地质灾害分析与防治课程报告

地质灾害分析与防治课程结业报告中国地质大学研究生课程论文封面课程名称地质灾害分析与防治教师姓名研究生姓名研究生学号研究生专业地质工程所在院系类别:B.硕士日期:2014年6月18日评语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总成绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。目录第1章绪论 31.1引言 31.2国内外预应力加固研究现状 41.2.1国内外预应力加固研究现状 51.2.2现阶段预应力加固存在的问题 6第2章预应力锚固失效模式及机理 82.1边坡锚固工程失效模式 82.1.1锚固体系破坏模式 82.1.2加固体系破坏模式 92.2锚索预应力检测技术 102.3锚索预应力损失机理研究 112.3.1锚具引起的预应力亏损 122.3.2张拉系统引起预应力亏损 132.3.3锚墩下土体变形引起预应力亏损 132.3.4钢绞线松弛引起预应力亏损 142.3.5灌衆体徐变引起的预应力亏损 14第3章预应力补偿技术及措施 153.1预应力损失控制技术 153.2预应力损失补偿技术及措施 16第4章预应力加固技术在边坡工程中的应用 174.1预应力锚索作用原理 174.2预应力锚固锚孔钻造 184.3预应力锚索制作与安装 184.4预应力锚索注浆 184.5预应力锚索张拉锁定 19第5章总结 20参考文献 21第1章绪论1.1引言伴随着国民经济的快速发展，土木工程大量兴建。在公路、铁路、險道、矿井、水电站、深基坑的施工过程中，考虑到生产以及工程运营后的安全性，常常需要对因开挖而暴露的岩体进行加固。锚杆锚固技术因为施工简便、成本低、安全性好等优点，在岩土加固领域得到广泛而迅速的应用。从1890年英国北威尔士首次采用钢筋加固煤矿岩层开始，锚杆锚固技术已经走过100多年的历史，成为卸荷岩体加固防护的常用技术。1910年锚杆锚固技术在美国开始使用；1918年，预应力锚杆作为一种新的支护方式用于西利西安矿山开采支护；1934年；法国阿尔及利亚的舍尔法大现加高工程中采用了预应力锚杆；20世纪50-70年代，预应力锚固技术得到了广泛的应用和发展，在水利水电、矿山开采、公路铁路工程以及工业与民用建筑工程等土木建筑的很多领域都可以见到其身影。1964年，我国在安徽梅山水库首次采用2400kN级预应力锚索加固大现基础。1990-1992年在漫湾水电站的左岸滑坡治理工程中,左岸成功布设了2000余根300kN级的预应力锚索。目前，预应力锚固技术在我国的应用范围很广。仅三峡水利枢纽永久船闸的高边坡加固工程中,就使用了3000kN和1000kN级预应力锚杆4000余根，长度为8~14m的张拉锚杆10000余根。小浪底水利枢纽共设置预应力锚杆2329根，其中进口高边坡600根，施加的总锚固力70800kN；地下厂房325根，施加的总锚固力为487500kN；出口边坡377根，施加的总锚固力为873000kN。作为众多锚固技术之一，预应力锚索是在锚杆后出现的，多用于重大工程项目中，尤其是普通锚杆无法提供足够锚固力，或者空间受到严格控制的场合。预应力锚索通过对锚索的张拉、锁定，用施加的预应力来改善岩体受力状态，充分调动岩体的自稳能力，主动控制岩体变形，减轻了支护结构的自重。同时为工程安全提供了可靠保障，取得了很好的社会和经济效益。由于预应力锚索对材料的利用很充分，对土体的扰动小、加固深度大、设置灵活、施工安全简便、进度快等特点明显,近年来在岩土加固工程中得到大量应用。边坡加固、滑坡整治、深基坑支护、地下室抗浮、结构抗倾覆、桥梁基础加固、隧道、地基、码头、码头等工程中均有广泛应用，几乎涵盖了土木工程的各个领域。同时，描索还可以与其它结构物组合使用，产生了许多新的结构支护形式，如锚索桩、锚索桩板墙、锚索地梁、锚索格子梁等，进一步扩大了锚索的使用范围。为了保证预应力锚索加固的效果，在安装锁定后的服役期间锚索必须提供足够的锚固力，这就要求锚索的预应力在其生命周期内一直保持稳定和持久。但锚索材料的松她、岩土体的变形以及施工中的不合理操作，以及降雨、开挖爆破等外部因素，会引起锚索预应力损失，影响预应力锚索的加固效果。众多工程事故教训我们：锚索预应力的损失是不可轻视的工程问题。如果预应力的损失超过一定限度，结构受力状况就会恶化，预应力锚索的加固效果将减弱甚至失效，给工程安全造成极大的威胁。事后对结构采取补强等工程措施，不仅要耗费大量的人力、物力和财力，而且会造成恶劣的社会影响。