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【摘 要】预应力锚索是一种对岩土体扰动小、施工较快捷、安全可靠性较高，又十分经济的岩土体加固技术，本文通过对锚索设计中相关问题的探讨，引入了锚固长度的计算公式，以及最优锚固角的选择确定，对锚索预应力损失这一问题做了相关深入的了解，并在其设计中给出了合理化的建议。
【关键词】锚固长度；最优锚固角；预应力损失
1 引言
自从阿尔及利亚的Cheurfas大坝首次使用预应力锚索以来，已发展了近70年。预应力锚固技术利用锚固段施加预应力，可提高岩土体的整体强度，并且相对其它工程措施有效的减少了对岩土体的扰动。所以目前预应力锚固技术工程中应用的越来越广泛，逐渐成为最为高效和经济的加固技术，并且得到了各行各业的高度重视并得以迅速发展。
锚索是由锚杆演化而来的，因此，从一定意义上来说，可将锚索定义为高承载力的锚杆。根据构成划分，锚索结构一般由锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成；根据用途划分，预应力锚索体由锚梁、自由段、锚固段和安全段四部分组成。为了达到预应力这个目标，锚索采用了高强钢材—钢绞线，而且在施工中必须有一道重要工序—预应力张拉。在预应力锚索设计过程中，参数选取、应力损失等一些问题，不得不引起重视，下面我们分开进行相关问题的讨论。
2 预应力的参数问题
锚索设计承载力、锚索极限承载力、锚索安全系数，这些参数优化选择研究已经比较深入，此章主要来讨论锚索锚固段长度及锚索最优锚固角的确定。
2.1 锚固段长度的确定
目前预应力锚索设计中采用胶结式内锚头最为普遍，是因为它有较高的承载力，胶结式内锚头受力传导过程：预应力锚索张拉→胶结材料同预应力锚索的摩阻力→胶结材料同孔壁的摩阻力，为了计算方便，我们假定内锚固段所受的摩阻力是沿胶结长度均匀分布的。因此可采用（1-1）式计算：
而在工程实际中，摩阻力是受地质条件、水文条件等一系列因素影响的，均匀分布这个假定过于理想化，并且许多研究和试验成果表明，锚固段沿孔壁的剪应力呈倒三角形分布，其分布是不均匀的，而沿锚固段长度迅速递减[1]，并不是锚固段越大，其抗拔力越大，当锚固段长到一定程度，拉拔力提高并不显著，所以增加锚固段长度并不是提高设计张拉力的好办法。
鉴于以上原因，在国际的规范中，对锚固段的长度要求也做了一定的规定，一般情况下长度不宜超过10m。如10m仍不能满足实际的工程要求，可采取其它的工程措施以提高锚固段的锚固力，比如改变锚固段的结构就是一种较为理想的措施，可采用（1-2）式进行计算：
研究表明，砂浆的抗剪强度决定了其对预应力锚索的握裹力。然而，砂浆在锚孔内对锚索的握裹应力的分布情况相当复杂，目前对这方面的研究资料较少，没有规范的资料可引用。因此，在实际工作中，仅简单的考虑平均握裹应力这个数值，根据平均值来研究其所需的锚固段的长度[2]。
以上成果仅适用于岩层或者较坚硬的土层中，而当锚索锚固段处于一般土层中，施加预应力大小取决于胶结材料对土层的摩阻力以及土层的工程地质性质，然后根据单位长度的摩阻力进行相长度计算，而不再依据胶结材料对锚索的平均握裹力。
2.2最优锚固角的选择
预应力锚索成本较高，锚索的设计关系到许多问题，尤其对锚索的受力方向有更高的要求，正确把握方位角，施加预应力，可减少投资并且可使工程更加趋于合理化。现有资料中，关于方位角的确定大多数依赖经验公式及专家意见，没有形成规范，不同的地区标准多采用不同的数值。
