公路邊坡錨固原位監(jiān)測與分析

公路邊坡錨固原位監(jiān)測與分析

銅湯高速1108段（k1544.940k1552段）的高邊坡位于紫巖隧道入口。這是一個傾斜的山坡。在邊坡的加固保護中，共有162個預測的孔，其中三個為81個孔，一個孔的設計長度為20米，一個孔的固定段為10米。第二個斜坡有三個，八個孔，一個孔的設計長度為25米，八個孔的長度為10米。錨索采用高強度、低松馳預力6束1×7標準型-15.24-1860-Ⅱ-GB/T5224-1995鋼絞線。設計孔徑130mm,錨孔傾角25°(俯角),采用從孔底到孔口返漿式注漿,錨索自由段采用防護油及塑料管隔離,每束錨索設計施加張拉力為725kN。張拉為5級張拉,每級間膈5～10min,錨索最后鎖定施加預應力為設計拉力的110%。為了準確的推斷出邊坡的變形情況,及時了解錨索在土層中的性狀,對二級邊坡81孔錨索中的9孔預應力錨索安裝錨索測力計,進行施工和運行期錨固效果的監(jiān)測。錨索測力計布置情況如圖1所示。1jdmsj-202振有限層壓痕研究1.1應變弦式傳感器JDMSJ-202型振弦式錨索測力計由3部分組成:(1)承載感壓體:是一個有中孔的環(huán)形體,直接感受錨索施加的壓力并進行轉(zhuǎn)換。(2)應變弦式傳感器:是測力計的中樞,完成由壓力到電信號的轉(zhuǎn)換。(3)傳輸電纜:是外護套加厚的四芯屏蔽通訊電纜,用以實現(xiàn)測力計的遙測功能?；驹硎窃诔袎和搀w受到壓力后,內(nèi)腔的流體同時感生出相應壓力并均勻的施加到應變弦式傳感器的敏感膜板上,使之撓曲變形,頻率隨之發(fā)生變化,通過頻率的變化量計算出受力情況。該錨索測力計采用中空結構,三弦測量以消除在張拉過程中產(chǎn)生的不均勻及偏心負荷的影響,具有長期穩(wěn)定、靈敏度高、防水性能好、不受電纜長度影響。1.2錨索的安裝及張拉監(jiān)測儀器的安裝質(zhì)量,是能否獲得可靠觀測資料的關鍵。不少工點由于埋設方法不當,加上儀器本身的原因,致使采集不到準確數(shù)據(jù)。測力計的安裝是伴隨錨索施工進行的,它包括鉆孔、編錨索鋼絞線、穿索、內(nèi)錨段注漿和張拉等工序都應嚴格要求,錨索測力計計安裝在張拉端或錨固端,安裝時鋼鉸線或錨索從測力計中心穿過,測力計處于鋼墊座和工作錨之間,整個張拉過程采用油壓表控制加載,分級張拉,拉力達到設計值時進行鎖定。在分級張拉過程中應隨時對錨索計進行現(xiàn)場監(jiān)控,并從中間錨索開始向周圍錨索逐步加載以免錨索計的偏心受力或過載。在安裝過程中搬運時應小心輕放,切忌劇烈振動。錨索測力計安裝示意圖如圖2所示。1.3錨索測力計參數(shù)測力計的拉力大小,由頻率F和溫度T的變化量計算,其△F與△T的計算公式如下:P=K△F+b△T+B式中P——被測錨索載荷值(kN);K——儀器標定系數(shù)(kN/F);F——錨索測力計三弦實時測量頻率模數(shù)的平均值相對于基準模數(shù)的平均值的變化量;b——錨索測力計的溫度修正系數(shù)(kN/℃);T——錨索測力計的溫度實時測量值相對于基準值的變化量(℃);B——錨索測力計的計算修正值(kN)。F=(△F1+△F2+△F3)/3其中:ΔF1=F1I-F10;ΔF2=F2I-F20;ΔF3=F3I-F30F1I、F2I、F3I為三弦實時測量頻率模數(shù)值,F10、F20、F30為基準模數(shù)值;頻率模數(shù)與頻率的換算公式:F=f2×10-3式中F——頻率模數(shù);f——頻率。