无粘结压力分散型预应力锚索

无粘结压力分散型预应力锚索施工工法2006年12月12日目录前言1、···········································工法特点2、···········································适用范围3、···········································工艺原理4、·································工艺流程及操作要点5、·········································材料与设备6、···········································质量控制7、···········································安全措施8、···········································环保措施9、···································技术经济效益分析前言压力分散型预应力锚索对于复杂地质条件下岩体锚固较普通拉伸型预应力锚索具有明显优势，技术性、经济性较好。近几年由日韩传入我国之后，衍生出了xxOVM压力分散型锚固体系、四川xx压力分散型锚固体系、xx压力分散型锚固体系、xx预应力压力分散型锚固体系4种压力分散型锚固体系。压力分散型预应力锚索目前已在国内多个大中型工程中得以广泛运用，如xx水利枢纽工程、xx水库工程、广西xx水利枢纽工程及目前正在施工的雅砻江xx一级水电站工程。其中由湖北xx预应力公司研发设计的“无粘结压力分散型预应力锚索”，在雅砻江xx一级水电站右岸1885m以上边坡开挖工程中经过现场工艺试验、实际实施效果检查，通过了业主、监理及设计的审批，得到了认可，目前正在申报xx集团公司科技进步奖及国家专利。由于压力分散型锚索采用的是新方法、新工艺，其在实际施工中的工艺控制和质量控制就显得尤为重要。因此，有必要编制专项的无粘结压力分散型预应力锚索施工工法，并以此为依据加强对现场锚索施工的工艺控制和质量控制，确保锚索的施工质量。一、工法特点本工法主要针对的是无粘结压力分散型预应力锚索施工的工艺控制和质量控制，该类型锚索在使用功能上具有以下特点：1、由于采用的是无粘结预应力钢绞线，因此对整束锚索均有全程双层防护，锚索防腐性能好，耐久性强。2、锚固段浆体受压变形，浆体与孔壁的摩擦剪应力分散到几个承载体上，对应每个承载体的剪应力分布从孔内往孔口方向递减，浆体与孔壁的粘结强度基本被充分利用，受力更加均匀合理。3、能充分利用锚固段地层孔壁的抗剪强度，从而能在同等地质条件下提供更大的锚固力。4、其索体可全长自由伸缩变形，比普通拉力集中型锚索更能适应地层的变形，抗震性能也更好。二、适用范围本工法适用于岩土预应力中无粘结压力分散型预应力锚索施工的现场工艺控制及质量控制。三、工艺原理3.1无粘结压力分散型预应力锚索的作用机理压力分散型预应力锚索采用无粘结预应力钢绞线，在锚孔内分散安装几个结构承压板，不同长度的钢绞线固定在分散的承压板上，形成分级承载锚索(具体结构如图1所示)。图1压力分散型预应力锚索结构示意图3.2工艺原理压力分散型锚索索体采用无粘结高强低松弛预应力钢绞线，通过不同长度的钢绞线及其根部的承压板，使锚索张拉力分散转化成压力作用在水泥芯柱上，从而达到预应力锚固的目的。四、工艺流程及操作要点4.1整体施工工艺流程无粘结压力分散型预应力锚索施工程序见图2。排架搭设排架搭设锚索安装垫座混凝土浇筑灌浆张拉锚固补偿张拉钢绞线检查下料钻机就位固定钢绞线运输钻孔锚索制作孔道验收附件加工混凝土拌制浆材制作锚头保护图2锚索施工流程4.2操作要点4.2.1钻孔4.2.1.1操作流程施工平台搭设→钻机就位→测量放样→钻机加固固定→开孔→钻进过程控制→达到设计深度后清洗孔道→测斜→验收→孔口防护。