拉力型預應力錨索的設計與使用課件（PPT33）

拉力力型型預應應力力錨錨索索的的設設計計與與使使用用匯報報人人：：胡胡騰騰飛飛1摘要要通過過云云南南省省新新建建鐵鐵路路大大瑞瑞線線大大保保段段瀾瀾滄滄江江特特大大橋橋工工程程中中50t纜索索吊吊裝裝系系統(tǒng)統(tǒng)保山山岸岸后后錨錨碇碇的的設設計計與與施施工工，，主主要要介介紹紹拉拉力力型型預預應應力力錨錨索索的的特特點點及及錨錨固固機機理理、、設設計計計計算算、、施施工工與與使使用用。。關鍵鍵詞詞拉力力型型；；預預應應力力錨錨索索；；設設計計；；施施工工；；使使用用2一、、前前言言二、、錨錨固固機機理理與與特特點點三、、設設計計與與計計算算四、、施施工工與與使使用用五、、結結語語㈠、、錨錨索索的的布布設設㈡、、錨錨索索結結構構總總成成㈠、、錨錨索索的的施施工工流流程程㈡、、錨錨索索的的施施工工步步驟驟㈢、、錨錨索索的的設設計計與與計計算算3一、、前前言言在我我國國，，錨錨索索技技術術首首次次被被成成功功運運用用于于1964年梅梅山山水水庫庫右右岸岸壩壩基基的的加加固固工工程程中中。。從從70年代代開開始始，，該該項項技技術術在在國國防防、、水水電電、、礦礦山山等等領領域域逐逐步步開開始始使使用用。。80年代代以以來來，，隨隨著著人人們們對對錨錨索索技技術術研研究究的的深深入入和和對對錨錨固固技技術術認認識識的的逐逐步步提提高高，，以以及及相相應應技技術術的的發(fā)發(fā)展展，，促促進進了了錨錨索索技技術術的的發(fā)發(fā)展展與與使使用用。。目前前，，在在建建筑筑工工程程中中，，錨錨索索越越來來越越被被廣廣泛泛地地使使用用，，所所謂謂預預應應力力錨錨索索，，就就是是指指預預先先施施加加應應力力的的錨錨固固體體系系。。按按錨錨固固段段受受力力狀狀態(tài)態(tài)，，其其大大致致可可分分為為拉力力型型預預應應力力錨錨索索、壓壓力力型型預預應應力力錨錨索索、、荷荷載載分分散散型型預預應應力力錨錨索索等等三三種種類類型型。。4預應應力力錨錨索索拉力力型型荷載載分散散型型壓力力型型拉力力分分散散型型壓力力分分散散型型5圖1：拉拉力力型型預預應應力力錨索索示示意意圖圖圖2：壓壓力力型型預預應應力力錨索索示示意意圖圖圖1圖26圖3：拉拉力力分分散散型型預預應應力力錨錨索索示示意意圖圖圖4：壓壓力力分分散散型型預預應應力力錨錨索索示示意意圖圖圖3圖47二、、拉拉力力型型預預應應力力錨錨索索的的錨錨固固機機理理與與特特點點錨索索是是一一種種主主要要承承受受拉拉力力的的桿桿狀狀構構件件，，它它是是通通過過鉆鉆孔孔將將鋼鋼絞絞線線或或高高強強度度鋼鋼絲絲固固定定于于深深部部穩(wěn)穩(wěn)定定的的地地層層中中，，并并在在被被加加固固體體或或構構筑筑物物表表面面通通過過張張拉拉產(chǎn)產(chǎn)生生預預應應力力，，從從而而達達到到使使被被加加固固體體或或構構筑筑物物穩(wěn)穩(wěn)定定和和限限制制其其變變形形的的目目的的。。錨索索一一般般由由錨錨固固體體(或內(nèi)內(nèi)錨錨頭頭)、拉拉桿桿、、錨錨頭頭(或外外錨錨頭頭)等三三部部分分組組成成。。