所以加强锚索预应力的监测和检测，弄清锚索预应力损失的机理和变化规律，研究有效的预应力损失补偿措施和技术，对于保证加固岩体的安全稳定性能是非常有价值的。1.2国内外预应力加固研究现状在预应力损失的研究上，众多学者把锚索的预应力损失归纳为3种类型：张拉过程中的损失、锚索锁定过程中的损失、由时间效应引起的预应力损失。具体来看，引起锚索预应力损失的因素有很多，例如：施工过程中张拉系统的摩阻力、锚固系统的变形、锚索材料的应力松弛、加固岩体的徐变、外界的震动和冲击等。针对上述影响因素，工程研究人员提出有针对性的预应力损失补偿措施，例如：施工时确定科学合理的张拉顺序，采用循环对称张拉工艺对预应力锚索进行张拉；选择强度较高、低松弛的钢绞线作为错索，并采用与之配套错具、锚垫板等；对锚索进行超张拉和补张拉；锚索施工结束后场地附近尽量避免爆破、重型机械振动等作业；选择较好的岩层作为持力层。另外，一些人对锚杆的受力状况和机理进行研究后，开发出一些新型的锚索结构，如拉力分散型、压力集中型、压力分散型锚索。这些新型的预应力锚索受力更为合理，能大大提高锚索承载力，并有效地降低锚索的预应力损失。预应力锚索按锚固段的受力状态可分为拉力集中型、拉力分散型、压力集中型、压力分散型和拉压复合型5种类型。传统的拉力集中型锚索是历史最悠久，并且使用范围最广泛的一种锚索类型，它用水泥把部分锚索体固结在岩体中，由锚固段提供抗拔力，施加预应力对岩体进行加固。根据锚索自由段的粘结状况不同，拉力集中型锚索又分为全长粘结式和无粘结锚索两种类型，全长粘结式锚索随岩体变形的协调性较差，无粘结锚索的自由段能自由移动，对岩体变形的通应性较好。1.2.1国内外预应力加固研究现状Nak-KyungKim对错固在软土中的拉力、压力集中型锚索性能进行研究。从蠕变试验和长期应力松弛所得的试验结果来看，压力集中型锚索的预应力损失较拉力集中型的小20%。BrahimBenmkran等对锚固在岩体中的9束锚索进行了5年的预应力监测，从监测结果来看锚索预应力损失可以分为两个阶段。Fer经过研究发现锚固段的剪应力分布是不均匀的，在注楽体的前端剪应力出现峰值，沿孔内方向上剪应力逐渐减小，在锚固段的末端剪应力变为零。Stang等人对剪应力的分布规律进行了研究，推导出剪应力沿钢绞线表面分布的模型。Philip假设粘结应力在锚索长度方向的分布呈指数型，很好地解释了锚索的实际受力状况。高大水通过对三峡永久船闸高边坡锚索预应力监测资料分析发现，预应力锚索在张拉锁定后应力损失可分为3个阶段：6~15天是急剧损失期，预应力损失值约为2%~5%；2~6个月为一般损失期，预应力损失约为3%~5%；—般损失期之后是缓慢损失期，该期间锚索应力趋于稳定。周德培研究发现，在各种因素引起的锚索预应力损失中，钢绞线松弛引起的损失约占3%~4%；锚头夹具引起的损失约为3%~6%；张拉系统引起的损失约2%~4%；地层徐变引起的损失约5%~7%，约占损失总量的13%~21%。徐湘涛等人对紫坪铺水利枢纽引水发电洞进水口边坡锚索的预应力进行监测发现：预应力锚索锁定过程中会产生很大的预应力损失，占全部预应力损失的比例也较大。主要原因是锁定时钢绞线有一定量的回缩，但这种损失可以通过超张拉、补偿张拉以及改进的施工工艺来弥补。锁定后，由钢绞线松弛引起的预应力损失则可以通过釆用低松弛的预应力钢绞线来降低,同样也可以用补偿张拉来减小该项损失。岩体的徐变则是预应力损失的主要影响因素，徐变主要发生在锚固端等应力集中的区域，这种损失也可以通过多级循环张拉的方法来降低。张永安对边坡锚索的预应力进行了3年的观测，对锚索预应力的变化数据进行了分析。锚索在张拉时，由于夹片回弹等因素导致锚索的锁定预应力有所下降，下降幅度约为13%。锚索锁定后，由于边坡岩体蠕变及钢绞线的弹性变形，预应力损失一般持续5个月左右，下降幅度约为15%，随后预应力保持稳定。雨季锚索的预应力会有所增加，增大幅度约为3%~4%；旱季锚索预应力则有所下降，除此之外预应力没有其它明显的变化规律。二次张拉能明显提高锚索的有效预应力值，对保证锚索长期加固效果有很重要的意义。丁多文根据岩体的粘弹特性推导出锚索预应力损失值的计算公式，公式表明增加锚索自由段的长度，可以减少预应力的损失。通过对岩石边坡锚索预应力长期监测资料分析，朱晗近把锚索预应力变化大致分为三个阶段：第一阶段是锚索锁定后的1~2天，预应力急剧下降损失大；第二阶段是之后的30天内，预应力平稳降低；第三阶段是锁定30天后，预应力基本保持不变。降雨对锚索预应力的影响，则要视锚固体的稳定性具体情况具体分析。景锋对某工程2000kN传统扩孔拉力集中型锚索和压力分散型锚索预应力监测资料分析发现，两种锚索预应力损失变化规律相同，同样分为三个阶段。