预应力锚索张拉控制应力及预应力损失

浅谈预应力锚索张拉控制应力及预应力损失一、预应力锚索索张拉控制应应力σcon张拉控控制应力是指指在张拉预应应力锚索时所所达到的最大大应力值，也也就是说张拉拉设备所控制制的张拉力除除以预应力钢钢绞线面积所所得的应力值值，以σcon表示。现场张拉控制原原则用压力表读数控控制张拉力，简简易可行，但但必须兼顾代代表应变量的的伸长值，藉藉以检验张拉拉作业情况是是否正常；正正常施工是以以压力表读数数为准，并同同时采用伸长长值校核。为为了避免发生生质量事故，要要求张拉力与与伸长值基本本同步；若实实测伸长值（实实际伸长值）超超过用张拉力力计算的伸长长值（理论伸伸长值）10％以上，说说明锚固段（锚锚着点）可能能产生滑移。若若伸长值小于于计算值-5％，说明锚锚孔内可能有有异物卡死或或者在内锚段段灌浆过程中中由于止浆装装置失效导致致水泥浆进入入张拉段（水水平、下倾孔孔容易出现这这种情况），使使自由段减少少所致。因此现场张拉控控制时必须满满足“双控”标准，即在在满足控制张张拉力时，实实际伸长值与与理论伸长值值的差值也必必须控制在规规范范围内（三三峡工程质量量标准及现行行预应力锚索索规范规定在在-5%~110%之间），否否则应停止张张拉，检查分分析原因，采采取有效措施施保证张拉工工作正常进行行。现场张拉量测与与记录预应力锚索张拉拉施工之前，必必须结合工程程本身的特点点选用符合设设计及规范要要求的仪器仪仪表，报送具具有相关资质质试验检测中中心检测标定定，取得有效效的标定资料料，方可使用用。并根据张张拉设备的特特性制定准确确而有便于现现场操作的量量测方法。传传统的方法是是用钢尺或卡卡尺量测千斤斤顶油缸行程程，这种方法法简单易行，但但未考虑工具具夹片与钢绞绞线之间的滑滑移（张拉初初始，工具夹夹片没有完全全咬住钢绞线线的情况下）极易因此导致实际伸长值偏大。经过现场试验及典型事例分析，最合理的量测方法（如图1所示）:图—1确定了量测方法法之后还需要要计算理论伸伸长值，理论论伸长值按照照下式计算，△L=F/A××L/EF——锚索张拉拉力（KN）A——钢绞线截截面积(mm2)E——钢绞线弹弹性模量（Mpa）L——钢绞线受受力长度为自自由段、锚墩墩及垫层厚度度、千斤顶及及锚具长之和和(mm)计算时需要注意意钢绞线弹性性模量及截面面积的取值（不不同批次的材材料，取值不不仅相同）。要要求在编制索索体时必须建建立专门的台台账，并详细细纪录每盘钢钢绞线的卷号号、弹性模量量及截面积编制《预预应力锚索张张拉纪录表》，并并及时、准确确地纪录，因因该记录是分分析评价预应应力锚索张拉拉质量的重要要依据，具有有唯一性，因因此要严格要要求，认真记记录，记录必必须在施工现现场随着施工工的进行随时时填写，专人人监督、审核核，不允许事事后补记，更更不得随意编编造，以便及及时发现问题题，准确分析析并解决问题题。二、预应力损失失由于张张拉工艺和材材料特性等原原因，从预应应力锚索张拉拉开始直到使使用的整个过过程中，预应应力锚索的控控制应力σcon将慢慢慢降低。与此此同时，整个个预应力锚固固体系的预压压应力将逐渐渐下降，即产产生预应力损损失。《水工工预应力锚固固施工规范SL46－94》条文说明明规定的预应应力损失是指指张拉结束后后由于各种原原因引起的设设计张拉力减减小。产生预预应力损失的的因素很多，而而且许多因素素相互制约、影影响，很难将将某一种损失失孤立出来进进行准确分析析和计算。预预应力损失的的预防和控制制工作涉及到到预应力应用用的各个领域域，是一项系系统和复杂的的研究课题。下下面就地下厂厂房预应力锚锚索施工过程程中产生预应应力损失的原原因及减小预预应力损失的的措施谈谈自自己的理解供供大家参考指指正。