4.2.1.2操作技术要求1000KN预应力锚索钻孔孔径一般为130mm，2000KN预应力锚索钻孔孔径一般为150mm。施工前，根据图纸要求，利用全站仪对锚索孔位进行放样定位。钻机安装就位并调整倾角及方位角，将钻机固定开钻。锚索孔开孔偏差控制在10cm以内。孔斜误差一般不大于孔深的2%或满足设计要求，方位角误差一般不大于3˚或满足设计要求。在钻进过程中，随时记录钻进速度、回风、返碴等情况。用测斜仪分段测定已成孔孔道的曲线坐标，在钻进过程中随时采用扶正器纠偏。钻孔深度大于设计孔深40cm。钻孔完毕后，确保内锚固段处于稳定的岩层内。如果孔深达到设计深度，通过钻孔记录的返风、返渣、钻速等现象综合判断，若仍处于破碎或断层等软弱岩层，须延长孔深，直至监理人认可的稳定岩层为止。锚孔钻进过程中，若出现不回风、不返碴、塌孔、卡钻等现象或因地质条件复杂节理裂隙发育，渗水量较大及岩石破碎等情况，按设计要求进行孔道固结灌浆处理，并采用相应的钻机扫孔后，用高压风水冲洗孔道至清洁干净，将孔口用编织带封堵，以防异物进入；冲洗情况、测斜成果资料及钻孔原始记录报送监理人验收。4.2.2锚索制安4.2.2.1操作流程钢绞线检验、外观检测→按下料单下料→运输至编索支架→钢绞线长度标识→安装承载板→清洗端部6.5~7cm钢绞线→安装挤压套及锚头→安装隔离架及灌浆管路→铁丝绑扎编制→验收待穿索4.2.2.2操作技术要求钢绞线进场后按规范要求检查外观质量，满足要求后每60吨抽检一组三根试样送试验室检验其力学性能指标。检验合格后方可投入生产使用。在锚索专用下料线进行钢绞线定长下料，其断料采用砂轮切割机。下料长度按照下式计算：L下料长度=L设计孔深+L垫座厚度+L千斤顶长+L锚具厚度+20cm将无粘结钢绞线靠内锚端端头6.5~7cm锚头嵌固端挤压套安装处去皮洗油。清洗时，采用汽油等无腐蚀性清洗剂去除防腐油脂。对钢绞线PE层出现局部破损的部位，用水密性胶带进行修补。将定长钢绞线卷盘挂牌架空存放并覆盖待运。钢绞线及其他索体附件按施工图纸要求编排并绑扎成束，内锚头承载板及自由段隔离架间距均为2m，锚索内锚段顶部端头设置导向帽。将钢绞线与锚头嵌固端穿入承载板相应孔内，利用GYJA型专用挤压机进行内锚头的挤压连结，挤压时油压一般为42~47MPa之间，挤压完成后的内锚头直径不应大于30.6mm，否则必须更换挤压模具。挤压完成后挤压套与锚头之间必须用防腐油脂填充密实，承载板上穿钢绞线孔与钢绞线接合处缝隙应利用环氧砂浆可靠密封。钢绞线采用无锌铁丝编帘，并按内锚段承载体的分组要求，不同组内锚头在锚索外露端依次用黄、白、红、绿四种着色的胶带进行标识区分。锚索体采用无锌铁丝捆扎。编制完成后挂牌编号。锚索体入孔前，用高压风将孔道再次冲洗，锚索经核对无误且经验收合格后，由人工将锚索体扛抬至孔位附近，徐徐送入锚索孔内；穿索时各支点间距离不得大于2.0米，转弯半径不得小于5米，穿索前要再次核对锚索各检查项目；穿束期间应有专人协调指挥，行走速度应均匀平稳缓慢。穿索完成后的锚索外露长度必须满足张拉施工操作。对于孔深较大的锚索孔，如穿索困难，采用自制专用穿索设备辅助人工穿索。索体就位后及时将锚索外露部分包裹以防污损。4.2.3锚墩浇筑4.2.3.1操作流程坡面清理→预埋件安装→钢筋绑扎→模板安装加固→混凝土浇筑→拆模→养护4.2.3.2操作技术要求锚墩的施工严格按照施工图纸的要求，钢筋的级别以及间距参照图纸。模板的固定主要利用锚喷的锚杆，并通过钢管锁定在施工排架上。在混凝土浇筑前，先将坡面冲洗干净，再安装孔口垫板、套管及网片钢筋等。安装模板并冲洗坡面验收合格，即可浇筑混凝土。锚垫板安装时要保证与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中，并将套管与孔道间的孔隙加以密封。混凝土采用二级配，强度为C35（7d），具体施工配合比如表1所示。表1混凝土施工配合比表拌和用量（m3）砂（kg）石子（kg）P.O.42.55R水泥（kg）水（kg）SW高效减水剂（kg）5-2020-400.320115618915045．