拉力型預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計與使用-1

1、中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司1匯報人：胡騰飛匯報人：胡騰飛中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司2o摘要摘要o通過云南省新建鐵路大瑞線大保段瀾滄江特大橋工程中50t纜索吊裝系統(tǒng)保山岸后錨碇的設(shè)計與施工，主要介紹拉力型預(yù)應(yīng)力錨索的特點及錨固機(jī)理、設(shè)計計算、施工與使用。o關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞o拉力型；預(yù)應(yīng)力錨索；設(shè)計；施工；使用中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司3一、前言一、前言二、錨固機(jī)理與特點二、錨固機(jī)理與特點 三、設(shè)計與計算三、設(shè)計與計算 四、施工與使用四、施工與使用 五、結(jié)語五、結(jié)語、錨索的布設(shè)、錨索的布設(shè)、錨索結(jié)構(gòu)總

2、成、錨索結(jié)構(gòu)總成、錨索的施工流程、錨索的施工流程、錨索的施工步驟、錨索的施工步驟、錨索的設(shè)計與計算、錨索的設(shè)計與計算中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司4一、前言一、前言在我國，錨索技術(shù)首次被成功運用于1964年梅山水庫右岸壩基的加固工程中。從70年代開始，該項技術(shù)在國防、水電、礦山等領(lǐng)域逐步開始使用。80年代以來，隨著人們對錨索技術(shù)研究的深入和對錨固技術(shù)認(rèn)識的逐步提高，以及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了錨索技術(shù)的發(fā)展與使用。目前，在建筑工程中，錨索越來越被廣泛地使用，所謂預(yù)應(yīng)力錨索，就是指預(yù)先施加應(yīng)力的錨固體系。按錨固段受力狀態(tài)，其大致可分為、壓力型預(yù)應(yīng)力錨索、荷載分散型預(yù)應(yīng)

3、力錨索等三種類型。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司5預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力錨索拉力型拉力型荷載荷載分散型分散型壓力型壓力型拉力分散型壓力分散型中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司6圖1：拉力型預(yù)應(yīng)力錨索示意圖圖2：壓力型預(yù)應(yīng)力錨索示意圖圖1圖2中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司7圖3：拉力分散型預(yù)應(yīng)力錨索示意圖圖4：壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索示意圖圖3圖4中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司8二、拉力型預(yù)應(yīng)力錨索的錨固機(jī)理與特點二、拉力型預(yù)應(yīng)力錨索的錨固機(jī)理與特點錨索是一種主要承受拉力的桿狀構(gòu)件，它是通過

4、鉆孔將鋼絞線或高強(qiáng)度鋼絲固定于深部穩(wěn)定的地層中，并在被加固體或構(gòu)筑物表面通過張拉產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到使被加固體或構(gòu)筑物穩(wěn)定和限制其變形的目的。錨索一般由錨固體(或內(nèi)錨頭)、拉桿、錨頭(或外錨頭)等三部分組成。1)、錨頭是指構(gòu)筑物與拉桿連結(jié)的部分，它的作用是將來自構(gòu)筑物的荷載有效地傳遞給拉桿；2)、拉桿是指錨頭與錨固體連結(jié)的部分，它的主要作用是將來自錨頭的拉力傳遞給錨固體，由于拉桿通常要承受很大的拉力，一般采用抗拉強(qiáng)度較高的材料，如鋼絞線、高中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司9強(qiáng)度鋼絲；3)、錨固體在錨索的尾部，與巖體緊密相連，它的功能是將拉桿傳遞來的荷載通過拉桿與錨固