张拉端锚具变形形和钢绞线内内缩引起的预预应力损失σL1(锁定损失)在张拉预应力锚锚索达到控制制应力σcon后，通通过一定时间间稳压，待钢钢绞线的受力力状态及弹性性变形稳定后后将其锁定。由由于锚具、锚锚墩与锚墩基基础之间的缝缝隙被压紧，以以及预应力钢钢绞线在锚具具中的内缩，造造成应力有所所下降。由此此形成的预应应力损失称为为锁定损失，用σL1表示，按下式计算：σL1=α/LL*Es11-1式中L——钢绞线受力力长度为自由由段、锚墩及及垫层厚度、千千斤顶及锚具具长之和（mm）α——锁定回缩缩量（mm），张拉锁定定后现场量取取Es——钢绞线线弹性模量（Mpa）有1-1式中可可看出：张拉段长长度与预应力力损失成反比比。另外，为为减少这部分分损失，在张张拉过程中须须采用分级张张拉，每一级级之间的稳压压时间必须严严格执行，且且不少于5分钟，最后后一级稳压时时间20~30分钟，稳压压过程中，预预应力锚索不不得受外力影影响（杜绝在在张拉过程中中，因伸长值值不符合要求求，施工人员员私自更改既既定的张拉力力），应确保保预应力钢绞绞线在设计张张拉力作用下下，主动完成成弹性变形以以及应力徐变变，直至稳定定。张拉锁定后，应应力损失超过过规范要求的的，凡具备补补偿张拉条件件的，应选定定合理的间隔隔时段进行补补偿张拉；凡凡施工条件不不允许间隔、补补偿张拉的，应应采用超载安安装，以减小小预应力损失失值，提高预预应力的设计计保证率和预预应力锚固体体系安全可靠靠性。（二）物理理及化学原因因引起的预应应力损失σL2在地下洞室块体体加固、边坡坡治理等工程程中预应力锚锚索直接作用用在岩体深层层，因岩石结结构，地形地地质条件复杂杂多变，岩体体中富含其他他金属矿物质质等。也会导导致预应力损损失的产生。1、物理原因引引起的预应力力损失锚墩（孔口承压压板）与岩面面在受到高应应力作用下，随随着压力的不不断增大，锚锚墩基础以及及岩体内部的的裂隙被压紧紧（沿压应力力方向变形），从从而抵消了部部分压应力，造造成预应力损损失。这部分分损失通过在在岩面和锚墩墩上安装百分分表（如图2所示），在在张拉过程中中观测百分表表读数，即锚锚墩以及基础础变形大小α1，代入1-1式，可得出出预应力损失失的大小σL2。这部分损失在施施工过程中，是是可以将其减减小到最低程程度的，如：：钻孔过程中中，注意观察察回水、石粉粉的颜色以及及钻机钻进速速度，判断岩岩石结构有无无明显变化，有有无裂隙等地地质缺陷，如如果遇到地质质缺陷，可采采用工程措施施予以处理。图—2。2、化化学变化引起起的预应力损损失锚索索体编制过过程中（隔离离架及绑扎材材料，锚固剂剂，砂浆等填填充物）含有有其他有色金金属物质或者者选用的水泥泥、砂石中硫硫化物、氯化化物等有害成成分的含量超超标亦能引起起应力损失的的产生。由于不同有色金金属之间都存存在着电位差差，长期直接接接触，将产产生电化学腐腐蚀，预应力力钢材由于阳阳极区离子状状态溶出而形形成点腐蚀、缝缝隙腐蚀，甚甚至产生应力力腐蚀破坏。故故要求隔离架架及绑扎材料料，均不得带带有金属镀层层。第六届国际预应应力混凝土会会议的《混凝凝土结构设计计与施工的建建议》中明确确指出，不得得使用矿渣水水泥、火山灰灰水泥，其目目的在于限制制水泥中硫化化物、氯化物物等有害成分分的含量，须须选用普通硅硅酸盐水泥。许许多外加剂往往往含有使预预应力钢材产产生锈蚀的有有害成分，而而预应力钢材材在高应力状状态下，对应应力腐蚀又是是非常敏感的的，故要求直直接与预应力力钢材接触的的水泥浆材，不不宜掺用外加加剂。预应力高强钢丝丝的腐蚀过程程和破坏机理理都十分复杂杂，大致可分分为化学腐蚀蚀和电化学腐腐蚀两大类。前前者是指金属属表面的原子子直接与介质质的氧化剂发发生化学作用用而引起的破破坏；后者由由于在电解质质溶液中，产产生电化学作作用，它服从从于电解过程程的动力学规规律。