由于内锚固段荷载分布相对均匀，岩体受荷较小，压力分散型锚索锁定后预应力损失比传统的拉力型锚索小。韦勇生等结合OVM压力分散型锚索在广西长滩河水利枢纽工程拦河坝坝基加固工程中的应用，从材料、受力状态、防护、施工工艺、使用范围等方面，把压力分散型锚索与传统的拉力集中型锚索进行比较。结果表明：压力分散型锚索锚固性能更佳，更适用于承载力低、松软的地层，但对防腐处理和施工水平的要求更高。温彦良等对锚索预应力变化规律进行研究。通过数值模拟，对超张拉和补偿张拉的预应力损失补偿效果进行比较。结果表明，二者都可以有效地弥补锚索的预应力损失，而且差别不大。预应力一定的情况下，预应力损失随着垫墩尺寸的增大而迅速减小。1.2.2现阶段预应力加固存在的问题以往对预应力锚索的研究多集中在某一特定类型锚索，探索荷载传递、应力分布规律和加固机理，建立锚索预应力损失预测数学模型，锚索预应力长期损失机理的研究不够深入，预应力损失补偿技术方面的研究也不够系统。大量的工程实例的表明：锚索在安装锁定后的服役期间，岩体变形是引起锚索预应力损失的主要原因。由于岩体内存在节理、结构面，岩体在锚索荷载作用下产生塑性变形和位移，变的更加密实。但这一过程要持续很长一段时间，并不是在短时间内就可以完成的。所以，随着时间的推移，变形不断增长导致锚索锁定后产生预应力损失。但这种预应力损失随时间的推移逐渐变缓，最终预应力会趋于稳定。由于岩体的力学性质、内部节理、断层数量不同，锚索的预应力损失也不尽相同。质地坚硬的岩石变形较小；相应的锚索预应力损失也较少；软弱岩石由于变形较大，变形速度慢、时间长，锚索预应力的损失也会大一些。相关研究认为，岩体的变形区域主要是锚固段靠近孔口的部位，以及锚头底部边坡表层岩体等应力集中的地方。锚索锁定后预应力损失主要来自岩体的变形，这一问题在软弱岩体中更为突出。锚固在阿尔及利亚舍尔水坝坚硬砂岩中的锚索长期监测数据表明：3年后锚索的预应力损失量为4%，18年后为5.5%。一些试验结果表明，在硬粘土中由于岩体徐变引起的锚索预应力损失为6%，而相同条件下锚固在密实的中硬土里的锚索预应力损失量为12%。因此在分析岩体变形对锚索预应力损失的影响时，应重点分析岩体的蠕变，研究岩体蠕变引起锚索预应力损失的作用机理，探索相关因素的作用规律和影响程度，在此基础上寻找减小锚索预应力长期损失的措施和方法，提出有效的预应力补偿技术和方法。这对锚固在软弱岩体中的预应力锚索显得尤为重要，对保证其锚固效果有积极意义。第2章预应力锚固失效模式及机理用预应力锚索加固的边坡，锚索在各种因素的共同作用下，不可避免地会产生预应力损失，导致有效锚固力降低、丧失主动加固效果，继而引发锚固失效边坡滑动，造成工程事故。2.1边坡锚固工程失效模式根据锚固边坡失效的发生原因，相关研究把边坡锚固失效模式大致分为锚固体系破坏和加固岩体破坏2种类型。2.1.1锚固体系破坏模式锚固体系的破坏主要是由锚索断裂、外锚固结构失效、锚索与注浆体界面破坏、注浆体与岩体界面的破坏等因素引起的。预应力锚索张拉锁定后，钢绞线长期处于高应力状态，容易发生应力腐蚀而使锚索发生脆性断裂。如果锚索的工作环境中存在有害介质，只要保护层遭受损坏钢绞线就会受到腐蚀，锚索的有效工作截面面积降低，局部的应力超过钢绞线材料的极限抗拉强度，锚索被拉断造成锚固失效。全长粘结式的拉力集中型锚索钢绞线只有注浆体作为防腐保护层，而拉力分散型、压力集中型、压力分散型和拉压复合型锚索的自由段钢绞线不仅有注浆体的保护，还受到高密度聚乙烯保护套和防腐油脂的保护，多了一道防护体系，锚索因受到有害介质腐蚀断裂失效的情况不容易发生。其次，在对锚索进行张拉时，同一束钢绞线中的钢丝所受应力有所不同，如果超过材料的强度极限，这根钢丝就会先断裂，剩余的钢丝将承受更大的荷载，同时因为应力分配不均匀，最后在外荷载的作用下被各个击破，直到所有钢绞线断裂，预应力锚索失效。另外，由于自然和人为因素使锚索的预应力值增大，超过锚索的承载力极限时钢绞线全部断裂，预应力锚索对坡体的加固作用消失，坡体因受力状态发生改变，失去稳定性导致破坏。常见的预应力锚索外锚固结构形式有锚墩、框架和地梁等，它为预应力锚索提供足够的支撑反力，是预应力锚索锚固系统的重要组成部分。但由于施工、设计、外界环境等因素的影响，外锚固结构也经常会有不同程度的破坏，不能和预应力铺索組成有效的锚固系统。施工时混凝土振捣不密实导致锚墩混凝土强度不足，锚墩设计截面尺寸偏小或者加载时间过早，以及设计张拉荷载超出锚墩承载力，都会导致锚索张拉锁定后外锚固结构产生过大变形甚至开裂，导致锚固失效。