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1、5 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索支護(hù)技術(shù),在大規(guī)模的巖土工程建設(shè)過(guò)程中，對(duì)巖土體的變形與穩(wěn)定控制要求越來(lái)越高，從而在應(yīng)用巖土錨固技術(shù)時(shí)，對(duì)其作用機(jī)制、控制效應(yīng)、適應(yīng)范圍、應(yīng)用結(jié)果上提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的形成與完善。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣范，如：大型壩基、隧道、邊坡、基坑、礦山硐室、采場(chǎng)、大型基礎(chǔ)等工程。,5 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索支護(hù)技術(shù),5.1 概述5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索的概念5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索的分類與錨索基本結(jié)構(gòu)5.2 預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索結(jié)構(gòu)與材料5.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索與普通錨桿的區(qū)別5.2.2 索體材料與結(jié)構(gòu)5.2.3 其它構(gòu)配件5.3 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)5.3.

2、1 錨索作用的基本原理及其破壞形式5.3.2 錨索設(shè)計(jì)5.4 預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索施工及其施工機(jī)具5.4.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工程序5.4.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工中的一些技術(shù)問(wèn)題5.4.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工機(jī)具,5.1 概述,5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念,（1）基本概念預(yù)應(yīng)力錨桿：就是施加有預(yù)應(yīng)力的錨桿。如采用鋼絞線、鋼絲等線材作桿體材料，并施加預(yù)應(yīng)力，則被稱為預(yù)應(yīng)力錨索。預(yù)應(yīng)力錨固是預(yù)應(yīng)力巖錨與混凝土預(yù)應(yīng)力拉錨的總稱，是在預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)錨固技術(shù)。 它可以按照設(shè)計(jì)要求的方向、大小及錨固深度，預(yù)先對(duì)基巖或建筑物施加主動(dòng)

3、的預(yù)壓應(yīng)力，從而達(dá)到加固或改善其受力條件的目的。所謂主動(dòng)的預(yù)應(yīng)力，就是在基巖或建筑物產(chǎn)生有害變形之前，就已在發(fā)揮作用的錨固力。,5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念,（1）基本概念預(yù)應(yīng)力錨固的結(jié)構(gòu)型式各異，但均由錨孔、錨束兩部分組成。錨孔是設(shè)置錨束的鉆孔，錨束是施加預(yù)應(yīng)力的主體。錨束由錨頭（又稱外錨頭）、錨束體（即錨束的自由段）及錨固段（又稱錨根或內(nèi)錨頭)等三個(gè)部分組成。錨固段是預(yù)應(yīng)力錨索的根基，是錨固在錨孔底部的非張拉段；錨頭位于錨孔孔口以外，是張拉與鎖定預(yù)應(yīng)力的支撐部分，屬非張拉段；自由段是聯(lián)接錨頭與錨固段的部分，承受預(yù)應(yīng)力張拉所施加的全部荷載。,5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念,（2）錨索技

4、術(shù)的發(fā)展歷史 最早是在20世紀(jì)初期（1918年）用于西里西安礦山。 20世紀(jì)30年代（1934年）阿爾及利亞工程師將預(yù)應(yīng)力巖石錨桿技術(shù)用于舍爾法水壩。 至20世紀(jì)70年代，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，有了專門的理論、設(shè)計(jì)方法和施工設(shè)備和機(jī)具。,5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念,應(yīng)用范圍：在工業(yè)與民用建筑、橋梁、礦山、高陡邊坡、地下洞室、壩基、水閘墩基工程以及建筑物的維護(hù)與補(bǔ)強(qiáng)等方面已成為一種常用的經(jīng)濟(jì)有效的手段，其理論與技術(shù)、工程規(guī)模都相對(duì)成熟。我國(guó)起始于20世紀(jì)60年代，70年代后被廣泛推廣應(yīng)用。當(dāng)前，隨巖土工程規(guī)模的越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)也達(dá)到了較高水平。,5.1.1 預(yù)應(yīng)力