1)、錨錨頭頭是是指指構構筑筑物物與與拉拉桿桿連連結結的的部部分分，，它它的的作作用用是是將將來來自自構構筑筑物物的的荷荷載載有有效效地地傳傳遞遞給給拉拉桿桿；；2)、拉拉桿桿是是指指錨錨頭頭與與錨錨固固體體連連結結的的部部分分，，它它的的主主要要作作用用是是將將來來自自錨錨頭頭的的拉拉力力傳傳遞遞給給錨錨固固體體，，由由于于拉拉桿桿通通常常要要承承受受很很大大的的拉拉力力，，一一般般采采用用抗抗拉拉強強度度較較高高的的材材料料，，如如鋼鋼絞絞線線、、高高8強度度鋼鋼絲絲；；3)、錨錨固固體體在在錨錨索索的的尾尾部部，，與與巖巖體體緊緊密密相相連連，，它它的的功功能能是是將將拉拉桿桿傳傳遞遞來來的的荷荷載載通通過過拉拉桿桿與與錨錨固固體體、、錨錨固固體體與與巖巖體體之之間間的的粘粘結結力力分分散散到到穩(wěn)穩(wěn)固固的的地地層層中中。。9三、、錨錨索索的的設設計計與與計計算算結合本工程地地質(zhì)及地形條條件，纜索吊吊裝系統(tǒng)保山山岸后錨碇采采用拉力型預應力力錨索+承臺結構型式式。根據(jù)50t纜索吊纜索系系統(tǒng)計算所得得左右側后錨錨碇水平力H=230t，豎向力V=140t(方向豎直向上上)，并結合后錨錨碇位置處地地質(zhì)地形條件件，初步每側側布設錨索數(shù)數(shù)量n=4根，分上下兩兩層，層間距距a=1.8m，每層兩根橫橫向間距b=2.0m，錨索軸線與與水平面豎直直夾角為α=15度，同時由于于保山岸地形形地貌條件的的限制，原本本兩組纜索系統(tǒng)統(tǒng)與橋梁中心線線10.0m的間距在后錨錨碇處變化為為c=8.0m，而右側錨索索為了避開山山體裂隙帶在在水平面設置置β=15度的平面夾角角。㈠、錨索的布布設10圖5：保山岸左側側后錨碇錨索索布設示意圖圖11為了避免錨索索上部地表動動、靜荷載對對錨索的影響響，同時防止止高壓注漿時時上覆地層隆隆起，錨索上上覆地層厚度度h≥4.5m。圖6：保山岸右側側后錨碇錨索索布設示意圖圖12㈡、錨索結構構總成圖7：拉力型預應應力錨索結構構總成13錨索荷載傳遞遞方法錨索的設計實實質(zhì)上就是錨錨固的設計，，錨固設計就就是針對特定定的地質(zhì)條件件和錨固型式式，確定錨索索承載能力和和錨固長度。。為了使錨索索應力能傳入入穩(wěn)定的底層層，通常有以以下三種方法法：1)、用機械裝置置(如脹殼式內(nèi)錨錨頭)把錨索固定在在堅硬穩(wěn)定的的地層中；2)、用注漿體(如砂漿、水泥泥漿或樹脂類類注漿體)把錨固段錨索索體與孔壁連連結在一起；；3)、用擴大錨頭頭鉆孔(高壓注漿、擴擴孔)等手段把錨固固段固定在穩(wěn)穩(wěn)定地層中。。㈢、錨索的設設計與計算14錨固設計基本本假定1)、錨固段傳遞遞給巖層的應應力沿錨固段段全長均勻分分布；2)、鉆孔直徑與與錨固段注漿漿體直徑相同同，即在注漿漿時地層無被被壓縮現(xiàn)象；；3)、巖石與注漿漿體界面產(chǎn)生生相對滑移(硬巖，孔壁光光滑)或(軟巖，孔壁粗粗糙)剪切破壞。錨固設計應滿滿足的條件1)、[T]=Tu/Sf錨索容許錨固固力安全系數(shù)錨索極限錨固固力152)、[T]>Tw錨索容許錨固固力錨索工作錨固固力3)、Td>Tw錨索設計錨固固力錨索工作錨固固力錨索設計與計計算首先應根據(jù)錨錨索的使用功功能、地質(zhì)地地形條件等確確定錨索的數(shù)數(shù)量及設計錨錨固力Td，再根據(jù)錨索索結構設計安安全系數(shù)Sf確定錨索錨固固力的極限值值Tu。161)、錨索數(shù)量及及設計錨固力力參見“錨索的的布設”節(jié)敘敘述，本工程程纜索吊保山山岸后錨碇錨錨索數(shù)量n為單側4根，設計錨固固力Td由纜索系統(tǒng)后后錨碇水平力力H、豎向力V反算得。