有的边坡防护排水措施不合理，边坡表层岩体在长期风化、流水冲刷作用下逐渐碎裂剥落，外锚固结构基础被淘空，导致锚固失效。图2-1预应力框架结构锚固体系失效图另外，锚头的锈蚀、夹片的脱出和断裂都会造成锚固体系失效，使得预应力锚索不能为加固岩体提供足够的锚固力。锚索张拉锁定后的服役期间，如果锚固段设计长度较短、注浆体强度较低、灌梁密实度较差，或者没有彻底清除钢绞线锚固段的油脂，就会造成钢绞线和注浆体的有效粘结长度不足。在各种因素的作用下锚索预应力值增大，在钢绞线与注浆体的粘结界面上，一旦剪应力超过其抗剪强度，粘结面就会出现破裂。钢绞线滑移造成锚索拔出破坏，失去对边坡的主动加固效果。锚固段岩体选择不当，岩体过于破碎、强度较低、锚固长度短，钻孔设计直径偏小，都会降低注浆体与岩体粘结面的粘结强度。在较大的锚固荷载作用下，注浆体与岩体的接触面脱离产生滑移，导致锚索失去承载力，引起锚固失效。2.1.2加固体系破坏模式通常认为边坡锚固失效的主要原因是由各种因素导致的锚固系统有效预应力降低，被加固岩体自身的影响往往被忽视，但经验表明虽然有预应力作用，加固岩体还是会因自身强度等问题引起锚固失效。在预应力锚索长期荷载作用下，被加固岩体发生蠕变，变形持续增长，引起锚索预应力损失，当锚索的有效预应力降低到某一程度时就会导致边坡失稳。其次，预应力加固设计是针对一个特定的危险滑动面进行的，边坡加固后深层岩体的其它非控制滑动面可能会有所发展，导致加固边坡滑动整体失稳。另外，在预应力锚索张拉锁定后，锚固端附近的岩体存在较严重的应力集中现象，在这些区域的岩体会发生剪切破坏，使得锚索预应力降低锚固失效。群锚就会因为锚索间距过小，相邻的锚索锚固段深层岩体拉力区贯通，加固区岩体在自重作用下失稳整体滑动。2.2锚索预应力检测技术从既有边坡锚固的失效模式可以看出，预应力锚索的有效预应力对锚固效果起着决定性的作用。同时，预应力锚索是隐蔽工程，为了确保锚固效果必须对锚索的预应力和锚固质量进行监测和检测。锚固质量的检测可以通过简单的外观检查来完成，查看预应力锚固系统外锚固结构的变形、裂缝等破坏情况，基础底部是否因冲刷有松动、脱空现象；凿除封锚混凝土查看锚头是否有锈蚀，夹具、锚定板是否完整、有无松动，钢绞线是否出现断丝。同时还可以对加固边坡进行必要的检查，例如坡面冲刷情况、坡顶滑动裂纹和位移情况、地表位移和深部岩体的位移情况，对其整体稳定性做出初步判断。锚索锚固深度的检测可以采用超声波和应力波等无损检测技术，现在市场上已经有大量成熟的检测仪器，不仅可以检测锚索长度，还可以对注浆体的灌注质量做出评价。超声波检测技术是根据超声波在锚索中传播的距离越长，产生的能量损耗越大的特点研发的。但由于能量衰减过大，超声波检测的适用长度很短。最近一些年来，超声导波检测技术被运用到锚索检测中来。超声导波在传播过程中衰减很小，可以检测的锚固长度更大。应力波法是基于锚索的频率响应的检测技术，用激振源向锚索发出应力波信号，仪器采集信号发出和反射回来的时间，经过计算得到锚索的长度。近年来有人尝试用脉冲电磁波反射法检测预应力锚索长度，仪器采集到发射和反射电磁波的时间，同样经计算后得到锚索长度。对预应力锚索的长期工作状态进行监测，需要安装锚索测力计。常用的锚索测力计类型有电阻应变计式、差动电阻式、钢弦式、轮辐式、液压式等。安装锚索测力计不仅可以对锁定后的锚索预应力进行长期监测，及时发现预应力损失过大的情况，采取有效的处理措施以防重大事故发生，还可以对张拉过程中的预应力进行实时监控，反馈给施工作为参考。但这些类型的测力计长期稳定性较差、容易失效，而且测量信号受电磁场干扰大、传输距离较短。新型的光纤光栅传感器克服了这些缺点，采用光纤光栅可以对锚索的预应力进行实时和长期有效的监测。采用传感器对锚索预应力进行监测最大的缺点是成本问题，因为一个加固工程中的锚索数量通常都很多，而测力计的价格也不便宜。给每一孔锚索都安装测力计是不现实的，当然也是没有必要的。通常的做法是根据工程重要性等级，按照一定比例为部分有代表性的锚索安装测力计。对于那些没有安装测力计，或者测力计已经失效的错索，可以釆用拉拔试验来检测锚索的预应力。检测时先凿除封锚混凝土，接长已有锚索的钢绞线，并对其进行张拉。记录张拉过程中锚索位移和张拉荷载值，经分析计算得到锚索的实际有效预应力值，为工程提供评价依据。增大张拉荷载直至锚索破坏失效，拉拔试验还可以获得锚索的极限承载力，将其与设计锚固力进行对比可以评价锚索真实的加固效果。锚索预应力的监测和检测对锚固质量评价有重要作用，通过监测、检测得到锚索的实际有效预应力值，可以及时发现预应力损失过大的情况，对锚固失效破坏发出预警，以便采取有针对性的补强措施，避免发生严重的工程事故。