5、體、錨固體與巖體之間的粘結(jié)力分散到穩(wěn)固的地層中。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司10三、錨索的設(shè)計與計算三、錨索的設(shè)計與計算結(jié)合本工程地質(zhì)及地形條件，纜索吊裝系統(tǒng)保山岸后錨碇采用+承臺結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)50t纜索吊纜索系統(tǒng)計算所得左右側(cè)后錨碇水平力H=230t，豎向力V=140t(方向豎直向上)，并結(jié)合后錨碇位置處地質(zhì)地形條件，初步每側(cè)布設(shè)錨索數(shù)量n=4根，分上下兩層，層間距a=1.8m，每層兩根橫向間距b=2.0m，錨索軸線與水平面豎直夾角為=15度，同時由于保山岸地形地貌條件的限制，原本兩組纜索系統(tǒng)與橋梁中心線10.0m的間距在后錨碇處變化為c=8.0m，而右側(cè)錨索

6、為了避開山體裂隙帶在水平面設(shè)置=15度的平面夾角。、錨索的布設(shè)、錨索的布設(shè)中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司11圖5：保山岸左側(cè)后錨碇錨索布設(shè)示意圖中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司12為了避免錨索上部地表動、靜荷載對錨索的影響，同時防止高壓注漿時上覆地層隆起，錨索上覆地層厚度h4.5m。圖6：保山岸右側(cè)后錨碇錨索布設(shè)示意圖中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司13、錨索結(jié)構(gòu)總成、錨索結(jié)構(gòu)總成圖7：拉力型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)總成中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司14錨索荷載傳遞方法錨索的設(shè)計實質(zhì)上就是

7、錨固的設(shè)計，錨固設(shè)計就是針對特定的地質(zhì)條件和錨固型式，確定錨索承載能力和錨固長度。為了使錨索應(yīng)力能傳入穩(wěn)定的底層，通常有以下三種方法：1)、用機(jī)械裝置(如脹殼式內(nèi)錨頭)把錨索固定在堅硬穩(wěn)定的地層中；2)、3)、用擴(kuò)大錨頭鉆孔(高壓注漿、擴(kuò)孔)等手段把錨固段固定在穩(wěn)定地層中。、錨索的設(shè)計與計算、錨索的設(shè)計與計算中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司15錨固設(shè)計基本假定1)、錨固段傳遞給巖層的應(yīng)力沿錨固段全長均勻分布；2)、鉆孔直徑與錨固段注漿體直徑相同，即在注漿時地層無被壓縮現(xiàn)象；3)、巖石與注漿體界面產(chǎn)生相對滑移(硬巖，孔壁光滑)或(軟巖，孔壁粗糙)剪切破壞。錨固設(shè)計應(yīng)滿

8、足的條件1)、T=Tu/Sf錨索容許錨固力安全系數(shù)錨索極限錨固力中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司162)、TTw錨索容許錨固力錨索工作錨固力3)、TdTw錨索設(shè)計錨固力錨索工作錨固力錨索設(shè)計與計算首先應(yīng)根據(jù)錨索的使用功能、地質(zhì)地形條件等確定錨索的數(shù)量及設(shè)計錨固力Td，再根據(jù)錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計安全系數(shù)Sf確定錨索錨固力的極限值Tu。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司171)、錨索數(shù)量及設(shè)計錨固力參見“錨索的布設(shè)”節(jié)敘述，本工程纜索吊保山岸后錨碇錨索數(shù)量n為單側(cè)4根，設(shè)計錨固力Td由纜索系統(tǒng)后錨碇水平力H、豎向力V反算得。H=230t -V=-140

9、t -TdH=H/cos/cos -Tdv=V/cos/sin-TdH-G -結(jié)合以上計算公式，最終確定單根錨索設(shè)計錨固力Td=120t。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司18安全等級錨索損壞危害程度最小安全系數(shù)臨時錨索永久錨索危害大，會構(gòu)成公共安全問題1.82.2危害較大，但不致出現(xiàn)公共安全問題1.62.0危害較輕，不構(gòu)成公共安全問題1.42.0表1：錨索錨固體抗拔安全系數(shù)2)、極限錨固力的計算計算公式：Tu=SfTd考慮到該工程影響力大，在設(shè)計時按安全等級級進(jìn)行取值，即取Sf=2.2，故極限錨固力Tu=264t。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程

