拉力型预应力锚索的设计与使用-1

1、中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司1汇报人：胡腾飞汇报人：胡腾飞中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司2o摘要摘要o通过云南省新建铁路大瑞线大保段澜沧江特大桥工程中50t缆索吊装系统保山岸后锚碇的设计与施工，主要介绍拉力型预应力锚索的特点及锚固机理、设计计算、施工与使用。o关键词关键词o拉力型；预应力锚索；设计；施工；使用中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司3一、前言一、前言二、锚固机理与特点二、锚固机理与特点 三、设计与计算三、设计与计算 四、施工与使用四、施工与使用 五、结语五、结语、锚索的布设、锚索的布设、锚索结构总

2、成、锚索结构总成、锚索的施工流程、锚索的施工流程、锚索的施工步骤、锚索的施工步骤、锚索的设计与计算、锚索的设计与计算中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司4一、前言一、前言在我国，锚索技术首次被成功运用于1964年梅山水库右岸坝基的加固工程中。从70年代开始，该项技术在国防、水电、矿山等领域逐步开始使用。80年代以来，随着人们对锚索技术研究的深入和对锚固技术认识的逐步提高，以及相应技术的发展，促进了锚索技术的发展与使用。目前，在建筑工程中，锚索越来越被广泛地使用，所谓预应力锚索，就是指预先施加应力的锚固体系。按锚固段受力状态，其大致可分为、压力型预应力锚索、荷载分散型预应

3、力锚索等三种类型。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司5预应力锚索预应力锚索拉力型拉力型荷载荷载分散型分散型压力型压力型拉力分散型压力分散型中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司6图1：拉力型预应力锚索示意图图2：压力型预应力锚索示意图图1图2中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司7图3：拉力分散型预应力锚索示意图图4：压力分散型预应力锚索示意图图3图4中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司8二、拉力型预应力锚索的锚固机理与特点二、拉力型预应力锚索的锚固机理与特点锚索是一种主要承受拉力的杆状构件，它是通过

4、钻孔将钢绞线或高强度钢丝固定于深部稳定的地层中，并在被加固体或构筑物表面通过张拉产生预应力，从而达到使被加固体或构筑物稳定和限制其变形的目的。锚索一般由锚固体(或内锚头)、拉杆、锚头(或外锚头)等三部分组成。1)、锚头是指构筑物与拉杆连结的部分，它的作用是将来自构筑物的荷载有效地传递给拉杆；2)、拉杆是指锚头与锚固体连结的部分，它的主要作用是将来自锚头的拉力传递给锚固体，由于拉杆通常要承受很大的拉力，一般采用抗拉强度较高的材料，如钢绞线、高中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司9强度钢丝；3)、锚固体在锚索的尾部，与岩体紧密相连，它的功能是将拉杆传递来的荷载通过拉杆与锚固

5、体、锚固体与岩体之间的粘结力分散到稳固的地层中。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司10三、锚索的设计与计算三、锚索的设计与计算结合本工程地质及地形条件，缆索吊装系统保山岸后锚碇采用+承台结构型式。根据50t缆索吊缆索系统计算所得左右侧后锚碇水平力H=230t，竖向力V=140t(方向竖直向上)，并结合后锚碇位置处地质地形条件，初步每侧布设锚索数量n=4根，分上下两层，层间距a=1.8m，每层两根横向间距b=2.0m，锚索轴线与水平面竖直夹角为=15度，同时由于保山岸地形地貌条件的限制，原本两组缆索系统与桥梁中心线10.0m的间距在后锚碇处变化为c=8.0m，而右侧锚索

6、为了避开山体裂隙带在水平面设置=15度的平面夹角。、锚索的布设、锚索的布设中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司11图5：保山岸左侧后锚碇锚索布设示意图中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司12为了避免锚索上部地表动、静荷载对锚索的影响，同时防止高压注浆时上覆地层隆起，锚索上覆地层厚度h4.5m。图6：保山岸右侧后锚碇锚索布设示意图中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司13、锚索结构总成、锚索结构总成图7：拉力型预应力锚索结构总成中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司14锚索荷载传递方法锚索的设计实质上就是