本文通过综合比较，以及查找相关地区规范，选用科学计算的方法，以达到最有效的加固效果。如图1所示，
α为锚杆同滑动面的夹角；β为锚杆同水平面的夹角；θ为滑动面的倾角，它们有如下关系[3]：
θ=α±β
预应力锚索所能提供的抗力为
P抗=Psinα×tgφ+Pcosα （1-3）
式中φ——滑动面上的内摩擦角。
当α=φ时，P抗max=P/cosφ，此时锚索抗力最大，但从性价比来说，不经济，锚索较长。经过试算和综合比较得出：
当α优=45 ?+φ/2时，得到最优的锚固角度，因此最优的锚固角则为[4]
β优=θ±（45 ?+φ/2） （1-4）
在施工时，现场条件不一定满足设计要求，锚固角不一定能达到最优化设计方案进行，可以做微调，以保证锚固的质量。
3 关于预应力损失
预应力施加后，随着时间的推移，预应力会逐渐衰弱，这个过程比较复杂，国内外对此研究资料非常有限，对预应力的监测做得较少，损失程度和损失大小的理论计算有待在以后的工程实践中进一步检验。
关于锚索预应力损失原因，目前国内外学者认为，主要涉及到下面三个方面：即张拉过程中的损失、锚索锁定过程中的损失和由于时间延续而引起的预应力损失[5]。
前两个原因是施工原因，不可避免，只可减少；第三个原因属时间效应。这三方面的应力损失具体原因如下：
（1） 张拉过程的预应力损失取决于胶结材料对孔壁摩阻力以及张拉千斤顶的摩阻力，摩擦损失一般只有1 %左右，这一损失很小，所以这一部分的预应力损失可以通过超张拉来补偿。
（2） 预应力锚索在张拉完成后，在锁定的过程中，钢绞线会不可避免的发生小范围内的回弹收缩，这个回缩量多少最终会影响锚索预应力损失的多少。当然，这些损失可以在锁定的时候进行超张拉或者通过改进施工工艺技术以及以补偿张拉的方式来进行补偿[6]。
（3）锚索预应力损失的时间效应相对比较复杂，预应力损失随着时间的推移逐步增加，这些损失的增加主要是源于钢绞线的松弛效应、混凝土的徐变效应、被锚固介质的流变效应，以及运行管理期间的各种不利情况及其外部因素所致[7]。计算具体预应力损失量十分困难，一般只能在设计中充分考虑各种因素可能引起预应力损失量后，從安全度予以考虑。
4 结束语
（1）预应力锚索作为一种主动防治措施，在许多工程施工应用中，效果显著。本文讨论了一下几个相关参数的选取及计算方法，使预应力锚索在实际工程应用中，更实用，设计更加精准。
（2）锚固段作为重要的一环，其长度选择应考虑多方面因素，单纯依靠增加锚固段长度来提高抗拔力的思想及设计方法是不符合实际情况的
（3）最优锚固角的选择，以前都是以经验为主，本文通过综合比较，选用（1-4）公式比较合理。
（4）关于预应力损失，由于国内外对预应力损失理论计算及现场监测方面的工作做得很少，尤其是对时间延续引起的锚索预应力损失，从安全角度现行设计一般都以经验来进行，笔者认为关于这方面的研究有待进一步加强研究。
参考文献：
[1] 覃仁辉，刘颖，李先光。关于预应力锚索单位长度锚固力确定最优方位角的探讨[J].岩土工程界。2008 ，47
[2] 赵长海，预应力锚固技术，[M] 北京 中国水利水电出版社2001
[3] 岩土锚固技术研究与工程应用[D] 人民交通出版社2010.9
[4] GB 50330-2002 建筑边坡工程技术规范
[5] 刘伟 四川深溪沟水电站边坡稳定性分析与预应力锚索加固技术研究[D]. 长沙 中南大学， 2008
[6] 陈宾杰，张有为。高速公路边坡工程锚索预应力损失探讨[J] 西部探矿工程 2007（Vol .10 ），197