10、有限公司193)、錨索筋體選型、鉆孔直徑確定預(yù)應(yīng)力錨索筋體主要有鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲等抗拉強(qiáng)度很高的材料，在該工程中選取j15.0(7s5.0)高強(qiáng)低松弛鋼絞線，根據(jù)極限錨固力確定錨索筋體的數(shù)量m。 m=Tu/Afptk錨索筋體數(shù)量鋼絞線抗拉強(qiáng)度設(shè)計值式中：A=140mm2,fptk=1860MPa；得：m=10.1根，取m=12根。單根鋼絞線公稱截面積中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司20鉆孔直徑D的大小與錨索筋體直徑、數(shù)量有關(guān)，根據(jù)巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程中要求鉆孔內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的面積不超過鉆孔面積的15%來確定。 D=(As/0.15)4/)0.5筋體鋼絞線的截面積經(jīng)

11、計算得：D=119.4mm,D=150mm；復(fù)核：15%D2/4=2050.7As=12140=1680mm2。4)、錨固長度的計算錨固體錨固段長度應(yīng)分別按錨固體與地層間的粘結(jié)強(qiáng)度(式)、錨索筋體與注漿體間的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行計算，取二者較大值。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司21 L1= Tu/Dfmg-式錨固體表面與周圍巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度錨固段長度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù) L2=Tu/dmfms-式錨索筋體直徑錨索筋體數(shù)量錨固體注漿體與筋體的粘結(jié)強(qiáng)度錨固段長度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)采用2根及以上鋼絞線時,界面粘結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)，取0.60.85中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵

12、大橋局集團(tuán)第五工程有限公司22巖石類別巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度值(MPa) 粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)極軟巖 50.20.3軟巖5150.30.8較軟巖15300.81.2極硬巖30601.21.6硬巖601.63.0表2：巖石與注漿體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(推薦)注:1、注漿體指水泥砂漿或水泥結(jié)石體； 2、表中數(shù)據(jù)適用于注漿體強(qiáng)度等級為M30； 3、在巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育時，粘結(jié)強(qiáng)度取表中下限值。在該工程中，根據(jù)巖性按較軟巖取其粘結(jié)強(qiáng)度，取Fmg=1.0MPa。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司23粘結(jié)材料粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)注漿體與螺紋鋼筋2.03.0注漿體與鋼絞線3.04.0

13、表3：鋼筋、鋼絞線與注漿體的粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(推薦)注:1、注漿體指水泥砂漿或水泥結(jié)石體； 2、表中數(shù)據(jù)適用于注漿體強(qiáng)度等級為M25M40； M25取表中下限值， M40取表中上限值。據(jù)表3，取Fms=3.0MPa；另取=0.8，=0.6。根據(jù)以上取值及兩式計算得：L1=6.37m，L2=2.95m。取錨固段長度L=8.0m。中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司245)、自由段長度的確定自由段長度主要根據(jù)錨固段所處地層狀況、減少預(yù)應(yīng)力損失、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等諸方面考慮。規(guī)范要求自由段長度 不小于5.0m。本工程中,自由段長度設(shè)計為22m(巖體)。6)、錨索的其他設(shè)計定位架(對中

14、器):使錨索筋體處于注漿體的中央,當(dāng)筋體受拉時,錨固體能均勻受力;使筋體四周的注漿厚度均勻分布且滿足防腐要求.以鋼筋焊接成如圖所示的定位架. 圖8：定位架(用直徑6mm鋼筋制作)中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司25圖9：錨頭結(jié)構(gòu)(OVM錨成套設(shè)備)錨頭：錨頭結(jié)構(gòu)一般由錨索筋體確定，在本工程中采用OVM錨成套設(shè)備。 防腐：對處于自由段內(nèi)的錨索筋體采用橡膠防護(hù)管，護(hù)管內(nèi)填充防腐油脂。 圖10：防腐用橡膠管中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司26搭設(shè)腳手架，清理坡面材料、機(jī)具設(shè)備進(jìn)場鉆機(jī)就位鉆孔壓水試驗安裝錨索錨索注漿補(bǔ)充注漿張拉補(bǔ)充張拉錨頭防護(hù)處

