CN108532615A - 可调索力锚拉抗滑桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调索力锚拉抗滑桩，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设预应力锚索，每道锚索锚固端增设索力调整装置，其中，索力调整装置包括调索装置、张拉装置以及连接张拉装置与调索装置的连接装置，调索装置用于控制索力大小，根据工程需要增大或减小锚索索力；张拉装置用于提供或释放张拉力，以进行补偿张拉。本发明提出的可调索力锚拉抗滑桩，当工程竣工运营后依然能够调整锚拉桩索力，以弥补抗滑桩的预应力损失。

Description

可调索力锚拉抗滑桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及滑坡防治技术领域，更为具体地，涉及一种可调索力锚拉抗滑桩及其施工方法。

背景技术

预应力锚索抗滑桩（俗称锚拉桩）是一种采用锚索和桩共同受力来抵抗滑坡推力的复合受力结构。它利用钻孔灌注或支模浇筑成桩，在桩上设置一排或多排锚索，并对锚索施加张拉力(预应力)，将桩通过锚索锚固在稳定的基岩中。其基本原理是依靠桩周岩土体对桩的嵌固作用，把滑坡推力传递到稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力，使滑坡得到稳定。在普通抗滑桩上设置预应力锚索不仅能有效控制桩顶位移，降低桩身内力、减少桩的横截面积和埋置深度，减轻结构自重，降低成本，而且能改变结构受力机制，将原有的被动受力变为为主动受力，提高滑体的稳定性。

预应力锚固技术最大的特点就是能够充分利用于岩体自身强度和承载力，但是在施工和运行期，受到施工工艺、工程材料、岩体性质等因素的影响，锚索预应力会不可避免地出现损失。若预应力损失超过一定限度，结构受力状况会劣化，加固效果将减弱，甚至失效，给工程安全造成极大的威胁，故有效控制锚索预应力是关系加固工程成败的重要因素，简便快捷确定预应力损失值，并采用相应的补救措施是工程设计中需要优先考虑的问题。

目前的超张拉与补偿张拉方法都只能弥补在较短时间内由于锚索体系的回弹变形、锚墩下基础变形等原因造成的预应力损失量，而预应力锚索在长期荷载作用下造成的预应力损失，受到工期、施工技术的制约，暂时还未有合理有效的补偿措施。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可调索力锚拉抗滑桩及其施工方法，旨在当工程竣工运营后依然能够调整锚拉桩索力，以弥补抗滑桩的预应力损失。

为实现上述目的，本发明提供一种可调索力锚拉抗滑桩，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设预应力锚索，每道锚索锚固端增设索力调整装置，其中，

所述索力调整装置包括调索装置、张拉装置以及连接张拉装置与调索装置的连接装置，调索装置用于控制索力大小，根据工程需要增大或减小锚索索力；张拉装置用于提供或释放张拉力，以进行补偿张拉。

优选地，所述调索装置包括：

带外螺纹的可调式锚板，套于钢绞线外侧，用于固定钢绞线与夹具，借助表面螺纹传递动力，提升或收降钢绞线位置，为索力调整提供活动空间，补偿预应力损失；

与可调式锚板匹配的调节螺母，调节螺母套于可调式锚板外侧，用于配合可调式锚板在张拉时控制钢绞线的移动方向，通过旋转实现索力双向调整。

优选地，所述调索装置还包括位于可调式锚板靠近抗滑桩一侧的转换钢垫板，用于支撑与保护螺母，防止索力调整后反旋的调节螺母与混凝土垫层直接接触，造成磨损。

优选地，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设一至两排，每排1～3道预应力锚索。

优选地，所述张拉装置包括位于可调式锚板远离抗滑桩一侧的千斤顶，千斤顶的输出轴与钢绞线的末端连接。

优选地，所述张拉装置还包括用于将受到的张拉力传递给钢绞线以完成索力调整过程的张拉杆、以及连接张拉杆和千斤顶的输出轴的张拉螺母。

优选地，所述连接装置包括用于防止千斤顶与锚具直接接触的撑脚、以及连接钢绞线与张拉杆的连接套，连接套防止在张拉时整体结构发生错动。

优选地，所述可调索力锚拉抗滑桩还包括罩设于调索装置、张拉装置和连接装置外侧的保护罩，保护罩用于在索力调整结束、拆除补张机具之后，在无法封锚的条件下，防止锚具各部分生锈腐蚀，保护各结构不受外界因素干扰。

本发明进一步提出一种基于上述的可调索力锚拉抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在常规锚垫板上加装转换钢垫板，并安装可调式锚板及夹片；

