影响预应力变化的主要因素与变化特点探究

一、材料对预应力的影响

1. 工程应用中常采用低松弛的钢绞线作为锚索体材料，以减少锚固力的损失。制造锚索的钢材以高强度低松弛的钢绞线为宜，特别是预应力锚索。组成锚索体的钢绞线受锚固力锁定时锚具回放及索体松弛等因素的影响，将产生一定量的锚固力减少。锚索在巨大的初始预应力作用下钢材松弛，长期受荷的钢材预应力松弛损失量通常为5%～10%。通过对各类钢材进行实验，结果发现：受荷100h后的松弛损失约为受荷1h所产生损失的两倍；约为受荷1000h后应力损失量的80%，约为受荷30年之后损失量的40%。松弛损失量随着钢材的受荷状况变化。随着荷载增加，损失在常温下会明显的增加。钢材预应力值达到75%保证抗拉强度条件下，稳定化了钢丝和钢架线应力损失为1.5%，而普通消除应力钢材的应力损失量为5%～10%。同时发现，长期受荷的钢材由于徐变引起的变形也会使预应力发生损失，一般这种损失可以忽略不计。因此，设计张拉时预应力钢材强度利用系数不超过0.65～0.70，超张拉时不超过0.75～0.78，同时要求使用低松弛预应力材料。此外，锚索索体的耐腐蚀性、耐锈蚀性、加工质量及施工质量的不同等因素都会在不同程度上影响预应力损失，施工时宜选用不易被腐蚀和加工质量较好的钢绞线。

2. 树脂锚固剂是一种不溶于水的化学物质。在充分搅拌均匀后，开始进行化学反应并逐渐固化，体积有微量收缩，伴随着放热现象。当开始固化的瞬间，锚固剂不能受外力搅伴，否则会彻底破坏了锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。当锚固剂中混入部分水后， 在固化过程中， 水份慢慢地从胶泥中渗出， 固化体中形成很多大小不等的细小气孔。气孔减少了锚固剂的抗拉强度、抗弯强度、弹性模量和粘结力，使锚杆、锚索锚固后， 达不到锚固力的设计要求， 造成锚固失效。因此， 应着力控制水物质的介入。尤其井下钻孔作业， 需禁止采用水冲刷孔壁，应采用高压风清孔。井下巷道含水破碎带， 不宜采用树脂锚杆锚索支护形成。因为含水较大， 很难控制水份介入， 水使锚固剂固化时疏松， 同时长期浸泡锚固剂后， 使锚固剂泥逐步老化，造成后期锚固失效。另外树脂锚固剂不溶于油脂。锚杆杆体表面和锚索表面的生产制造过程中，应严格控制油脂污染，被油脂污染的杆体、锚索，降低锚固剂的粘结强度，会造成锚固失效。

二、锚索施工对锚固力损失的影响

1.现场锚索施工时，大多采用整索分级张拉的程序，按设计永久锚固力的比例，进行多级张拉，可以使锚索体各钢绞线受力进行充分调整，其锁定损失缩小到最低，锚杆张拉程序完成后、千斤顶卸荷时，靠工作锚板来锁定锚杆。锁定时钢绞线均产生一定量的回缩，回缩量大小决定了锚杆预应力损失的大小。锚杆锁定后回缩量大小与锚夹具的设备和制造工艺有关。

2.在锚索封孔灌浆时，水化热温度使锚索体产生膨胀，将导致一定量的锚固力损失。当锚索张力为1000～3000kN时，锚固力损失一般为15.6～40.5kN。

3.锚索预应力损失与锚孔偏斜率有关，如孔斜率为2%时，3000kN 级锚索预应力沿程损失可达9.7%。在锚索孔的偏斜率接近的锚索中，无黏结锚索的沿程损失较大，其原因是：无黏结锚索采用一次灌浆的方法，灌浆时锚索体在孔内呈弯曲状态，一旦浆液凝固后再进行张拉，其沿程摩阻损失就大。

三、外界因素对锚索预应力的影响

1.降雨对岩锚预应力的影响主要表现为锚固应力的增加，具有时间滞后效应。原因是岩体裂隙被渗水充填后产生湿胀，钢索拉伸，从而增加锚固力。现场勘测结果表明，随着裂隙水的消散，增加的锚固预应力也会消散，并基本回到降雨前的预应力水平。因此，做好边坡的排水与防渗有利于锚固荷载的长期稳定性。自然环境岩体温度的变化影响锚固预应力的增减，随着夏季温度升高锚固预应力增加，而降温后预应力则减小。

2.岩体徐变是预应力损失的主要原因。从预应力锚索结构上分析，岩体的变形主要发生在应力集中区。由于岩体本身的不连续性和各向异性的存在，受荷区域的岩体内部结构各个组成单元在应变力作用下将产生塑性压缩或相对变位。岩体在受压情况下变形而更加密实，结构面上会产生额外的压缩，因此锚索产生松弛，使其应力降低，但是它的降低速度随时间的推移而减慢，最终达到平衡状态。对坚硬的岩石，徐变较小，其预应力损失值也较小， 整体结构岩体区预应力损失值很小，即使在大吨位荷载作用下也是如此。次块状或断层破碎带岩体区，由于预应力压缩岩体产生变形相对较大，而且变形减少速度比较缓慢，相应因岩体而引起的预应力损失值就大。锚索作用区自由段岩体跨度较大，容易受到风化等地质作用，松散破碎，在长期应力作用下，受荷区的岩体内部结构各个组成单元在应变力作用下将产生塑性压缩或相对变位，变形除了瞬时变形外，还有一部分变形将随着时间变化而变化，造成荷载损失。锚索穿过天然的断层裂隙结构面上

也会产生额外的压缩，预应力锚索因此而松弛，使其应力降低，但錨索的应力降低速度，随时间的推移而变缓，最终达到平衡状态。在软弱岩石中，由于应力压缩围岩产生变形较大，而且变形减少速度也较慢，相应因岩体徐变而引起的应力损失比较大，所以在软弱岩体徐变引起的应力损失就大。以地层压缩1 000 h的徐变呈现的应力损失为基础， 按照岩土分类。

结束语

锚索预应力大小及损失程度直接影响岩体变形和岩体稳定，它是评价锚索锚固效果的主要依据。可靠的锚索施工质量是锚索安全工作的基础，同时既要选择优质的锚索材料，又要注意施工方法，提高预应力锚索的综合锚固力，使锚索始终保持相对恒定的预应力，保证工程长期安全稳定。