H=230t---①V=-140t---②TdH=H/cosβ/cosα---③Tdv=V/cosβ/sinα-μ×TdH-G---④結合以上計算算公式，最終終確定單根錨錨索設計錨固力Td=120t。17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Ⅰ危害大，會構成公共安全問題1.82.2Ⅱ危害較大，但不致出現(xiàn)公共安全問題1.62.0Ⅲ危害較輕，不構成公共安全問題1.42.0表1：錨索錨固體體抗拔安全系系數(shù)2)、極限錨固力力的計算計算公式：Tu=Sf×Td考慮到該工程程影響力大，，在設計時按按安全等級Ⅰ級進行取值，，即取Sf=2.2，故極限錨固固力Tu=264t。183)、錨索筋體選選型、鉆孔直直徑確定預應力錨索筋筋體主要有鋼鋼絞線、高強強鋼絲等抗拉拉強度很高的的材料，在該該工程中選取取φj15.0(7φs5.0)高強低松弛鋼鋼絞線，根據(jù)據(jù)極限錨固力力確定錨索筋筋體的數(shù)量m。m=Tu/Afptk錨索筋體數(shù)量量鋼絞線抗拉強強度設計值式中：A=140mm2,fptk=1860MPa；得：m=10.1根，取m=12根。單根鋼絞線公公稱截面積19鉆孔直徑D的大小與錨索索筋體直徑、、數(shù)量有關，，根據(jù)《巖土錨桿(索)技術規(guī)程》中要求鉆孔內(nèi)內(nèi)預應力鋼絞絞線的面積不不超過鉆孔面面積的15%來確定。D=((As/0.15)×4/π)^0.5筋體鋼絞線的的截面積經(jīng)計算得：D=119.4mm,D=150mm；復核：15%×π××D2/4=2050.7＞As=12×140=1680mm2。4)、錨固長度的的計算錨固體錨固段段長度應分別別按錨固體與與地層間的粘粘結強度(式①)、錨索筋體與與注漿體間的的粘結強度進進行計算，取取二者較大值值。20L1=Tu/π×D×fmg×ω---式①錨固體表面與與周圍巖土體體的粘結強度度錨固段長度對對粘結強度的的影響系數(shù)L2=Tu/π×d×m×fms×ω×ξ---式②錨索筋體直徑徑錨索筋體數(shù)量量錨固體注漿體體與筋體的粘粘結強度錨固段長度對對粘結強度的的影響系數(shù)采用2根及以上鋼絞絞線時,界面粘結強度度降低系數(shù)，，取0.6～0.8521巖石類別巖石單軸飽和抗壓強度值(MPa)粘結強度標準值(MPa)極軟巖＜50.2～0.3軟巖5～150.3～0.8較軟巖＞15～300.8～1.2極硬巖＞30～601.2～1.6硬巖＞601.6～3.0表2：巖石與注漿漿體的粘結強強度標準值(推薦)注:1、注漿體指水水泥砂漿或水水泥結石體；；2、表中數(shù)據(jù)適適用于注漿體體強度等級為為M30；3、在巖體結構構面發(fā)育時，，粘結強度取取表中下限值值。在該工程中，，根據(jù)巖性按按較軟巖取其其粘結強度，，取Fmg=1.0MPa。22粘結材料粘結強度標準值(MPa)注漿體與螺紋鋼筋2.0～3.0注漿體與鋼絞線3.0～4.0表3：鋼筋、鋼絞絞線與注漿體體的粘結強度度標準值(推薦)注:1、注漿體指水水泥砂漿或水水泥結石體；；2、表中數(shù)據(jù)適適用于注漿體體強度等級為為M25～M40；M25取表中下限值值，M40取表中上限值值。據(jù)表3，取Fms=3.0MPa；另取ω=0.8，ξ=0.6。