步骤2：按常规方式进行锚索张拉以及锁定；

步骤3：切除多余钢绞线，留余长30～50mm；

步骤4：在可调式锚板外安装调节螺母并下旋，使其贴紧转换钢垫板；

步骤5：依次安装连接套、张拉杆、撑脚、千斤顶和张拉螺母；

步骤6：利用千斤顶，将张拉力通过张拉杆传递至可调式锚板，以补偿到设计索力，可调式锚板在补偿时外移，同时下旋调节螺母；

步骤7：旋紧调节螺母使其密贴转换钢垫板，千斤顶卸压，完成索力转换；

步骤8：拆除补张机具，完成锚索的二次补偿张拉；

步骤9：锚具涂抹油脂防腐，加装保护罩。

本发明提出的可调索力锚拉抗滑桩，在锚拉桩锚索的锚固端增设一套索力调整装置，使得锚拉桩补偿张拉的次数与时机不受影响，通过改变索力大小控制锚索预应力损失。索力调整装置设计原理清晰、结构简单、操作方便，能有效解决锚索预应力补偿张拉问题，保证锚拉桩的加固效果，减小锚拉桩桩顶位移，挽回预应力损失。

附图说明

图1为本发明可调索力锚拉抗滑桩的布置剖面图；

图2为本发明可调索力锚拉抗滑桩的布置立面图；

图3为本发明可调索力锚拉抗滑桩的锚固端一视角的构造详图；

图4为本发明可调索力锚拉抗滑桩的锚固端另一视角的构造详图；

图5为本发明可调索力锚拉抗滑桩中索力调整装置的结构示意图；

图6 监控桩Z24锚索实测力—时间的曲线图；

图7监控桩Z28锚索实测力—时间的曲线图；

图8 监控桩Z24、Z28桩顶水平位移—时间的曲线图。

图中，1-转换钢垫板，2-撑脚，3-调节螺母，4-连接套，5-千斤顶，6-钢绞线，7-可调式锚板，8-夹片，9-张拉杆，10-张拉螺母，11-索力调整装置，12-抗滑桩桩顶，13-道路中心线，14-锚索部分，15-自由段，16-锚固段，17-抗滑桩，18-潜在滑移面，19-混凝土垫块，20-保护罩，21-钢筋砼地梁，22-锚具，23-钢套管，24-梁内侧坡面，25-钢筋砼竖梁。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

该边坡选择锚拉桩治理方案。考虑到深厚土层边坡，桩底没有嵌入基岩，桩顶位移难以控制；锚索锚固段岩层属全风化泥质砂岩，预应力损失较大，且蠕变稳定时间长，普通预应力锚索张拉完成后，随即用混凝土封锚，根本无法控制岩土体、锚固体等后期蠕变、松驰等造成的预应力损失。因此引入可调索力锚拉抗滑桩，实现多次补偿张拉，达到预设的加固效果。其具体设计与控制参数如下。

参照图1至图8，一种可调索力锚拉抗滑桩，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设预应力锚索，每道锚索锚固端增设索力调整装置11，其中，

索力调整装置11包括调索装置、张拉装置以及连接张拉装置与调索装置的连接装置，调索装置用于控制索力大小，根据工程需要增大或减小锚索索力；张拉装置用于提供或释放张拉力，以进行补偿张拉。

在抗滑桩桩顶12以下1.5～4.5m范围内增设一至两排，每排1～3道预应力锚索。锚拉抗滑桩设在一级坡顶，本实施例中，桩身砼C30，截面1.5m×2.0m～2.0m×3.0m，桩长25～35m，桩间距均为6m，桩底未入基岩。桩顶以下1.5m、3.0m设两道锚索，第一道设计索力FN1=1000kN，第二道设计索力FN2=800kN，采用6φ15.24钢绞线6，索长30～40m，锚固段12m，锚索伸长量约为180mm，锚索力损失按25%计，锚具采用可调索力锚固装置，补张拉调节量按50～60mm考虑。设计锚索抗滑桩平面布置如图1所示。设计锚索抗滑桩立面布置如图2所示。设计锚索锚固端详细构造如图3和图4所示。索力调整装置11的工作原理图如5所示。

具体地，调索装置包括：

带外螺纹的可调式锚板7，套于钢绞线6外侧，用于固定钢绞线6与夹具（即夹片8），借助表面螺纹传递动力，提升或收降钢绞线6位置，为索力调整提供活动空间，补偿预应力损失；

与可调式锚板7匹配的调节螺母3，调节螺母3套于可调式锚板7外侧，用于配合可调式锚板7在张拉时控制钢绞线6的移动方向，通过旋转实现索力双向调整；

进一步地，调索装置还包括位于可调式锚板7靠近抗滑桩一侧的转换钢垫板1，用于支撑与保护调节螺母3，防止索力调整后反旋的调节螺母3与混凝土垫层直接接触，造成磨损。

张拉装置包括位于可调式锚板7远离抗滑桩一侧的千斤顶5，千斤顶5的输出轴与钢绞线6的末端连接。

张拉装置还包括用于将受到的张拉力传递给钢绞线6以完成索力调整过程的张拉杆9、以及连接张拉杆9和千斤顶5的输出轴的张拉螺母10。

具体地，连接装置包括用于防止千斤顶5与锚具直接接触的撑脚2、以及连接钢绞线6与张拉杆9的连接套4，连接套4防止在张拉时整体结构发生错动。撑脚2的两端与千斤顶5和转换钢垫板1连接。