把采集到的预应力数据与锚索的张拉锁定荷载对比，计算出锚索的预应力损失量，据此判断锚索的工作性能，决定是否要采取整治措施，以保证加固工程的可靠性。2.3锚索预应力损失机理研究预应力锚索工作环境复杂，引起锚索预应力损失的因素也很多，研究这些因素的作用机理对降低锚索预应力损失很有帮助。张拉过程中的预应力损失主要是由于预应力锚索与孔壁间的摩擦，以及张拉千斤顶的摩阻力引起的，但摩擦损失一般只有1%左右，这部分的预应力损失可以通过超张拉的方式来消除。通过提高钻孔的成孔质量，消除锚索安装后与孔壁间的接触等措施，可以降低该项损失。预应力锚索外锚固结构多釆用夹片自锚体系。千斤顶回油的时候，钢绞线向钻孔内回缩，带动夹片回缩使锚具、夹片和钢绞线牢固接触，从而达到锁定的目的。但钢绞线的回缩也使得锚索中的有效预应力降低，不可避免地产生预应力损失。从厂家提供的资料及产品说明可以知道，目前国内各类型的锚具都存在夹片回缩问题，QM、OVM、YM和B&S型锚具钢绞线的回缩量均为6rnm。锚索锁定后，锚具也会因为受力产生回弹变形，引起预应力损失。一般情况下，锚索的锚头端都是固定在抗滑桩、框架梁或者锚垫墩上，这些轮结构本身也具有收缩、蠕变性质，受到大吨位压力后也会产生一定量的压缩变形，引起一定量的预应力损失。实际工程中，同一个结构物上设置有多孔铺索，最合理的张拉方式是同时对所有锚索进行同步张拉。但施工时张拉设备是有限的，这种张拉方式是不可能实现的，通常都是采用一台设备对锚索按一定顺序依次张拉。在对后面的锚索进行张拉时，被加固岩体因为被进一步压缩，产生更大变形，前面已经锁定的锚索会因此损失一部分预应力。但这种损失可以通过循环张拉来消除，如果锚索在结构物上的布置是对称的，则可以釆用对称循环张拉。工程经验表明，采用改进的张拉工艺可以最大限度地消除因张拉顺序引起的预应力损失。相关资料表明：在距锚索3m范围内有爆破作业时，锚索预应力损失明显，而且预应力损失量比锚索在相同时间内静载作用下的损失量大约36倍；距离在5m以外的普通爆破对锚索预应力的影响很小。1989年，在漫湾电站左岸边坡的加固工程中进行了预应力锚索对爆破适应性的现场试验。结果表明：预应力锚索对动载有较好的适应性，一定条件下爆破对锚索锚固性能影响不大。只要保证恰当的装药量、可靠的锚索施工质量，锚索的预应力损失不会太大。为了避免因施工爆破、机械震动引起锚索预应力损失，在锚索施工现场应尽量避免爆破和重型机械振动。实在无法避免时，应尽可能远离锚索或者把锚索张拉锁定工作安排在最后进行。时间效应引起的锚索预应力损失，主要是由钢绞线的松驰、混凝土和岩体的徐变以及其它外部因素引起的。这些预应力损失，由于作用机理复杂，难以对具体损失量有精确的计算。通常只能在设计中充分考虑各种因素，估算可能的预应力损失值，有针对性地采取措施来对其进行补偿。由锚索材料应力松弛引起的预应力损失具有以下特点：张拉吨位越大，锚索体的松弛量越大，相应的预应力损失也越大，当张拉力超过钢材抗拉强度50%时，应力松弛显著增大；松弛损失集中发生在张拉后很短的一段时间内，24小时内约完成全部松弛量的80%，20天后松弛基本结束；通过对钢绞线的超张拉或二次张拉可以很大程度地减小松弛损失；松驰损失和材料性能直接相关，和材料直径、环境温度也有一定关系。当环境温度高于20度时，松弛损失会增大。针对上述影响因素，在选择锚索材料时应优先选用低松弛高强度的材料，这对降低锚索预应力损失有积极意义。相关研究也表明，低松弛的钢绞线在不同的极限荷载下的松弛损失比普通钢绞线要小很多。另外，在短时间内把钢绞线超张拉，并持荷一段时间，再次回到原来的张拉力时，钢绞线的松弛损失将大大降低。锚索安装锁定后，岩体在锚索荷载的长期作用下产生蠕变，形随时间不断增长。垫墩下陷引起回缩，导致大量的预应力损失。这部分的预应力损失占长期损失的比例较大，必须研究其发生机理，釆取有针对性的措施进行预防和补偿。2.3.1锚具引起的预应力亏损在预应力锚索张拉锁定后，锚具的回弹变形是引起预应力亏损的一大原因，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD60~2004)规定计，计算公式如下：式中：表示描具、夹片的回弹值，按照各锚具生产厂家技术指标选取，夹片式锚具的锚具夹片回缩量不应大于6mm；L表示锚具的有效长度；表示预应力锚索钢绞线的弹性模量；A表示预应力锚索钢绞线的截面面积。2.3.2张拉系统引起预应力亏损预应力锚索张拉系统主要是由千斤顶和油泵构成，因为张拉系统引起的预应力亏损主要依靠工程经验来计算。