5、錨桿與錨索概念,（3）預(yù)應(yīng)力錨索的特點(diǎn) 在高邊坡基礎(chǔ)開(kāi)挖與隧洞洞臉開(kāi)挖中，可增加邊坡穩(wěn)定，減少開(kāi)挖工程量，提前進(jìn)洞，大大縮短開(kāi)挖工期。 在壩基、岸坡抗滑穩(wěn)定加固中，可在不擾動(dòng)基巖，不影響水庫(kù)運(yùn)行的前提下，提供可靠的抗滑力。 在大壩加高、加固中，可在不放空水庫(kù)、不影響壩區(qū)已有布置及水電站運(yùn)行的情況下，達(dá)到加高、加固壩體，改善壩體應(yīng)力的目的。 可較好地修補(bǔ)混凝土的裂縫或缺陷，可將過(guò)大的集中荷載分散到較大的范圍內(nèi)。,5.1.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索概念,可不增加自重而提高壩體或其他建筑物的抗震、抗沖擊性能。預(yù)應(yīng)力壩還可以用預(yù)應(yīng)力錨索代替部分混凝土壓重，減少混凝土數(shù)量，改善壩體結(jié)構(gòu)型式及施工條件，從而縮短

6、工期、降低造價(jià)，使設(shè)計(jì)斷面更加合理。 在大型洞室的支護(hù)中，既可以改善洞室圍巖的受力條件，又能加固洞室、治理邊坡、處理坍方、優(yōu)化設(shè)計(jì)、方便施工，因此，在大型洞室噴錨支護(hù)中占有越來(lái)越重要的位置?？傊?，預(yù)應(yīng)力錨索具有：設(shè)計(jì)合理、施工簡(jiǎn)便、效益顯著、經(jīng)濟(jì)可行等優(yōu)點(diǎn)，這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使其在國(guó)內(nèi)外都得到廣泛的應(yīng)用。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),可根據(jù)錨索錨固部分的受力狀態(tài)，可將預(yù)應(yīng)力錨索分為三類，即： 張拉型（拉力型） 壓力型 載荷分散型,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),（1）張拉型錨索張拉型錨索的錨固類似于普通端頭錨固錨桿。它有兩種錨固形式，即水泥漿液、水泥砂漿或樹(shù)脂的粘結(jié)式錨固與機(jī)械式

7、錨固。張拉型錨索，就是錨索體所施 加的預(yù)應(yīng)力對(duì)砂漿、水泥漿或樹(shù)脂固結(jié)體產(chǎn)生張拉力作用，從而對(duì)圍巖實(shí)施主動(dòng)支護(hù)作用。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),張拉型錨索根據(jù)張拉段是否粘結(jié)分為全長(zhǎng)粘結(jié)式和自由式。但全長(zhǎng)錨結(jié)是經(jīng)過(guò)端頭錨固、張拉和二次注漿的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。張拉型錨索靠錨索體對(duì)固結(jié)體的張拉作用實(shí)現(xiàn)錨固，因此容易在自由段與粘結(jié)段界面出現(xiàn)應(yīng)力集中使錨索與固結(jié)材料發(fā)生開(kāi)裂（剪裂縫一般在粘結(jié)段1 m范圍內(nèi)出現(xiàn)，張拉裂縫會(huì)在13 m的范圍出現(xiàn)），甚至?xí)纱硕鴮?dǎo)致整體錨索失效。因張拉型錨索結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，所以應(yīng)用極其廣泛。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),（2）壓力型錨索壓力型與拉力型錨索在結(jié)構(gòu)

8、上存在明顯的區(qū)別。一方面壓力型錨索的拉力是通過(guò)錨索底部的端部壓板對(duì)漿液固結(jié)體的壓力實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力，從而產(chǎn)生對(duì)圍巖的約束作用；另一方面，壓力型錨索的自由段套管一直沿伸到端部壓板附近。,由于漿液固結(jié)體的抗壓性能要比抗拉和抗剪性能好得多，且受力范圍也更大，因此，壓力型錨索的受力狀況比拉力型更好，工作更可靠。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可以一次完成全部長(zhǎng)度的灌漿工作。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),（3）載荷分散型錨索預(yù)應(yīng)力作用的過(guò)分集中對(duì)固結(jié)體以及巖土體受力不利，采用在錨索孔長(zhǎng)度上將錨索預(yù)應(yīng)力分散，這樣就形成了荷載分散型錨索結(jié)構(gòu)。該法對(duì)裂隙發(fā)育或土質(zhì)松軟的地層非常有利，可避免固結(jié)體及巖土體強(qiáng)度不足而造成的破裂