进一步地，本可调索力锚拉抗滑桩还包括罩设于调索装置、张拉装置和连接装置外侧的保护罩20，保护罩20用于在索力调整结束、拆除补张机具之后，在无法封锚的条件下，防止锚具各部分生锈腐蚀，保护各结构不受外界因素干扰。

本可调索力锚拉抗滑桩其索力调整的基本原理及其步骤如下。

（1）如图5所示，进行转换钢垫板1和可调式锚板7的安装：在常规锚垫板上加装转换钢垫板1，按照钢绞线6的股数选择可调式锚板7及夹片8，对准每条钢绞线6的位置后，将锚具从钢绞线6的端部穿入与转换钢垫板1压平，将夹片8压入锚具孔内，确保各部件连接紧密，密合牢固，并使锚板与钢垫板尽可能同轴，保证锚具面与钢绞线6受力方向垂直。

（2）对锚索进行张拉、锁定：安装工具锚，工具锚与张拉端锚具对正，不得使工具锚与张拉锚具之间的钢绞线6扭绞。利用千斤顶5将钢绞线6按设计轴向拉力值拉伸，使束体平直以及各部位接触紧密，将千斤顶5与锚具压紧，张拉至锁定数值稳定后回油并拆下，此时不封锚。

（3）切除多余钢绞线6：锚索锁定后，操作人员不得重力敲打钢绞线6，切除多余钢绞线6时候，应保证锚具不受切割热影响，建议用砂轮切割，禁止用点焊与氧气切割。切割完毕后留长30~50mm，以备后用。

（4）补张拉准备阶段：进行索力调整补张拉之前，将可调式锚板7上的调节螺母3旋转至紧贴转换钢垫板1，为钢绞线6预留活动空间。此时注意钢绞线6需用夹片8固定好，防止其活动，按照索力调整需求，然后，依次安装连接套4、张拉杆9、撑脚2、千斤顶5以及张拉螺母10。

（5）补张拉阶段：利用千斤顶5，将张拉力通过张拉杆9传递至可调式锚板7，可调式锚板7受力的作用，向外侧移动，为配合可调式锚板7，需同步下旋调节螺母3，使其紧贴转换钢垫板1，然后固定调节螺母3。

（6）补张拉完成阶段：确保调节螺母3稳固之后，千斤顶5卸压，完成索力转换（具体操作如图1和图3）。一切固定完成之后，拆防补张机具，完成补张。锚具防腐，加装保护罩20。

为评价该桩索力调整效果，在桩内预先安装锚索测力计，便于监测补偿张拉前后数据。该边坡自2014年9月锚索测力计安装，并按规范超张拉15%，进行锁定。截至2015年8月，锚索索力分别下降至600～700kN（损失率>25%的控制值），桩顶位移已超过控制值（5cm）。因此开启锚索端头封盖，按照索力调整步骤，重新张拉锚索到原设计拉力，桩顶位移有部分恢复。之后锚索索力、桩顶位移基本稳定，图6和图7分别反映了两监控锚拉桩Z24，Z28预应力锚索索力变化情况。从上述锚索拉力变化趋势可以看出，深厚土层中的锚索在正常张拉锁定后，预应力损失是持续漫长的过程，自2014年9月安装到2015年7月，历时近10个月，预应力损失仍未停止。实测两桩的锚索索力损失分别达到30%，33%，48%和30%。通过补偿张拉后，预应力很快趋于稳定性，截至2017年7月，预应力损失基本稳定在3%～5%范围内。

图8反映了两监控锚拉桩的桩顶位随时间变化情况。从桩顶位移变化趋势分析，桩顶位移与锚索预应力密切相关。当锚索预应力损失30%～48%时，桩顶水平位移逐渐增加至40.5mm～50.5mm。当补偿张拉预应力时，桩顶分别回移25.3mm和31.3mm。预应力因蠕变、松驰等过程完成而稳定时，桩顶位移分别残留13.2mm和17.2mm。这可解释为边坡开挖治理后，坡体土层经各种自然营力作用固结，强度与变形特性有所提高，预应力补偿张拉至设计值时，桩顶中心并不能回至初始位置（水平位移为零）。综合上述分析，对于深厚土层边坡，后期预应力补偿张拉，可挽回25%～45%的预应力损失，桩顶位移减少50%～60%，进而大幅度提高抗滑桩的治理效果。