据经验，由于张拉系统的摩擦阻力引起的预应力亏损介于2%-4%之间，而油压表显示的拉力值比锚索钢绞线实际受力大2%-4%，若锚索设计张拉值以油压表显示值为基础，需要考虑由张拉系统引起的应力亏损量。2.3.3锚墩下土体变形引起预应力亏损锚索锚墩一般情况下与土体接触，在预应力荷载的作用下土体易产生沉降导致预应力亏损。关于这部分的预应力亏损计算，确定锚墩下土体旳沉降量是首当其冲的，确定出沉降量后可以根据上式计算预应力亏损量。对于锚墩基础沉降量的计算大多数采用分层总和法或按照建筑地基规范进行，本文提出采用基于弹塑性理论的修正分层总和法计算。随着工程实际需要及计算理论的不断发展，岩土工程设计理论已经渐渐从以单纯的承载力因素控制设计转向为以沉降因素、承载力因素共同考虑共同控制的设计。沉降因素成为设计的控制因素，需要准确地预测地基变形特性，因此合理的变形设计计算理论尤为关键。现常用的变形计算理论为分层总和法，分层总和法简单实用且具有一定的精准度，因此该方法在岩土工程界广泛使用，其局限性在于压缩模量参数单一，无法反应现实岩土体复杂的弹塑性及非线性特性。而且，分层总和法不能够考虑土体三向应力对其变形的作用。在分层总和法的基础上考虑了土体在三向应力作用下的变形影响，引入土体弹塑性本构关系来阐述土体的变形特性,基本形成了基于弹塑性理论的修正分层总和法理论。该理论考虑土体的侧向变形影响、土体的非线性特征、分层分布性及弹塑性特征，克服了常规分层总和的确定，在理论研究上有所改进。2.3.4钢绞线松弛引起预应力亏损在长期荷载作用下，锚索钢绞线将产生应力松弛现象，钢绞线松驰过程时间漫长，往往是持续几十年，因此很难进行等时问松弛实验。国内外一般采用1000小时的松驰量制定标准，在不同应力水平下允许松弛率也有所不同。除钢绞线自身物理特性外，主要影响其松弛率的因素是钢绞线受到的初始应力。VSL公司(瑞士)曾对各种钢绞线在长期荷载下最终松弛率进行统计，给出各种钢绞线松弛应力亏损终值。一般采用预应力钢绞线张拉控制应力的90%计算预应力钢绞线在长期荷载下引起的应力亏损。2.3.5灌衆体徐变引起的预应力亏损预应力锚索锚固段灌奖体在锚索长期荷载的作用下，微细裂纹扩张是灌浆体徐变的主要原因。一般情况下，灌浆体的长期强度大于其受到的荷载，徐变最后将趋于稳定，因此灌浆体在常应力的作用下徐变率及损伤会趋于一个稳定值。第3章预应力补偿技术及措施锚固失效模式的原因，预应力锚索的有效预应力是锚固效果的决定性因素。在各种因素的共同作用下，锚索的预应力不可避免地产生损失，导致有效预应力降低，引起锚固失效边坡破坏。因此，必须加强对锚索预应力的监测和检测，尤其是大型的重要工程。一旦发现锚索预应力损失过大，有可能对边坡稳定性造成不良影响时，要及时采取有效的措施对锚索进行预应力补偿，使锚索预应力重新回到设计要求的水平，确保加固工程的安全，避免事故发生。工程中应用较多的预应力补偿技术是超张拉和补偿张拉。超张拉不需要增加额外的施工操作，在正常的锚索张拉时适当加大张拉吨位即可，用增加的预应力补偿张拉、锁定过程，以及由时间效应引起的锚索预应力损失，属于事前主动预防措施。3.1预应力损失控制技术从锚索预应力损失机理的研究结果可以知道，岩体蠕变主要发生在垫墩下、锚固端附近等应力较为集中的地方，如果这些区域的应力状况得到改善，岩体的蠕变变形量就会明显降低，锚索的预应力损失减小。采用受力机制合理的锚索类型，如压力分散型锚索，锚固段附近岩体中的应力分布相对均匀，而且应力水平较低，岩体蠕变变形较小，锚索预应力损失也相对较低。同样的道理，适当增大垫墩尺寸能有效地扩散荷载，降低垫墩下岩体的应力集中，减小岩体的蠕变变形，从而使锚索的预应力损失减小。采用较大的张拉吨位,虽然会使岩体的应力水平提高，导致较大的蠕变变形，加大锚索的预应力损失量。但由于锚索的初始应力较大，发生损失后锚索最终有效预应力仍能保持在较高水平。所以采用大吨位预应力锚索，可以得到较大的锚固力，保证预应力锚索的加固效果。张拉荷载、锚索类型和垫墩尺寸都会对锚索的预应力损失产生影响。依据它们的作用规律，可以事先对预应力锚索采取有针对性的措施来主动预防和减小预应力损失，例如在边坡加固设计时，适当加大锚索张拉吨位，以便获得较大的有效预应力，保证加固的可靠性。同时结合实际情况，选用受力机制较为合理的锚索和外锚固结构类型、高强度低松弛的钢绞线以及与其配套的锚具，选择完整性较好的坚硬岩体作为持力层，都可以降低锚索的预应力损失。对于张拉过程中的摩阻损失、锁定过程中钢绞线回缩引起的预应力损失，可以通过超张拉来对其进行补偿。合理安排张拉顺序和施工进度，也能降低由于重复压缩和振动引起的预应力损失。