2監(jiān)控結果分析2.1錨索測力計測試荷載在張拉過程中,可根據(jù)量測數(shù)據(jù)來判斷錨索錨固力的大小,主要的3個量測數(shù)據(jù)是:錨索測力計測值、油壓表測值、錨索鋼絞線理論伸長量與實測伸長量的比值。其中錨索測力計測值的量測精度較高。通過對所測數(shù)據(jù)的分析及油壓表測試荷載和與測力計測試荷載的關系可判別錨索在張拉過程中的張拉質(zhì)量,從而對錨索的張拉過程進行指導。錨索測力計安裝時觀測成果如表1所示。由表1可知,油壓表測試荷載和與測力計測試荷載大致稱線性變化,隨機抽取錨索測力計MS-3#(10052#)用最小二乘法進行回歸分析:設回歸方程為:y=a+bx其中a、b為回歸系數(shù),解方程可得:a=4.7495,b=1.0118;油壓表測試荷載和與測力計測試荷載關系如圖3所示。根據(jù)監(jiān)測結果可知,測力計所測荷載和油壓表荷載有一定的差異,這主要是由于測力計在室內(nèi)標定時和現(xiàn)場錨索張拉時的受力情況不一致,但從錨索測力計和油壓表的回歸方程可看出,線性相關性較好,相關系數(shù)為0.9995,因此利用測力計的監(jiān)測結果可以分析出錨索的實際受力情況。2.2預應力損失情況為了對錨索預應力的張拉和損失變化進行分析,對具有代表性的錨索測力計的預應力張拉以及錨固鎖定后各時間段的預應力進行了監(jiān)測。監(jiān)測結果如表1、表2所示。從所測數(shù)據(jù)整理結果看到:2.2.1MS-1#(10050#)、MS-3#(10052#)兩錨索的預應力前三級張拉過程中,發(fā)現(xiàn)MS-3#的預應力和張拉噸位荷載最大相差為6.3%,測試結果較接近。而MS-1#在前三級張拉過程中僅達到設計張拉噸位的70%～83%,直到后兩級張拉才逐漸接近設計值,但還是未能達到。分析其原因可能是由于坡體節(jié)理、裂隙發(fā)育,導致該處巖體壓縮變形較大以及鋼絞線蠕變等因素的影響。根據(jù)所測的結果,施工單位及時作了相應的處理措施。2.2.2預應力損失分析:分級張拉過程中的預應力損失較小,監(jiān)測結果表明最大損失只有1～1.5%,分析可能是錨索鉆孔較平直,錨索所受的摩阻力較小;鎖定過程中的損失因錨索長度和各孔情況不同而不同,反映值也不同。這種損失分析主要是張拉機械瞬間松馳和錨索回彈引起,監(jiān)測發(fā)現(xiàn)各錨索鎖定損失在46～137.0kN之間;錨索鎖定后10d內(nèi)預應力下降較大,主要原因是:夾片回縮、巖土體壓縮變形等。其應力損失最小為1.3%,最大為8.6%,平均4.45%,滿足規(guī)范要求。2.2.3在同一傳感器所測數(shù)據(jù)中,弦與弦之間的數(shù)據(jù)有的差別較大。原因可能在于錨索張拉時,由于傳感器的安裝位置未能正對錨索鋼絞線的抽出,不可避免的導致傳感器偏心受壓,故而使得傳感器各弦之間測得的數(shù)據(jù)相差較大。當然,所錨巖層分布的不均性而導致的力學性質(zhì)上的差異也可能會給所測數(shù)據(jù)帶來一定的差別。2.2.4監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn),預應力易受到外界因素的影響。因測力計安裝在巖體外部,受氣溫影響較明顯,但從監(jiān)測結果來看,溫度對預應力的影響不大,外界氣溫及降雨頻繁地變化,易導致錨固力頻繁地波動,MS-6#(10055#)安裝后20d錨固力和溫度與時間的關系曲線如圖4所示。