9、，同時(shí)，可減小加固范圍內(nèi)的巖土體因受高預(yù)應(yīng)力作用而引起的不均勻變形。荷載分散型錨索可分為壓力分散型和拉力分散型與拉壓分散型等幾種。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),（3）載荷分散型錨索拉力分散型錨索只是將幾根長(zhǎng)短不等的錨索體，采用和拉力型錨索的結(jié)構(gòu)一樣，錨固在錨孔中的不同長(zhǎng)度位置上，使預(yù)應(yīng)力分散作用于不同深度的巖土體上。壓力分散型錨索有相同的概念，將錨索的端部壓板固定在長(zhǎng)度不同的錨索體上，在實(shí)現(xiàn)壓力傳遞預(yù)應(yīng)力過(guò)程中起分散載荷的作用。剪力分散型錨索結(jié)構(gòu)是在無(wú)粘結(jié)鋼絞線末端用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)，然后固結(jié)在水泥砂漿或水泥漿中。拉壓交叉分散型錨索是在一根鋼絞線的端部，做成拉力式錨固結(jié)構(gòu)，而在其余部分設(shè)

10、置套管，并在套管端部位置安設(shè)承壓板。錨索孔中長(zhǎng)短不同的錨索體采用相同結(jié)構(gòu)，形成拉壓分散型結(jié)構(gòu)。,5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索分類與基本結(jié)構(gòu),不同結(jié)構(gòu)錨索長(zhǎng)度上的應(yīng)力分布是不同的。其中拉力式錨索在受到預(yù)應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力集中最為不利；壓力式錨索的最大載荷與其比值約為2/3，分散式錨索的內(nèi)部載荷分布較之更有所改善。,5.2 預(yù)應(yīng)力錨桿與錨索結(jié)構(gòu)與材料,5.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索與普通錨桿區(qū)別5.2.2 錨索索體材料與結(jié)構(gòu)5.2.3 錨索其它構(gòu)配件,5.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索與普通錨桿區(qū)別,1）錨索要施加高預(yù)應(yīng)力，在全長(zhǎng)范圍內(nèi)要區(qū)分錨固段和自由段。錨固段是錨索受力的根基，同時(shí)也是能承受預(yù)應(yīng)力的基本條件；自由段是預(yù)應(yīng)力作

11、用的工作段。2）錨索承受更大的載荷，錨索體通常采用高強(qiáng)高性能材料；對(duì)錨固力的要求也高，一般錨固段較長(zhǎng)，且通常是全長(zhǎng)灌漿。3）錨索加固工程一般規(guī)模相對(duì)較大，服務(wù)壽命也相對(duì)較長(zhǎng)，因此，要求考慮錨索的防腐蝕問(wèn)題。4）為了向巖土體內(nèi)傳遞比較高的載荷作用，在錨頭部位一般設(shè)有專門的墩座。5）為保證錨索或預(yù)應(yīng)力錨桿在錨孔中受力合理，要使其在長(zhǎng)度范圍內(nèi)能對(duì)中就位，因此在錨索上設(shè)有對(duì)中支架。6）由于錨索的施工規(guī)模相對(duì)較大，預(yù)應(yīng)力和承載能力高，預(yù)應(yīng)力施加要求嚴(yán)格，因此施工機(jī)具和施工質(zhì)量都要求有比較可靠的保證。,5.2.2 錨索索體材料與結(jié)構(gòu),（1）對(duì)索體材料一般要求 應(yīng)根據(jù)材料自身特點(diǎn)、載荷大小和特性、加固規(guī)模、