3.2预应力损失补偿技术及措施锚索安装后的一段时间内，在各种因素的共同作用下产生大量的预应力损失，待预应力变化趋于稳定后，对锚索进行重复张拉使其预应力回到设计要的水平上，确保加固效果。这种技术就是补偿张拉，操作时需要拔出夹片，对施工人员的人身安全有一定威胁，所以重复张拉时应特别注意加强人员的安全防护。此外，重复锁定会加深夹片对钢绞线的咬痕，容易引起锚索断裂失效。预应力补偿技术研究的结果表明，二次补偿张拉后预应力下降速率和幅度都明显降低了，锚索获得了较大的有效预应力，补偿张拉有效地弥补了由岩体蠕变引起的预应力损失。工程实践中，大型重要的加固工程要加强锚索的预应力监测和检测，如果发现预应力损失过大，对结构安全造成威胁，但锚固体系没有明显受损时，应适当加大垫墩尺寸，在保证锚索设计强度的前提下，采用较大的吨位对既有锚索进行补偿张拉。补偿张拉时，可以让钢绞线持荷一段时间后再锁定，或者对锚索进行多次补偿张拉，都可以使锚索获得较大的有效预应力。如果锚索经过补偿张拉后仍然无法达到设计要求的应力水平，或者锚具、夹片、钢绞线已出现严重锈蚀，锚固系统有明显损坏，锚索承载力已经完全丧失，则应考虑对地质状况进行重新勘察和评价，收集各方面资料后进行综合分析，以便查明原因，决定采用何种预应力补偿措施。这一类情况，可以考虑更换新锚索、加大钻孔深度和直径、提高张拉吨位、加强锚具和钢绞线的防腐处理，多措并举从源头上保证锚索有足够的有效的预应力，满足工程加固要求。补偿张拉还要注意时机的选择，一般建议在锚索安装锁定后的3~30天内，待预应力损失发展初步稳定后即可进行补偿张拉。经过补偿张拉的锚索预应力重新回到设计要求水平，为工程的安全提供可靠保障。对锚索进行预应力补偿后，为了从根本上确保锚索预应力长期稳定，还应该充分调查研究，找出预应力损失发生的原因，釆取有针对性的措施给予处置。例如，加固岩体排水不畅导致锚具、锚索锈蚀，则需要对原有的排水设施进行修复，或者新增一些排水构造设施。出现较为严重预应力损失的锚索，补偿张拉完成后还应当加强锚索预应力的长期监测，强化锚固系统的日常维护和管理，切实掌握锚固工程在其生命周期内的工作状态，以便及时发现和整治隐患，确保工程安全。第4章预应力加固技术在边坡工程中的应用边坡综合防护设计是高等级公路设计的重要内容之一，需根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑，合理布局，因地制宜地选择实用、合理、经济、美观的工程措施，确保高等级公路的稳定和高速行车安全，同时达到与周围环境的协调，保持生态环境的相对平衡，美化高等级公路的效果。长期以来，路基边坡的综合防护技术一直是公路修筑中的一个薄弱环节，我国在80年代中期以前，主要以低等级公路建设为主，由于交通量小，深挖高填较少，投资不大，因而防护工程不作为道路建设的主体工程，由此引起的损失亦不大，所以在工程中对边坡的综合防护研究常常被忽视。进入90年代以后，我国高等级公路建设方兴未艾，由于缺乏对防护技术的系统研究，没有成熟的经验供设计部门应用，因此只能用低等级公路的防护技术或借鉴铁路部门的经验来实施局部防护，缺乏综合考虑，从而为工程埋下隐患，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响，有的甚至中断交通，如沈大高速公路鲅鱼圈所以南180km长的路段，后期的工程防治费用占整个工程防治费的80％、京石高速公路在1997年遇到洪水冲击后，很多路段出现路基垮塌，路面悬空的现象，再如众所周知的昆禄路等。据交通部统计，仅1991年因水毁冲毁路基1577km，冲毁路面43733km，冲毁桥梁3606座、涵洞40343道，塌方4171万方，直接经济损失16.86亿元，因排水防护不当使基层与路基含水量增加引起公路整体强度下降造成的损失更是无法统计。与此同时，防护技术在理论方面尚需进一步研究，如边坡的侵蚀机理、边坡水力学特性研究、地区差异性以及公路部门与园林部门的专业交叉研究等等，以便提供边坡综合防护的理论支持和依据。预应力锚索加固技术因具有不破坏岩体，施工灵活，速度快，干扰小，受力可靠，且为主动受力，加上坡面岩体抗压强度高等优点，已广泛用于边坡防护治理工程。4.1预应力锚索作用原理通过钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端(锚杆)锚固在坚硬的岩层中(称内锚头)，然后在另一个自由端(称外锚头)进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索，锚索结构一般由幅度锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形式分为机械式和胶结式两大类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类，砂浆式又分二次灌浆和一次灌浆式。