3高邊坡錨固中法的應用3.1預應力錨索的鎖定損失該邊坡防護所采用的預應力錨索的設計噸位為750kN,超張拉噸位為825kN,從測力計的監(jiān)測情況看,最初安裝的MS-1#、MS-3#的鎖定損失較大,普遍超過10%,錨固力不夠,致使錨索無法正常施工,影響了該邊坡的防護進度。為此,采用改變鎖定方式的方法以減少鎖定損失,但在進行了快速鎖定和慢速鎖定兩種鎖定方式后,對監(jiān)測結果對比后發(fā)現(xiàn)這兩種鎖定方式下的鎖定損失幾乎相同,可以說明鎖定損失與鎖定方式幾乎無關。因此,根據(jù)施工單位建議,采用了慢速鎖定方式。在改變鎖定方式不能減小鎖定損失的情況下,為了確保預應力錨索的施工質(zhì)量,對MS-2#、MS-6#(10055#)、MS-9#(10059#)采用提高超張拉噸位的方法,測力計的監(jiān)測結果表明,MS-2#(10051#)鎖定損失有所減小,MS-6#(10055#)、MS-9#(10059#)鎖定損失幾乎相同。據(jù)此可以判定,利用提高超張拉噸位的措施滿足了設計錨固力,解決了鎖定損失過大這一問題。3.2錨固力損失率分析因預應力錨固工程屬隱蔽工程,影響錨固效果的因素較多,設計時很難做到情況完全清楚,所以對預應力錨固工程,開展原位監(jiān)測非常重要。實踐證明,錨索測力計在邊坡監(jiān)測中也起著重要的作用,以MS-9#(10059#)測力計為例,測力計的監(jiān)測結果如表2所示。根據(jù)監(jiān)測成果可知,在MS-9#(10059#)測力計安裝10d后,測力計的荷載呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,即錨固力損失率不斷增大,分析可能由于邊坡內(nèi)的斷層、裂隙受到壓縮變形等原因?qū)е洛^索預應力松馳,而邊坡并未發(fā)生變形;而在2006年5月24日的一次強降雨過后,MS-9#(10059#)測力計的錨固力呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢,即錨固力損失率不斷減小,變化過程曲線如圖5所示。分析可能是該錨索安裝在塊體區(qū),塊體區(qū)斷層較多,裂隙發(fā)育。2006年3月,在該塊體區(qū)附近曾發(fā)生過垮塌,加上大量雨水的侵入導致結構面潤滑,使巖土體的抗剪強度降低,巖層中含水量增大,孔隙水壓力也隨之增大,當這種靜水壓力傳遞給巖體,進而推擠錨墊板時,所測傳感器的壓力便隨之增大,這也是暴雨季節(jié)邊坡容易坍塌的原因之一。當孔隙水隨時間而排出時,錨索上的預應力也隨之變小。總之,通過觀測錨固力損失值的變化,能準確地判斷出邊坡的變形情況,為高邊坡的變形監(jiān)測發(fā)揮了一定的作用。4監(jiān)測結果分析在邊坡錨索加固工程中,安裝JDMSJ-202型振弦式錨索測力計的錨索,在張拉、鎖定時的荷載均滿足設計要求?，F(xiàn)存錨固力多數(shù)達到設計錨固力的90%以上,且各錨固力曲線均呈收斂狀態(tài),說明該巖質(zhì)邊坡錨固效果較好,整治后目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測過程中對引起預應力變化及損失的因素進行了總結,歸納起來主要有:(1)張拉過程的預應力損失:分析主要由預應力錨索和張拉千斤頂?shù)哪ψ枇Υ笮Q定。如果鉆孔平直,錨索安裝后不與孔