水工预预锚中的高强强钢丝的腐蚀蚀，大都属于于电化学的范范畴。该部分分损失很难准准确计算且无无法弥补，因因此在施工过过程中要尽力力杜绝应力腐腐蚀的发生。（三）人为因素素引起的预应应力损失σL3有粘结型预应应力锚索，安安全可靠，施施工简便，造造价便宜，但但投入运行后后不能在需要要时进行补偿偿张拉，也不不适应大的冲冲击变形。无无粘结型预应应力锚索因孔孔壁或与孔壁壁胶结在一起起的填充料，均均不能限制锚锚束张拉段的的自由变形，其其特性与有粘粘结型相反，故故可弥补前者者的一些不足足。但无粘结结型锚束对锚锚固段及张拉拉端的安全度度要求较高，受受开挖爆破等等工程行为影影响较大。为了降低开挖爆爆破对预应力力锚索的影响响，三峡右岸岸地下电站采采取了以下措措施：1、针对性的采采取合理的分分层分序方案案采用合理的施工工程序，以“平面多工序序，立体多层层次”的思想合理理安排开挖、支支护、衬砌三三者的相互关关系，并针对对主厂房地质质结构及施工工支洞布置特特点，将主厂厂房共分Ⅸ层开挖，分分层高度8～9米。Ⅰ层分5序，第Ⅱ层分二层，Ⅱ层以下先预预裂后梯段开开挖。其中机机坑采用双面面预裂技术。2、界基面采取取光面或预裂裂爆破，通过过控制质点振振动速度减少少爆破松动圈圈范围。合理应用光面和和预裂爆破技技术，确保开开挖成形轮廓廓，控制爆破破振动对围岩岩及相邻建筑筑物的影响，本本工程对厂房房直立高边墙墙、岩锚梁保保护层外边线线、主厂房机机坑隔墩边缘缘的直立边墙墙等采取预裂裂爆破。对厂厂房顶拱、岩岩锚梁岩台、主主厂房EL45..0m岩台、水平平建基面和预预裂效果差的的重要部位预预留保护层光光爆。合理采用顺序起起爆技术：采采用非电毫秒秒雷管微差精精确起爆。针针对厂房开挖挖做专门的爆爆破试验，在在爆破试验数数据的指导下下进行厂房开开挖施工，根根据爆破效果果和爆破监测测成果及时修修改爆破设计计。在施工过过程中根据设设计要求严格格控制安全质质点振动速度度，尽可能减减小对预应力力锚索的影响响。开挖爆破等工程程行为引起的的预应力损失失为瞬间损失失，与质点振振动速度及岩岩石结构有密密切联系，对对此部分损失失进行准确计计算实际意义义不大且计算算难度较大，在在施工过程中中可通过控制制爆破规模，实实时进行质点点振动速度以以及预应力锚锚索应力变化化检测，调整整开挖爆破程程序和钻爆参参数，可减小小该部分损失失。三峡右岸岸地下电站采采用的控制标标准如下：三峡右岸地下电电站主厂房开开挖最大单响响药量单位（kg)锚索灌浆龄期预裂爆破光面爆破梯段爆破0~3天30m范围之内内———30~40m812—40~50m12184050~60m15238060~70m253812070m范围之外外按照施工技术措措施要求控制制3~7天15m范围之内内812—15~30m10154030~50m15238070m范围之外外按照施工技术措措施要求控制制7天以后10m范围之内内10154010~30m253812030m范围之外外按照施工技术措措施要求控制制（四）预应力锚锚索与孔道壁壁之间摩擦引引起的预应力力损失σL4在预应力力锚索张拉时时，由于钢绞绞线与孔道壁壁（或水泥结结石以及隔离离支架）之间间产生摩擦引引起的预应力力损失，包括括长度效应（kx）和曲率效效应（μθ）引起的损损失，使得张张拉端到锚固固端的实际张张拉应力值逐逐渐降低，降降低的应力值值即为σL4，可按下下式计算σL4=σcoon－σcon/ekx＋μθ1-2式中xx——张拉端至计计算截面的孔孔道长度，也也可以取该段段孔道在纵轴轴上的投影长长度（m）。