31.05混凝土拌和系统布置在施工马道上，混凝土熟料采用JZ350型拌合机拌制、斗车装载。提升机运至施工平台，小桶转运入模，振捣器振实。混凝土浇筑完毕后及时洒水养护。4.2.4锚索灌浆4.2.4.1操作流程灌浆钢罩及钢绞线定位板安装→制浆→灌浆→达到屏浆要求后屏浆20~30min→卸下灌浆封闭钢板、钢罩→冲洗4.2.4.2操作技术要求在锚墩浇筑24小时拆模后，即可进行锚索灌浆。锚索灌浆采用纯水泥浆有压式循环式一次性全孔灌注；浆液采用0.35：1水泥净浆，结石强度要求R7d≥35MPa。具体施工配合比如表2所示。表2：水泥净浆配料单拌和用量（L）水泥（kg）水（kg）SW（kg）水胶比3405001753.50.35：1浆液按监理人批准的配比由NJ600搅拌机拌制后，输送至JJS-2B搅拌桶由SNS型灌浆机灌浆。采用成都西易灌浆自动记录仪进行灌浆的记录工作。锚索灌浆采取有压循环灌浆的方式进行。灌浆过程中，观察出浆管的排水、排浆情况，当出浆管开始回浓浆，吸浆率不大于0.4L/min、回浆压力达到0.1MPa~0.2MPa时，开始进行屏浆，屏浆时间20~30min。灌浆采用灌浆自动记录仪自动记录，操作人员及时交付记录，以便资料整理收集。4.2.5锚索张拉4.2.5.1操作程序张拉机具率定、锚夹具检验→安装千斤顶及锚夹具→锚索张拉→锁定4.2.5.2操作技术要求（1）张拉前具备的条件钢绞线材质抽样检查合格；张拉前各工序阶段验收合格；锚夹具合格证及抽样检验；张拉机具已配套标定并出具标定证明文件；灌浆、垫座砼强度均达到设计要求值；（2）张拉作业程序锚索孔浆体及垫座混凝土到设计强度后，进行锚索张拉。锚索张拉采用单根预紧、单根张拉方式，先张拉锚具中心部位钢绞线，后张拉锚具周边钢绞线，按照间隔对称分序进行。一个张拉循环完毕，进行下一个张拉循环，直至达到设计张拉力。张拉采用YDQ260-160型液压千斤顶配2YBZ2-80电动高压油泵进行。张拉前，须对千斤顶、高压油泵及压力表测力计进行配套标定并绘制其标定曲线，以作为锚索正式张拉的控制依据。标定不合格的张拉设备和仪器不得使用，标定间隔期不超过6个月。张拉设备和仪器遭强烈碰撞，必须重新标定后才准使用。张拉作业采用应力应变双控分级张拉程序；在进行锚索张拉时，从预紧应力到锁定应力共分5级进行张拉施工。分极标准为：2000KN端头锚0.25σcon（41.67KN）→0.5σcon（83.33KN）→0.75σcon（125KN）→1.0σcon（166.67KN）→1.10σcon（183.33KN）→锁定。1000KN端头锚0.25σcon（35.71KN）→0.5σcon（71.43KN）→0.75σcon（107.13KN）→1.0σcon（142.84KN）→1.10σcon（157.14KN）→锁定。千斤顶升荷速率每分钟不超过0.1σcon(16.67KN或14.28KN),卸荷速率每分钟不超过0.2σcon(33.33KN或28.57KN)，锚索张拉采用单根预紧、单根循环张拉的方式，针对每一级荷载、每根钢绞线按照钢绞线长度由短至长进行单根单级循环张拉。前四级每级不用持荷，最后一级张拉后稳压5~10min。每束张拉循环五次：第一次预紧0.25σcon，第二次0.25σcon－0.5σcon，第三次0.5σcon－0.75σcon，第四次0.75σcon－1.0σcon，第五次1.0σcon－1.10σcon。锚索张拉以控制张拉力为主，辅以伸长值校核。其各级伸长值计算公式为：△L=△F*L/E*A*n其中：△L各级理论伸长值（mm）；△F各级力值（N）L钢绞线计算长度（mm）；L=L钢绞线长-L安装后绞线外露E钢绞线弹性模量（N/mm2），参考值E=(1.98~2.05)*105A钢绞线截面积，A=140mm2；n钢绞线根数锚索张拉过程中，当实际伸长值大于理论计算值10%或小于5%时，应暂停张拉，查明原因并采取相应措施予以调整后，方可继续张拉。