本发明提出的可调索力锚拉抗滑桩，在锚拉桩锚索的锚固端增设一套索力调整装置11，使得锚拉桩补偿张拉的次数与时机不受影响，通过改变索力大小控制锚索预应力损失。索力调整装置11设计原理清晰、结构简单、操作方便，能有效解决锚索预应力补偿张拉问题，保证锚拉桩的加固效果，减小锚拉桩桩顶位移，挽回预应力损失。

索力调整装置11通过调节螺母3与可调式锚板7螺纹之间的旋转移动，使钢绞线6在受千斤顶5张拉时有移动空间，索力调整不受补张拉时间的限制，并在张拉结束后，利用螺纹提供的摩擦力固定位置，可有效防止钢绞线6回弹，合理借用机械零件之间的连接特性，挽回锚拉桩的预应力损失。

本发明进一步提出一种可调索力锚拉抗滑桩的施工方法。

本优选实施例中，一种基于上述可调索力锚拉抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在常规锚垫板上加装转换钢垫板，并安装可调式锚板及夹片；

步骤2：按常规方式进行锚索张拉以及锁定；

步骤3：切除多余钢绞线，留余长30～50mm；

步骤4：在可调式锚板外安装调节螺母并下旋，使其贴紧转换钢垫板；

步骤5：依次安装连接套、张拉杆、撑脚、千斤顶和张拉螺母；

步骤6：利用千斤顶，将张拉力通过张拉杆传递至可调式锚板，以补偿到设计索力，可调式锚板在补偿时外移，同时下旋调节螺母；

步骤7：旋紧调节螺母使其密贴转换钢垫板，千斤顶卸压，完成索力转换；

步骤8：拆除补张机具，完成锚索的二次补偿张拉；

步骤9：锚具涂抹油脂防腐，加装保护罩20。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设预应力锚索，每道锚索锚固端增设索力调整装置，其中，

所述索力调整装置包括调索装置、张拉装置以及连接张拉装置与调索装置的连接装置，调索装置用于控制索力大小，根据工程需要增大或减小锚索索力；张拉装置用于提供或释放张拉力，以进行补偿张拉。

2.如权利要求1所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，所述调索装置包括：

带外螺纹的可调式锚板，套于钢绞线外侧，用于固定钢绞线与夹具，借助表面螺纹传递动力，提升或收降钢绞线位置，为索力调整提供活动空间，补偿预应力损失；

与可调式锚板匹配的调节螺母，调节螺母套于可调式锚板外侧，用于配合可调式锚板在张拉时控制钢绞线的移动方向，通过旋转实现索力双向调整。

3.如权利要求2所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，所述调索装置还包括位于可调式锚板靠近抗滑桩一侧的转换钢垫板，用于支撑与保护螺母，防止索力调整后反旋的调节螺母与混凝土垫层直接接触，造成磨损。

4.如权利要求1所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，在抗滑桩桩顶以下1.5～4.5m范围内增设一至两排，每排1～3道预应力锚索。

5.如权利要求1所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，所述张拉装置包括位于可调式锚板远离抗滑桩一侧的千斤顶，千斤顶的输出轴与钢绞线的末端连接。

6.如权利要求5所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，所述张拉装置还包括用于将受到的张拉力传递给钢绞线以完成索力调整过程的张拉杆、以及连接张拉杆和千斤顶的输出轴的张拉螺母。

7.如权利要求6所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，所述连接装置包括用于防止千斤顶与锚具直接接触的撑脚、以及连接钢绞线与张拉杆的连接套，连接套防止在张拉时整体结构发生错动。

8.如权利要求1所述的可调索力锚拉抗滑桩，其特征在于，还包括罩设于调索装置、张拉装置和连接装置外侧的保护罩，保护罩用于在索力调整结束、拆除补张机具之后，在无法封锚的条件下，防止锚具各部分生锈腐蚀，保护各结构不受外界因素干扰。

9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的可调索力锚拉抗滑桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在常规锚垫板上加装转换钢垫板，并安装可调式锚板及夹片；

步骤2：按常规方式进行锚索张拉以及锁定；

步骤3：切除多余钢绞线，留余长30～50mm；

步骤4：在可调式锚板外安装调节螺母并下旋，使其贴紧转换钢垫板；

步骤5：依次安装连接套、张拉杆、撑脚、千斤顶和张拉螺母；

步骤6：利用千斤顶，将张拉力通过张拉杆传递至可调式锚板，以补偿到设计索力，可调式锚板在补偿时外移，同时下旋调节螺母；

步骤7：旋紧调节螺母使其密贴转换钢垫板，千斤顶卸压，完成索力转换；

步骤8：拆除补张机具，完成锚索的二次补偿张拉；

步骤9：锚具涂抹油脂防腐，加装保护罩。