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​边坡锚索加固监测与分析
来源:四川葛南仪器有限公司 | 作者:水利监测人张工 13990298835 | 发布时间: 2023-12-26 | 681 次浏览 | 分享到:
锚索测力计用于加固锚索张拉力的监测。边坡锚索加固监测工程为实例，介绍锚索测力计的工作原理、计算方法、安装步骤及监测过程，通过被测锚索在张拉及锁定后锚索受力的变化情况，分析锚固力损失产生的原因及锚索锁紧时应注意的事项，由此说明锚索测力计对指导锚索施工、检验施工质量及工程长期安全监测等方面发挥重要作用，对类似工程具有一定的参考价值和实际意义。

边坡锚索加固监测与分析
锚索测力计用于加固锚索张拉力的监测。边坡锚索加固监测工程为实例，介绍锚索测力计的工作原理、计算方法、安装步骤及监测过程，通过被测锚索在张拉及锁定后锚索受力的变化情况，分析锚固力损失产生的原因及锚索锁紧时应注意的事项，由此说明锚索测力计对指导锚索施工、检验施工质量及工程长期安全监测等方面发挥重要作用，对类似工程具有一定的参考价值和实际意义。
1 锚索测力计监测设计与实施
1.1 锚索测力计工作原理
VWA型振弦式锚索测力计，测力计主要由承重筒、保护桶、敏感部件、激振线圈及热敏电阻等组成。敏感部件为振弦式应变计芯体，根据载荷大小在承重筒周围均匀布置 3～6 支振弦式应变计芯体，使应变计芯体与承重筒产生同步变形，当荷载使承重筒产生轴向变形时，引起应变计芯体振弦的张弛，使振弦长度发生变化从而改变振弦的振动频率。激振线圈对振弦激振并感应其固有振动频率，感应的频率信号经电缆传输至测量仪表，通过芯体的固有振动频率计算出引起承重筒变形的应变量，代入标定系数即可求出锚索测力计所承受力的变化量。锚索测力计既可测出锚索作用在锚索测力计上的总荷载，同时通过测读每支应变计，也可测出作用在承重筒上不均匀或偏心荷载，并可同步测量埋设点的温度。
振弦式锚索测力计中的每支应变计芯体为 1 个测量单元，单支应变计芯体可测出测力计单边受力状况，由数支应变计芯体的平均测值可计算出测力计整体受力状况，计算出测力计受力的偏心方向及大小，减少或消除不均匀或偏心荷载的影响。
1.2 锚索测力计安装
监测仪器的安装质量是获得可靠观测资料的关键。如果埋设安装不当，会采集不到准确的数据，锚索测力计的安装伴随锚索的张拉进行，安装及搬运过程中需小心，安装示意图如图。

锚索测力计安装时需注意以下几点：
1）安装时锚索测力计上下面与承压面之间应清理干净，不能有铁屑和沙粒，否则会影响测值；同时应使锚索测力计的轴线与待测锚索轴线同轴。
2）为了保证锚索测力计能有效感应锚索的张力，根据锚索的锚固体结构，锚索测力计应置于锚垫板和工作锚之间，锚索或钢绞线从锚索测力计的中心孔中穿过，使锚索测力计能均匀受力。
3）为防止锚索测力计在张拉过程中与锚垫板产生滑移，引起测值偏小或失真，须保证测力计安装基面与锚索中心轴线垂直，偏差在 ± 1.5° 以内。
4）锚垫板和工作锚应可靠地压在锚索测力计的承重筒上，不得有间隙。加载时应从中间锚索开始向周围锚索逐步加载，以免受力偏心或过载。在荷载稳定后应测取读数，同时注意各传感器反映的荷载是否一致。如发现几何偏心过大，应立即予以调整。
5）锚索测力计定位前应测量仪器的初值（无荷载），在锚索的张拉和锚固过程中应对锚索测力计进行实时监测，以测定预应力大小及损失，确定超拉值。预加应力施工完成后，可利用锚索测力计进行定期检查或长期监测。
6）作好记录并存档，保护好仪器的引出电缆。