7、锚固的设计，锚固设计就是针对特定的地质条件和锚固型式，确定锚索承载能力和锚固长度。为了使锚索应力能传入稳定的底层，通常有以下三种方法：1)、用机械装置(如胀壳式内锚头)把锚索固定在坚硬稳定的地层中；2)、3)、用扩大锚头钻孔(高压注浆、扩孔)等手段把锚固段固定在稳定地层中。、锚索的设计与计算、锚索的设计与计算中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司15锚固设计基本假定1)、锚固段传递给岩层的应力沿锚固段全长均匀分布；2)、钻孔直径与锚固段注浆体直径相同，即在注浆时地层无被压缩现象；3)、岩石与注浆体界面产生相对滑移(硬岩，孔壁光滑)或(软岩，孔壁粗糙)剪切破坏。锚固设计应满

8、足的条件1)、T=Tu/Sf锚索容许锚固力安全系数锚索极限锚固力中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司162)、TTw锚索容许锚固力锚索工作锚固力3)、TdTw锚索设计锚固力锚索工作锚固力锚索设计与计算首先应根据锚索的使用功能、地质地形条件等确定锚索的数量及设计锚固力Td，再根据锚索结构设计安全系数Sf确定锚索锚固力的极限值Tu。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司171)、锚索数量及设计锚固力参见“锚索的布设”节叙述，本工程缆索吊保山岸后锚碇锚索数量n为单侧4根，设计锚固力Td由缆索系统后锚碇水平力H、竖向力V反算得。H=230t -V=-140

9、t -TdH=H/cos/cos -Tdv=V/cos/sin-TdH-G -结合以上计算公式，最终确定单根锚索设计锚固力Td=120t。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司18安全等级锚索损坏危害程度最小安全系数临时锚索永久锚索危害大，会构成公共安全问题1.82.2危害较大，但不致出现公共安全问题1.62.0危害较轻，不构成公共安全问题1.42.0表1：锚索锚固体抗拔安全系数2)、极限锚固力的计算计算公式：Tu=SfTd考虑到该工程影响力大，在设计时按安全等级级进行取值，即取Sf=2.2，故极限锚固力Tu=264t。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程

10、有限公司193)、锚索筋体选型、钻孔直径确定预应力锚索筋体主要有钢绞线、高强钢丝等抗拉强度很高的材料，在该工程中选取j15.0(7s5.0)高强低松弛钢绞线，根据极限锚固力确定锚索筋体的数量m。 m=Tu/Afptk锚索筋体数量钢绞线抗拉强度设计值式中：A=140mm2,fptk=1860MPa；得：m=10.1根，取m=12根。单根钢绞线公称截面积中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司20钻孔直径D的大小与锚索筋体直径、数量有关，根据岩土锚杆(索)技术规程中要求钻孔内预应力钢绞线的面积不超过钻孔面积的15%来确定。 D=(As/0.15)4/)0.5筋体钢绞线的截面积经

11、计算得：D=119.4mm,D=150mm；复核：15%D2/4=2050.7As=12140=1680mm2。4)、锚固长度的计算锚固体锚固段长度应分别按锚固体与地层间的粘结强度(式)、锚索筋体与注浆体间的粘结强度进行计算，取二者较大值。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司21 L1= Tu/Dfmg-式锚固体表面与周围岩土体的粘结强度锚固段长度对粘结强度的影响系数 L2=Tu/dmfms-式锚索筋体直径锚索筋体数量锚固体注浆体与筋体的粘结强度锚固段长度对粘结强度的影响系数采用2根及以上钢绞线时,界面粘结强度降低系数，取0.60.85中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁

12、大桥局集团第五工程有限公司22岩石类别岩石单轴饱和抗压强度值(MPa) 粘结强度标准值(MPa)极软岩 50.20.3软岩5150.30.8较软岩15300.81.2极硬岩30601.21.6硬岩601.63.0表2：岩石与注浆体的粘结强度标准值(推荐)注:1、注浆体指水泥砂浆或水泥结石体； 2、表中数据适用于注浆体强度等级为M30； 3、在岩体结构面发育时，粘结强度取表中下限值。在该工程中，根据岩性按较软岩取其粘结强度，取Fmg=1.0MPa。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司23粘结材料粘结强度标准值(MPa)注浆体与螺纹钢筋2.03.0注浆体与钢绞线3.04.0