15、理錨索制作錨索尺寸及質(zhì)量檢查鉆孔位置、角度、孔徑確定鉆孔質(zhì)量檢查四、錨索的施工與使用四、錨索的施工與使用、錨索的施工流程、錨索的施工流程中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司27、錨索的施工步驟、錨索的施工步驟1)、鉆孔鉆孔前,根據(jù)設(shè)計要求和土層條件,定出孔位,作出標(biāo)記；錨索(桿)水平方向孔距誤差不應(yīng)大于50mm,垂直方向孔距誤差不應(yīng)大于100mm；鉆孔底部的偏斜尺寸不應(yīng)大于錨索(桿)長度的3%,可用鉆孔測斜儀控制鉆孔方向；錨索(桿)孔深不應(yīng)小于設(shè)計長度,也不宜大于設(shè)計長度的1%；安放錨索(桿)前,濕式鉆孔應(yīng)用水沖洗,直至孔口流出清水為止。圖11圖12圖11：傾角測定圖1

16、2：鉆孔中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司282)、錨索制作鋼鉸線或高強(qiáng)鋼絲應(yīng)除油污、除銹,嚴(yán)格按設(shè)計尺寸下料,每股長度誤差不大于50mm；鋼鉸線或高強(qiáng)鋼絲應(yīng)按一定規(guī)律平直排列,沿桿體軸線方向每隔1.01.5m設(shè)置一個隔離架,桿體的保護(hù)層不應(yīng)小于2.0cm,預(yù)應(yīng)力筋(包括排氣管)應(yīng)捆扎牢固,捆扎材料不宜用鍍鋅材料；桿體自由段應(yīng)用塑料管包裹,與錨固段相交處的塑料管管口應(yīng)密封并用鉛絲綁緊；應(yīng)按防腐要求進(jìn)行防腐處理。圖13：錨索制作中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司293)、安放桿體放入鉆孔之前,應(yīng)檢查桿體的質(zhì)量,確保桿體組裝滿足設(shè)計要求；安放桿體

17、時,應(yīng)防止桿體扭壓、彎曲,注漿管宜隨錨桿一同放入鉆孔,注漿管頭部距孔底宜為50100mm,桿體放入角度應(yīng)與鉆孔角度保持一致；桿體插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于錨桿長度的95%,桿體安放后不得隨意敲擊,不得懸掛重物。圖14：錨索安放中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司304)、注漿注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求確定,一般宜選用灰砂比1:11:2,水灰比0.380.45的水泥砂漿或水灰比為0.400.45的純水泥漿,必要時可加入一定量的外加劑或摻和料；注漿漿液應(yīng)攪拌均勻,隨攪隨用,漿液應(yīng)在初凝前用完,并嚴(yán)防石塊、雜物混入漿液；注漿作業(yè)開始和中途停止較長時間,再作業(yè)時宜用水或稀水泥漿潤滑注漿泵及注漿管路；漿體硬化后不能充滿錨固體時,應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿。水泥種類水灰比流動度(cm)水灰比外加劑(%)膨脹劑減少劑普通硅酸鹽525水泥0.415170.4100.5表4：錨固段水泥漿配合比(建議)中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司315)、張拉與鎖定錨桿張拉前,應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定；錨固體與臺座混凝土強(qiáng)度均大于15.0MPa時,方可進(jìn)行張拉；錨桿張拉應(yīng)按一定程序進(jìn)行,錨桿張拉順序,應(yīng)考慮鄰近錨桿的相互影響；錨桿正式張拉之前,應(yīng)取0.10.2設(shè)計軸向拉力值,對錨桿預(yù)張拉12次,使其各部位的接觸緊密,桿體完全平直。圖