根據(jù)以上取值值及兩式計算算得：L1=6.37m，L2=2.95m。取錨固段長度度L=8.0m。235)、自由段長度度的確定自由段長度主主要根據(jù)錨固固段所處地層層狀況、減少少預應力損失失、結構穩(wěn)定定性等諸方面面考慮。規(guī)范范要求自由段段長度不不小于5.0m。本工程中,自由段長度設設計為22m(巖體)。6)、錨索的其他他設計定位架(對中器):使錨索筋體處處于注漿體的的中央,當筋體受拉時時,錨固體能均勻勻受力;使筋體四周的的注漿厚度均均勻分布且滿滿足防腐要求求.以鋼筋焊接成成如圖所示的的定位架.圖8：定位架(用直徑6mm鋼筋制作)24圖9：錨頭結構(OVM錨成套設備)錨頭：錨頭結結構一般由錨錨索筋體確定定，在本工程程中采用OVM錨成套設備。。防腐：對處于自由段段內(nèi)的錨索筋筋體采用橡膠膠防護管，護護管內(nèi)填充防防腐油脂。圖10：防腐用橡膠膠管25搭設腳手架，，清理坡面材料、機具設設備進場鉆機就位鉆孔壓水試驗安裝錨索錨索注漿補充注漿張拉補充張拉錨頭防護處理理錨索制作錨索尺寸及質(zhì)量檢查鉆孔位置、角角度、孔徑確定定鉆孔質(zhì)量檢查四、錨索的施施工與使用㈠、錨索的施施工流程26㈡、錨索的施施工步驟1)、鉆孔鉆孔前,根據(jù)設計要求求和土層條件件,定出孔位,作出標記；錨索(桿)水平方向孔距距誤差不應大大于50mm,垂直方向孔距距誤差不應大大于100mm；鉆孔底部的偏偏斜尺寸不應應大于錨索(桿)長度的3%,可用鉆孔測斜斜儀控制鉆孔孔方向；錨索(桿)孔深不應小于于設計長度,也不宜大于設設計長度的1%；安放錨索(桿)前,濕式鉆孔應用用水沖洗,直至孔口流出出清水為止。。圖11圖12圖11：傾角測定圖12：鉆孔272)、錨索制作鋼鉸線或高強強鋼絲應除油油污、除銹,嚴格按設計尺尺寸下料,每股長度誤差差不大于50mm；鋼鉸線或高強強鋼絲應按一一定規(guī)律平直直排列,沿桿體軸線方方向每隔1.0～1.5m設置一個隔離離架,桿體的保護層層不應小于2.0cm,預應力筋(包括排氣管)應捆扎牢固,捆扎材料不宜宜用鍍鋅材料料；桿體自由段應應用塑料管包包裹,與錨固段相交交處的塑料管管管口應密封封并用鉛絲綁綁緊；應按防腐要求求進行防腐處處理。圖13：錨索制作283)、安放桿體放入鉆孔孔之前,應檢查桿體的的質(zhì)量,確保桿體組裝裝滿足設計要要求；安放桿體時,應防止桿體扭扭壓、彎曲,注漿管宜隨錨錨桿一同放入入鉆孔,注漿管頭部距距孔底宜為50～100mm,桿體放入角度度應與鉆孔角角度保持一致致；桿體插入孔內(nèi)內(nèi)深度不應小小于錨桿長度度的95%,桿體安放后不不得隨意敲擊擊,不得懸掛重物物。圖14：錨索安放294)、注漿注漿材料應根根據(jù)設計要求求確定,一般宜選用灰灰砂比1:1～1:2,水灰比0.38～0.45的水泥砂漿或或水灰比為0.40～0.45的純水泥漿,必要時時可加加入一一定量量的外外加劑劑或摻摻和料料；注漿漿漿液應應攪拌拌均勻勻,隨攪隨隨用,漿液應應在初初凝前前用完完,并嚴防防石塊塊、雜雜物混混入漿漿液；；注漿作作業(yè)開開始和和中途途停止止較長長時間間,再作業(yè)業(yè)時宜宜用水水或稀稀水泥泥漿潤潤滑注注漿泵泵及注注漿管管路；；漿體硬硬化后后不能能充滿滿錨固固體時時,應進行行補漿漿。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52