[7] 胡其龙。浅析预应力损失及质量控制措施[J] 工程与建设 2014.1（Vol .1），17
作者简介，陈云鹏 （1987—），男，河南人，硕士，助理工程师，从事工程地质工作。
【关键词】锚固长度；最优锚固角；预应力损失
1 引言
自从阿尔及利亚的Cheurfas大坝首次使用预应力锚索以来，已发展了近70年。预应力锚固技术利用锚固段施加预应力，可提高岩土体的整体强度，并且相对其它工程措施有效的减少了对岩土体的扰动。所以目前预应力锚固技术工程中应用的越来越广泛，逐渐成为最为高效和经济的加固技术，并且得到了各行各业的高度重视并得以迅速发展。
锚索是由锚杆演化而来的，因此，从一定意义上来说，可将锚索定义为高承载力的锚杆。根据构成划分，锚索结构一般由锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成；根据用途划分，预应力锚索体由锚梁、自由段、锚固段和安全段四部分组成。为了达到预应力这个目标，锚索采用了高强钢材—钢绞线，而且在施工中必须有一道重要工序—预应力张拉。在预应力锚索设计过程中，参数选取、应力损失等一些问题，不得不引起重视，下面我们分开进行相关问题的讨论。
2 预应力的参数问题
锚索设计承载力、锚索极限承载力、锚索安全系数，这些参数优化选择研究已经比较深入，此章主要来讨论锚索锚固段长度及锚索最优锚固角的确定。
2.1 锚固段长度的确定
目前预应力锚索设计中采用胶结式内锚头最为普遍，是因为它有较高的承载力，胶结式内锚头受力传导过程：预应力锚索张拉→胶结材料同预应力锚索的摩阻力→胶结材料同孔壁的摩阻力，为了计算方便，我们假定内锚固段所受的摩阻力是沿胶结长度均匀分布的。因此可采用（1-1）式计算：
而在工程实际中，摩阻力是受地质条件、水文条件等一系列因素影响的，均匀分布这个假定过于理想化，并且许多研究和试验成果表明，锚固段沿孔壁的剪应力呈倒三角形分布，其分布是不均匀的，而沿锚固段长度迅速递减[1]，并不是锚固段越大，其抗拔力越大，当锚固段长到一定程度，拉拔力提高并不显著，所以增加锚固段长度并不是提高设计张拉力的好办法。
鉴于以上原因，在国际的规范中，对锚固段的长度要求也做了一定的规定，一般情况下长度不宜超过10m。如10m仍不能满足实际的工程要求，可采取其它的工程措施以提高锚固段的锚固力，比如改变锚固段的结构就是一种较为理想的措施，可采用（1-2）式进行计算：
研究表明，砂浆的抗剪强度决定了其对预应力锚索的握裹力。然而，砂浆在锚孔内对锚索的握裹应力的分布情况相当复杂，目前对这方面的研究资料较少，没有规范的资料可引用。因此，在实际工作中，仅简单的考虑平均握裹应力这个数值，根据平均值来研究其所需的锚固段的长度[2]。
以上成果仅适用于岩层或者较坚硬的土层中，而当锚索锚固段处于一般土层中，施加预应力大小取决于胶结材料对土层的摩阻力以及土层的工程地质性质，然后根据单位长度的摩阻力进行相长度计算，而不再依据胶结材料对锚索的平均握裹力。
2.2最优锚固角的选择
预应力锚索成本较高，锚索的设计关系到许多问题，尤其对锚索的受力方向有更高的要求，正确把握方位角，施加预应力，可减少投资并且可使工程更加趋于合理化。现有资料中，关于方位角的确定大多数依赖经验公式及专家意见，没有形成规范，不同的地区标准多采用不同的数值。
本文通过综合比较，以及查找相关地区规范，选用科学计算的方法，以达到最有效的加固效果。如图1所示，
α为锚杆同滑动面的夹角；β为锚杆同水平面的夹角；θ为滑动面的倾角，它们有如下关系[3]：
