锚固段的荷载传递是一个复杂的力学过程。当预应力通过钢绞线传递至锚固段时,力主要通过两种方式向地层转移:其一是钢绞线与周边灌浆体之间的“握裹力”;其二是灌浆体与钻孔孔壁岩土体之间的“粘结摩阻力”。 这个过程并非均匀分布。拉力从锚固段起始端向末端递减,应力集中现象明显, 的粘结应力发生在靠近自由段的接口附近。随着荷载增加,应力峰值会逐渐向锚固段末端转移。如果荷载超过极限,破坏可能发生在筋体与浆体的界面、浆体与地层的界面,或者直接发生在周围的岩土体内部。因此,设计时需要根据岩土体特性,提供足够的锚固段长度,以确保拉力能够被安全、充分地分散到整个锚固段中。
安全型分散锚索的工作原理是其成功的关键。在张拉时,预应力通过无粘结钢绞线或带护套的筋体传递至各个分散设置的承载体。每个承载体将其所承受的力,通过注浆体传递给特定长度的岩土体,形成一个独立的锚固单元。 这些锚固单元在力学上是串联关系,但又共同工作。当荷载施加时,从 前端的单元开始,应力依次被激活并向后传递,直至所有单元共同达到设计荷载。这种机制确保了沿整个锚固段长度上,粘结应力分布更为均匀,避免了传统锚索在锚固段前端出现的严重应力集中现象。它充分利用了更深部地层的岩土强度,从而在同等钻孔长度下能够提供更大的承载力,或者在达到同等承载力时,结构更为安全可靠。
安全型分散锚索主要有两种实现形式:拉力分散型和压力分散型。 1. 拉力分散型:采用无粘结钢绞线,每根钢绞线的末端分别固定在沿索体不同位置设置的承载体上。张拉时,每根钢绞线独立受力,将其拉力通过各自的承载体传递给浆体和岩土体。这种形式索体主要承受拉力。 2. 压力分散型:同样采用无粘结钢绞线,但其承载体(如带孔钢板、囊袋等)设计独特。张拉时,钢绞线的拉力转化为对承载体上注浆体的压力,再通过浆体将压力传递至孔壁。这种形式使得锚固段浆体处于受压状态,受力性能更好,对地层扰动更小。 两种形式都实现了荷载的分散,工程师可根据地层条件和受力需求选择 合适的类型。