13、表3：钢筋、钢绞线与注浆体的粘结强度标准值(推荐)注:1、注浆体指水泥砂浆或水泥结石体； 2、表中数据适用于注浆体强度等级为M25M40； M25取表中下限值， M40取表中上限值。据表3，取Fms=3.0MPa；另取=0.8，=0.6。根据以上取值及两式计算得：L1=6.37m，L2=2.95m。取锚固段长度L=8.0m。中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司245)、自由段长度的确定自由段长度主要根据锚固段所处地层状况、减少预应力损失、结构稳定性等诸方面考虑。规范要求自由段长度 不小于5.0m。本工程中,自由段长度设计为22m(岩体)。6)、锚索的其他设计定位架(对中

14、器):使锚索筋体处于注浆体的中央,当筋体受拉时,锚固体能均匀受力;使筋体四周的注浆厚度均匀分布且满足防腐要求.以钢筋焊接成如图所示的定位架. 图8：定位架(用直径6mm钢筋制作)中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司25图9：锚头结构(OVM锚成套设备)锚头：锚头结构一般由锚索筋体确定，在本工程中采用OVM锚成套设备。 防腐：对处于自由段内的锚索筋体采用橡胶防护管，护管内填充防腐油脂。 图10：防腐用橡胶管中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司26搭设脚手架，清理坡面材料、机具设备进场钻机就位钻孔压水试验安装锚索锚索注浆补充注浆张拉补充张拉锚头防护处

15、理锚索制作锚索尺寸及质量检查钻孔位置、角度、孔径确定钻孔质量检查四、锚索的施工与使用四、锚索的施工与使用、锚索的施工流程、锚索的施工流程中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司27、锚索的施工步骤、锚索的施工步骤1)、钻孔钻孔前,根据设计要求和土层条件,定出孔位,作出标记；锚索(杆)水平方向孔距误差不应大于50mm,垂直方向孔距误差不应大于100mm；钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚索(杆)长度的3%,可用钻孔测斜仪控制钻孔方向；锚索(杆)孔深不应小于设计长度,也不宜大于设计长度的1%；安放锚索(杆)前,湿式钻孔应用水冲洗,直至孔口流出清水为止。图11图12图11：倾角测定图1

16、2：钻孔中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司282)、锚索制作钢铰线或高强钢丝应除油污、除锈,严格按设计尺寸下料,每股长度误差不大于50mm；钢铰线或高强钢丝应按一定规律平直排列,沿杆体轴线方向每隔1.01.5m设置一个隔离架,杆体的保护层不应小于2.0cm,预应力筋(包括排气管)应捆扎牢固,捆扎材料不宜用镀锌材料；杆体自由段应用塑料管包裹,与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用铅丝绑紧；应按防腐要求进行防腐处理。图13：锚索制作中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司293)、安放杆体放入钻孔之前,应检查杆体的质量,确保杆体组装满足设计要求；安放杆体

17、时,应防止杆体扭压、弯曲,注浆管宜随锚杆一同放入钻孔,注浆管头部距孔底宜为50100mm,杆体放入角度应与钻孔角度保持一致；杆体插入孔内深度不应小于锚杆长度的95%,杆体安放后不得随意敲击,不得悬挂重物。图14：锚索安放中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司304)、注浆注浆材料应根据设计要求确定,一般宜选用灰砂比1:11:2,水灰比0.380.45的水泥砂浆或水灰比为0.400.45的纯水泥浆,必要时可加入一定量的外加剂或掺和料；注浆浆液应搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,并严防石块、杂物混入浆液；注浆作业开始和中途停止较长时间,再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路；浆体硬化后不能充满锚固体时,应进行补浆。水泥种类水灰比流动度(cm)水灰比外加剂(%)膨胀剂减少剂普通硅酸盐525水泥0.415170.4100.5表4：锚固段水泥浆配合比(建议)中铁大桥局集团第五工程有限公司中铁大桥局集团第五工程有限公司315)、张拉与锁定锚杆张拉前,应对张拉设备进行标定；锚固体与台座混凝土强度均大于15.0MPa时,方可进行张拉；锚杆张拉应按一定程序进行,锚杆张拉顺序,应考虑邻近锚杆的相互影响；锚杆正式张拉之前,应取0.10.2设计轴向拉力值,对锚杆预张拉12次,使其各部位的接触紧密,杆体完全平直。图