在进行张拉施工时，认真记录测力计读数、千斤顶的读数以及在不同张拉力时钢绞线伸长值，记录成果应及时报送监理人。4.2.6外锚头保护锚具外的钢绞束除留存10cm外，切除其余部分。外锚头按设计要求用混凝土保护，外锚头（含外露钢绞线）保护层的厚度不小于10cm。对不同锚固类型的外锚头用不同颜色涂料粉刷进行标识，达到醒目和良好区分效果。五、材料与设备5.1主要材料（1）钢绞线：采用φ15.24mm、1860Mpa高强低松弛无粘结钢绞线，其性能指标应符合GB/T5224-1995和ASTMA416-98的规定。每批预应力钢绞线均附材质证明书，并按监理人的指示及GB/T5224-1995的规定，对其抽样进行力学性能检验，试验成果报送监理人。在运输中防止钢绞线磨损，避免受雨淋、受潮或腐蚀性介质的侵蚀，存贮期间架空堆放。（2）水泥：采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，其质量应符合国家GB175《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定。（3）骨料：砂的细度模数为2.4~2.8，最大粒径不大于2mm，砂的质量应坚硬、清洁、干燥、无风化、无杂质、级配良好的合格砂料。粗骨料选用质地坚硬、洁净、粒径级配良好的碎石。（4）外加剂：为缩短施工周期，锚墩混凝土和水泥浆可掺入适量早强剂，其品质符合GB8076-1997《砼外加剂》标准，用量通过配合比试验确定。（5）锚具：采用符合GB/T14370-2000《预应力筋用锚具、夹具和连接器》标准的15系列锚具。使用前对进场的锚具进行硬度抽检和锚索组装件静载试验，两项性能指标须符合GB/T14370-2000的规定。（6）隔离架、内锚头及承载板：隔离架采用厚度为15mm的工程塑料制作；承载板采用厚度为30mm的45#钢板制作；内锚头采用挤压机生产厂家配套生产的内锚头即可。5.2主要施工机具（1）千斤顶：单根预紧及张拉均采用YDC240Q型千斤顶和2YB2-80型电动油泵配套。千斤顶、电动油泵及油压表在使用前进行配套标定，以标定的力值曲线作为张拉时的控制依据。（2）灌浆设备：锚索灌浆采用NJ600高速制浆机、JJS200型浆液搅拌桶、SNS型拖行式高压灌浆泵。（3）测斜仪：采用CQ型电视连续测斜仪和BUZ-D型多点照相测斜仪。（4）挤压机：采用GYJA型专用挤压机进行内锚头的挤压连结。（5）钻机：分别采用KQJ100-D型潜孔钻、YG30型锚固钻机（1000KN）和YG60、MZ165型锚固钻机（2000KN）进行锚索的造孔施工。锚固钻机主要机械性能指标如表3所示：表3：锚固钻机主要机械性能指标项目机型整机型式主机质量t泵站质量t使用功率kW回转机型式回转扭矩kgm回转转速rpm推进型式推进力t提升力t凿岩方式宣化英格索兰MZZ165轮胎牵引式1.650.922液压回转34550~10油缸钢丝绳68潜孔锤无锡双帆YG-660滑撬式1.00.418液压回转18035~64油缸链条46潜孔锤无锡双帆YG-330滑撬式0.450.27.5液压回转12035~64油缸链条1.53潜孔锤六、质量控制（1）本功法遵循的规范主要包括“《水工预应力锚固施工规范》SL46—94”及“《水利水电工程预应力锚索施工规范》DL/T5083-2004”，并严格按照ISO9000质量体系文件要求，对锚索施工进行全过程及全员的质量控制管理。（2）由于压力分散型锚索受力关键位置位于钢绞线内锚头和承载板处，规范中对该部分技术要求没有规定，工法中根据目前施工经验规定“挤压时油压一般为42~47MPa之间，挤压完成后的内锚头直径不应大于30.6mm”即为了确保内锚头挤压质量而规定的。（3）规范中对锚索的防腐处理未作要求，本工法中亦规定“挤压完成后挤压套与锚头之间必须用防腐油脂填充密实，承载板上穿钢绞线孔与钢绞线接合处缝隙应利用环氧砂浆可靠密封”即为了确保锚索防腐质量达到要求。