1.3 锚索测力计计算
a) 当荷载作用于测力计时，测力计钢筒将产生轴向变形，其荷载量P与输出频率模数的变化量△F具有如下线性关系： 
P = k △ F 
△F = F- F0 
式中： P － 测力计测量出的荷载量，单位为kN(千牛)； 
k — 测力计的测量灵敏度，单位为kN /F； 
△F — 测力计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F； 
F — 测力计的实时测量值，单位为F；
F0 — 测力计的基准值，单位为F。 
b) 当测力计有多支传感器时，测力计的计算公式为： 
P = k (△F1+△F2+△F3+•••△Fn）/ n 
式中： △F1+△F2+△F3+•••—测力计单支仪器实时测量值相对于基准值的变化量，单位 为F； 
N — 测力计上分布传感器的数量。 
c) 当作用在测力计上的荷载恒定时，而温度增加△T，此时测力计有一个输出量△F´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。 
实验可知△F´与△T具有如下线性关系： 
P´= k△F′+ b△T = 0 
k△F´= -b△T 
△T = T - T0 
式中： b — 测力计的温度修正系数，单位为kN /℃； 
△T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃； 
T — 温度的实时测量值，单位为℃； 
T0 — 温度的基准值，单位为℃。 
d) 当测力计受到荷载和温度的双重作用时，测力计的一般计算公式为： 
Pm = P + b△T = k(△F1+△F2+△F3+•••△Fn）/ n + b (T - T0) 
式中： Pm — 测力计测量出的荷载量，单位为kN(千牛)。 
注：VWA型振弦式锚索测力计的敏感测量元件，其与测力钢筒的材料线膨胀系数极为接近，试验所得其温度修正系数小于最小读数，一般计算时可用公式b
2 锚索测力计监测结果及分析
2.1 锚索测力计张拉受力情况
在张拉过程中可根据观测数据判断锚索测力计受力大小，即锚索测力计测值计算受力、张拉油表压力、钢绞线理论与实际测的伸长值，通过锚索测力计的数据分析和油表压力显示值，可判断锚索张拉的情况，从而对锚索的张拉过程进行指导。锚索测力计安装时的观测数据计算成果如表 1 所示，锁定后的观测数据及计算成果如表。
2.2 锚索测力计受力损失分析
锚索测力计在观测过程中，易受外界影响。因测力计安装在岩石体外部，受温度和降水影响较大。锚索测力计受力和温度变化过程线如图 所示。
从观测数据和计算成果可见，边坡监测锚索荷载自张拉锁定后均有不同程度的损失，由历时曲线图看出各锚索测力计荷载锁定及锁定的初期（1 个月左右）损失较大，后期损失较小，反映出边坡在初期锚索预应力荷载作用下存在岩石裂隙闭合的蠕变现象，锚索测力计仪器运行正常。
3 锚索测力计作用
3.1 对施工的指导作用
边坡锚索设计载荷为 100 t，从监测数据分析情况看，正常的张拉锁定后满足不了设计要求，利用超张拉措施才能满足设计要求，其中 S2 安装损失率较大，其他仪器控制在 10% 以内。所以，通过锚索测力计的监测数据可非常直观地判断锚索安装是否符合设计要求。
3.2 对锚索加固的作用
锚索属于隐蔽性过程，影响锚固的效果因素多，锚索的工程非常重要。从锚索测力计受力——温度变化过程线可以看出，4 台锚索测力计安装后锚索受力减小；但到 6 月，由于强降雨，导致锚固力增大，锚固力呈上升趋势，并趋于稳定。所以，通过对锚索测力计的长期监测，可判断锚索加固的作用。



4 结语
在边坡锚索加固中，安装的 4 台锚索测力计在张拉和锁定荷载后荷载满足设计要求，现在锚索测力计全部达到设计的锚固力 90% 以上，锚索效果较好，处于基本稳定状态。监测过程中引起应力变化及损失的因素，有以下情况：
张拉过程损失。锚索与千斤顶的摩擦，钻孔的平直等，锚索安装后与孔壁接触面小，偏心等，会产生较小的损失。
2）观测时间的应力损失。时间推移，锚索的应力损失因素，钢绞线的松弛，锚墩的混凝土徐变，被锚固介质的流变等会产生一定的压力损失。
3）锚索锁定损失。锚索张拉完成后，千斤顶卸荷是靠工作锚板锁定锚索的，锁定时钢绞线有一定的回缩，回缩与松弛引起锁定损失。
通过超设计载荷张拉、锁定方式，可减少锚索荷载各阶段不同程度的损失，使锚索发挥应有的作用。