意做好防护隔离层，在使用过程中失效事件较多，限制了其使用。因此我们在运用有粘结与无粘结锚索过程中要注意根据不同要求选择，扬长避短，充分利用优点，克服缺点，使其在运用中最大发挥其作用。
参考文献
[1]任爱武等 全长粘结预应力锚索长期运行效果研究.岩土锚固技术研究与工程应用.人民交通出版社.2010.9
[2]刘玉堂 无粘结锚索的隐患.岩土锚固技术与工程应用新发展.人民交通出版社.2012.9.1
[3]刘玉堂 非腐蚀地层中用作永久支护的全长粘结预应力锚索.人民交通出版社.2012.9.1