θ——从张拉端端至计算截面面的孔道部分分切线的夹角角（rad）k,μ——摩擦系数（按按照相关规范范取值）当kx+μθ≤≤0.2时，σL4按下列近近似公式计算算:σL4=(kkx+μθ)σcon1-3在计算过程中,,还应考虑钢钢绞线与夹片片之间的摩擦擦损失，这部部分摩擦损失失与预应力锁锁定损失是相相互矛盾的，但但是对整个预预应力锚索是是有利的，在在施工过程中中可以不考虑虑钢绞线与夹夹片之间的摩摩擦损失。另另外，孔壁（或或水泥结石以以及隔离支架架）摩阻损失失发生在张拉拉中过程，一一般不属于预预应力损失。减少摩阻损失的的方法有：(1)、在对穿穿锚索张拉时时，优先采用用两端同步张张拉，减少夹夹片与钢绞线线之间的摩擦擦损失（有害害损失）（2）、采用“超张拉”工艺，这种种张拉预应力力锚索的工艺艺流程为持荷稳压tmin0mσconmmσconσcon式中m——超超张拉系数，要要求mσcon不大于钢材材强度标准值值的75％，参考值1.05～1.10；T———持荷稳压时时间，应不少少于5min；σcon——设设计张拉力。这样可使摩擦损损失以及钢绞绞线松弛、徐徐变所引起的的预应力损失失减小，比一一次张拉到σcon的应力分布布更均匀。（3）、提高锚锚索造孔直线线度，避免张张拉段呈“抛物线状”，增大钢绞绞线与孔道（或或水泥结石）之之间的摩擦（五）围岩变形形引起的预应应力损失σL5地下洞室开挖前前，岩体在天天然条件下均均处于一定的的初始应力状状态，洞室开开挖后破坏了了这种平衡状状态，洞室周周围各点的应应力状态发生生变化，各点点的位移进行行调整，直至至达到新的平平衡。围岩应应力的重分布布与岩体的初初始应力状态态及洞室断面面形状等各种种因素有关。厂房开挖后，地地下形成了自自由空间，原原来处于挤压压状态的围岩岩，由于解除除束缚而向洞洞室空间发生生松动变形，这这种变形超过过了围岩本身身所能承受的的能力，便发发生破坏，从从母岩中分离离、脱落，形形成了坍塌、滑滑动及岩爆等等破坏。根据国内外隧洞洞及地下洞室室建筑的经验验和教训，施施工过程中除除了采用成熟熟、合理的施施工方法，还还必须做好地地质编录工作作，而且应协协助设计及施施工人员做好好施工监控和和信息反馈工工作。施工过过程中，及时时埋设各种观观测仪器如锚锚索应力计、收收敛计、多点点位移计、锚锚杆测力计，在在主厂房1#、4#、6#机组上下游游边墙布置变变形观测站等等，通过对锚锚索测力计及及变形观测数数据的分析整整理，得出的的结论如下：：1、围岩变形的的趋势及方向向与预应力锚锚索的压应力力一致时，预预应力损失增增大，即预应应力锚索设计计吨位偏高或或围岩变形趋趋于有利方向向。2、围岩变形的的趋势及方向向与预应力锚锚索的拉应力力一致时，预预应力锚索实实际受力增大大，预应力损损失为负值，即即预应力锚索索设计吨位偏偏低或围岩变变形趋于有害害方向。(六)钢铰线应应力松弛引起起的应力损失失σL6所谓钢铰线应力力松弛,是指钢铰线线在高应力作作用下,在钢铰线长长度不变的条条件下,钢铰线应力力随时间的增增大而降低的的现象。钢铰铰线应力松弛弛使预应力值值降低，造成成的预应力损损失称为松弛弛损失。试验验表明松弛损损失与下列因因素有关：⑴初始应力：张张拉控制应力力高，松弛损损失就大，损损失的速度也也快。⑵材料种类：：松弛损失随随下列材料种种类依次减小小：碳素钢丝丝及钢铰线、冷冷轧带肋钢筋筋、冷拉钢筋筋及热处理钢钢筋；⑶时间：1h及24h的松弛损失失分别约占总总松弛损失（以1000h计）的50％和80％；⑷温度：温度越高松弛损失越大；⑸张拉方式：采用分级张拉和超张拉可减少松弛损失。减少松弛损失的的措施：分级级张拉；超张张拉；采用低低松弛损失的的钢材；控制制加载速度。预预应力锚索张张拉时,从严掌握升升、卸荷速率率可以使锚束束受力趋于均均匀，且张拉拉施工安全得得以保证。因因张拉过程中中由于锚束内内部各钢丝之之间的内摩阻阻及锚束与孔孔壁之间的外外摩阻的双重重作用，使全全束受力