θ=α±β
预应力锚索所能提供的抗力为
P抗=Psinα×tgφ+Pcosα （1-3）
式中φ——滑动面上的内摩擦角。
当α=φ时，P抗max=P/cosφ，此时锚索抗力最大，但从性价比来说，不经济，锚索较长。经过试算和综合比较得出：
当α优=45 ?+φ/2时，得到最优的锚固角度，因此最优的锚固角则为[4]
β优=θ±（45 ?+φ/2） （1-4）
在施工时，现场条件不一定满足设计要求，锚固角不一定能达到最优化设计方案进行，可以做微调，以保证锚固的质量。
3 关于预应力损失
预应力施加后，随着时间的推移，预应力会逐渐衰弱，这个过程比较复杂，国内外对此研究资料非常有限，对预应力的监测做得较少，损失程度和损失大小的理论计算有待在以后的工程实践中进一步检验。
关于锚索预应力损失原因，目前国内外学者认为，主要涉及到下面三个方面：即张拉过程中的损失、锚索锁定过程中的损失和由于时间延续而引起的预应力损失[5]。
前两个原因是施工原因，不可避免，只可减少；第三个原因属时间效应。这三方面的应力损失具体原因如下：
（1） 张拉过程的预应力损失取决于胶结材料对孔壁摩阻力以及张拉千斤顶的摩阻力，摩擦损失一般只有1 %左右，这一损失很小，所以这一部分的预应力损失可以通过超张拉来补偿。
（2） 预应力锚索在张拉完成后，在锁定的过程中，钢绞线会不可避免的发生小范围内的回弹收缩，这个回缩量多少最终会影响锚索预应力损失的多少。当然，这些损失可以在锁定的时候进行超张拉或者通过改进施工工艺技术以及以补偿张拉的方式来进行补偿[6]。
（3）锚索预应力损失的时间效应相对比较复杂，预应力损失随着时间的推移逐步增加，这些损失的增加主要是源于钢绞线的松弛效应、混凝土的徐变效应、被锚固介质的流变效应，以及运行管理期间的各种不利情况及其外部因素所致[7]。计算具体预应力损失量十分困难，一般只能在设计中充分考虑各种因素可能引起预应力损失量后，從安全度予以考虑。
4 结束语
（1）预应力锚索作为一种主动防治措施，在许多工程施工应用中，效果显著。本文讨论了一下几个相关参数的选取及计算方法，使预应力锚索在实际工程应用中，更实用，设计更加精准。
（2）锚固段作为重要的一环，其长度选择应考虑多方面因素，单纯依靠增加锚固段长度来提高抗拔力的思想及设计方法是不符合实际情况的
（3）最优锚固角的选择，以前都是以经验为主，本文通过综合比较，选用（1-4）公式比较合理。
（4）关于预应力损失，由于国内外对预应力损失理论计算及现场监测方面的工作做得很少，尤其是对时间延续引起的锚索预应力损失，从安全角度现行设计一般都以经验来进行，笔者认为关于这方面的研究有待进一步加强研究。
参考文献：
[1] 覃仁辉，刘颖，李先光。关于预应力锚索单位长度锚固力确定最优方位角的探讨[J].岩土工程界。2008 ，47
[2] 赵长海，预应力锚固技术，[M] 北京 中国水利水电出版社2001
[3] 岩土锚固技术研究与工程应用[D] 人民交通出版社2010.9
[4] GB 50330-2002 建筑边坡工程技术规范
[5] 刘伟 四川深溪沟水电站边坡稳定性分析与预应力锚索加固技术研究[D]. 长沙 中南大学， 2008
[6] 陈宾杰，张有为。高速公路边坡工程锚索预应力损失探讨[J] 西部探矿工程 2007（Vol .10 ），197
[7] 胡其龙。浅析预应力损失及质量控制措施[J] 工程与建设 2014.1（Vol .1），17
作者简介，陈云鹏 （1987—），男，河南人，硕士，助理工程师，从事工程地质工作。