（3）由于该类型锚索钢绞线分组长度不同，因此工法中根据目前施工实际情况规定对锚索采用“单根预紧、单根张拉方式，先张拉锚具中心部位钢绞线，后张拉锚具周边钢绞线，按照间隔对称分序进行”；若以后采取其他张拉方法（如按照钢绞线长度分批分组张拉）经实际施工检验能满足要求，亦可采用。（4）由于采用单根单级对称循环张拉的方式进行锚索张拉施工，因此本工法中规定锚索张拉“前四级每级不用持荷，最后一级张拉后稳压5~10min”。（5）本工法中规定锚索灌浆“吸浆率不大于0.4L/min、回浆压力达到0.1MPa~0.2MPa时，开始进行屏浆”，规范中则规定“当回浆比重达到进浆比重”时开始屏浆，二者并不矛盾，可视具体地质情况采用。七、安全措施（1）施工前对所有参加该项目施工的人员进行安全施工的岗前培训，并持证上岗。（2）施工人员进入施工现场严格按劳保着装，班前进行安全施工技术交底，每日进行安全巡检，每月进行安全考核，奖惩月月兑现。对不服从安全人员检查，拒不执行安全管理制度的施工作业人员进行严肃处理，对存在安全隐患的施工部位、工序等应责令整改后施工。（3）经常检查施工电源和线路及设备电器部分，按有关规定设置保护装置，确保用电安全。（4）施工工作平台，各种临时起重设施或起重机械，在实施前须经方案论证或受力计算，经安全审核通过后方能施工或使用。（5）承压设备或容器，使用前须全面检查，满足安全要求后再投入使用，在使用过程中如发现压力表失灵和损坏，应及时更换并经常检查易损坏部位，发现后要及时处理。（6）任何情况下，锚杆张拉时的锚孔前方都严禁站人，张拉设施必须牢固安全，张拉方法符合设计要求及有关规定。（7）严禁违章操作、野蛮施工，高空作业时搭设的工作平台须牢固可靠，并设置拦杆、挂安全网，在醒目处设立安全警示标志。作业区上方安排安全员进行定期检查巡视。尤其在放炮或要认真检查施工排架及作业区边坡。（8）严格按照设计技术要求并经监理人审核的施工程序组织施工，严禁违反施工程序作业。八、环保措施（1）项目部成立以项目经理为第一责任人的环保文明施工领导小组，其成员由项目常务副经理、各部门（单位）负责人及专职环保监督员组成。各施工队设兼职监督员，负责实施环保文明施工的各项监督检查。各施工队严格按施工组织设计及环境保护措施落实各项工作。（2）保证施工现场道路平整、交通畅通并适量湿润使其无大量扬尘；场内设置连续畅顺的排水系统，使场内无大面积的积水。（3）警示标志完备、醒目，重点地段及恶劣天气，设置专项的安全防护设施。并在发包人允许的前提下，设置明显的企业施工标牌。（4）施工现场实行局部封闭管理，保持场容场貌的整洁；做好施工现场安全保卫工作，采取必要的防盗措施，在施工现场建立和执行防火管理制度，设置符合消防要求的消防设施，并保持完好的备用状态。水电线路整齐完好。（5）采取有效措施控制施工过程中的各种粉尘，废气、废水、固体废弃物以及噪声、振动对环境的污染和危害，（6）职工队伍建设好。营造良好的与邻边居民和兄弟施工单位的友好关系。（7）有完备的管理条例，严格透明的执行制度。严格履行职工劳保福利政策要求，有完备的重大事故预防、应急、处理措施。（8）施工设备的使用、停放整齐有序；设备性能安全、可靠；操作人员证照齐全，规范操作。配备完善的设备检修、保养、清洁设施及制定严格的检修、保养、清洁责任制。（9）合理的现场平面布置，科学的施工计划。严格完善的材料计划供应制度。实行材料定额管理，减少现场清理工作。成品、半成品堆放整齐有序。保持整齐、清洁的工作环境，作到工完场清。九、技术经济效益分析压力分散型预应力锚索对于复杂地质条件下岩体锚固较普通拉伸型预应力锚索具有明显优势，技术性、经济性较好。由日韩传入我国之后，近几年先期衍生出了xxOVM压力分散型锚固体系、四川xx压力分散型锚固体系、xx压力分散型锚固体系3种压力分散型锚固体系；相对于xx预应力压力分散型锚固体系，我们可做如下技术经济比较：9.1技术比较xxOVM压力分分散型锚固体体系xxOVM压力分分散型锚固体体系主要运用用于有粘结