外锚头又称外锚固段，是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等；锚索体，是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度钢筋、钢纹线或螺纹钢筋构成。4.2预应力锚固锚孔钻造按照设计桩号采用拉线尺量，结合水准测量进行放线,并用铁钎和油漆标记准确定位锚孔位置。钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确定位，采用测角量距控制角度，钻机导轨倾角误差不超过±1，方位误差不超过±2。锚杆成孔应根据地层选用相应的锚杆钻机，土层中严禁开水冲钻及冲冼孔壁。在钻进过程中要认真做好施工记录，如地层情况、地下水情况等。钻孔孔径、孔深要求不小于设计值,并超钻不小于20cm，钻进到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻3～5分钟，同时应及时进行锚孔清理。锚孔钻造结束后，方可进行锚杆安装。锚孔钻造完成后应及时进行锚杆安装和锚孔注浆，原则上不得超过24小时以避长时间搁置造成塌孔。4.3预应力锚索制作与安装本工程采用的锚索必须为厂家标准化生产的高强锚索体。每根锚杆取料长度为L1(锚固段长度)+L2(自由段长度)+L3(锚头长度)，各锚杆的外露应做好标记。注浆管与对中架应按设计要求布置安装，注浆管底距孔底20cm。制作好的锚杆在运输过程和安装过程中，不能出现损坏对中架、注浆管及锚杆的外保护层。4.4预应力锚索注浆注浆宜采用水灰比0.4～0.45的水泥浆。其中，锚固段遇岩质破碎导致漏浆时，应采用二次高压劈裂注浆法来提高地层锚固力。注浆材料要求严格按照经实验合格的配比备料，注浆浆液应严格按配合比搅拌均匀，随拌随用，浆体强度不低于30MPa。锚孔注浆必须采用孔底返浆方法，直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口注浆；如发现孔口浆面回落，应在30分钟内进行压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。建议采用添加早强剂等方法，缩短工期。4.5预应力锚索张拉锁定当注浆体强度和传力系统锚墩强度均达到设计强度的80%以上时，并经验收试验合格后，方可进行张拉作业。锚斜托台座的承压面应平整，并于锚杆的轴向垂直。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚杆同轴一线，确保承载均匀。锚索的张拉必须采用专用设备，设备在张拉作业前应进行标定，锚具、夹片等检验合格后方可使用。第5章总结本文较为系统的介绍当前比较流行的一种新型岩土加固技术，即预应力加固技术。介绍现阶段国内外该项技术的应用现状，指出预应力锚索对材料的利用很充分，对土体的扰动小、加固深度大、设置灵活、施工安全简便、进度快等优点，近年来在岩土加固工程中得到大量应用。第二章专门对预应力加固技术的一些问题做深入探讨，研究预应力加固破坏模式、预应力监测技术以及预应力损失的影响因素等内容。第三章重点介绍针对预应力损失，应该如何进行应力补偿，以及补偿措施是什么。最后通过工程实例，验证预应力技术在岩土工程中的广泛应用。通过研究发现影响岩土稳定的原因有许多，因此治理一个岩土稳定不能靠单一的处理方法。例如，边坡防护应结合放缓边坡、卸载、抗滑挡土墙支挡、抗滑桩、综合排水、框格植草、护坡等措施，形成一个整体共同受力方能取得良好的效果。预应力锚索加固工程属于地下隐密工程因此应加强对施工过程中的监管措施。同时考虑到预应力锚索加固措施工程造价高昂在选择边坡防护型式应优先选择边坡卸载、框格植草、护坡等常规措施。不管什么岩土加固技术，都不可能依赖某一种加固方式来取得理想治理效果，现如今，各种岩土加固技术可谓是风起云涌，它们在治理岩土体的稳定性时往往是彼此密切配合，形成一受力体系来达到支挡效果。由于岩土加固技术方法多种多样，本文只针对预应力加固做了简单介绍，而不是对所有加固技术做综述性介绍，因此，本文内容较为丰富，对于预应力加固方案实践具有一定实践参考意义。参考文献[1]马扬前.路堑边坡预应力锚索工后状态的检测及分析[J].路基工程,2012(4).[2]周群华,邓卫东,孙立强.锚索测力计在预