12、施工場(chǎng)地等因素選擇。常用的索體材料有高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、精軋螺紋鋼筋和無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋等，要求具有強(qiáng)度高、柔性好、延伸率低等特性。精軋螺紋鋼筋屬剛性預(yù)應(yīng)力錨桿，由40Si2MnV或45SiMnV高強(qiáng)度鋼材制作，鋼筋全長(zhǎng)軋有完整的外螺紋，可用聯(lián)接套管接長(zhǎng)，端部用墊板和螺母鎖定，施工方便。一般在設(shè)計(jì)錨固力600kN以下，桿長(zhǎng)小于20m的工程中使用。預(yù)應(yīng)力錨索常用鋼鉸線的規(guī)格是12.70 mm和15.24 mm?，F(xiàn)開(kāi)發(fā)有： 17.78 mm； 21.8 mm； 28.6 mm等。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲一般在混凝土工程中應(yīng)用較多，它是以優(yōu)質(zhì)高碳鋼園盤條經(jīng)等溫淬火并拔制而成。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由預(yù)應(yīng)力鋼

13、絞線、防腐油脂涂料層和聚乙烯或聚丙烯外包層組成，具有優(yōu)異的防腐、抗震和錨固性能，適用于各種先張和后張錨固。,5.2.2 錨索索體材料與結(jié)構(gòu),錨索材料及其施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到錨索加固工程的質(zhì)量、效果和壽命。 錨索材料不僅要合理選擇，而且從開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)就應(yīng)該有嚴(yán)格的管理和驗(yàn)收制度，并確保合理維護(hù)和正確施工。,5.2.2 錨索索體材料與結(jié)構(gòu),（2）常用索體材料性能參數(shù)國(guó)標(biāo)GB/T 5224-2003高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋的力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表5-1；普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線規(guī)格和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5-2；低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線規(guī)格和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5-3；預(yù)應(yīng)力鋼絲規(guī)格和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5-4和表5-5。,預(yù)應(yīng)力鋼絞線相關(guān)知識(shí)

14、,定義分類規(guī)格含義制造方法性能特點(diǎn)應(yīng)用各國(guó)標(biāo)準(zhǔn),預(yù)應(yīng)力鋼絞線定義：是由2、3、7或19根高強(qiáng)度鋼絲構(gòu)成的絞合鋼纜，并經(jīng)消除應(yīng)力處理（穩(wěn)定化處理），適合預(yù)應(yīng)力混凝土或類似用途。預(yù)應(yīng)力鋼絞線分類：按照一根鋼絞線中的鋼絲數(shù)量可以分為2絲鋼絞線、3絲鋼絞線、7絲鋼絞線及19絲鋼絞線。按照表面形態(tài)可以分為光面鋼絞線、刻痕鋼絞線、模拔鋼絞線、鍍鋅鋼絞線、涂環(huán)氧樹(shù)脂鋼絞線等。還可以按照直徑、強(qiáng)度級(jí)別、標(biāo)準(zhǔn)分類。,預(yù)應(yīng)力鋼絞線規(guī)格含義：在說(shuō)明和清單表中我們經(jīng)看到，有15-75、12-75、9-75等型號(hào)規(guī)格的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。以15-75為例說(shuō)明： “5”表示公稱直徑5.0 mm的鋼絲； 75表示7條這種鋼絲組成

15、一根鋼絞線； 而15表示15根這種鋼絞線組成一束鋼筋； 總的含義就是“一束由15根7絲（每絲直徑5 mm）鋼絞線組成的鋼筋”。,預(yù)應(yīng)力鋼絞線制造方法：采用高碳鋼盤條，經(jīng)過(guò)表面處理后冷拔成鋼絲，然后按鋼絞線結(jié)構(gòu)將一定數(shù)量的鋼絲絞合成股，再經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力的穩(wěn)定化處理過(guò)程而成。為延長(zhǎng)耐久性，鋼絲上可以有金屬或非金屬的鍍層或涂層，如鍍鋅、涂環(huán)氧樹(shù)脂等。為增加與混凝土的握裹力，表面可以有刻痕等。模拔的預(yù)應(yīng)力鋼絞線在絞合后經(jīng)過(guò)一次模具壓縮過(guò)程，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，表層更加適合錨具抓握。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線（Unbonded steel strand）：采用普通的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，涂防腐油脂或石蠟后包高密度聚乙烯（HDP

16、E）就成。,預(yù)應(yīng)力鋼絞線的主要性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高和松弛性能好，另外展開(kāi)時(shí)較挺直。常見(jiàn)抗拉強(qiáng)度等級(jí)為1860 MPa.。還有1720 Mpa，1770 MPa ，1960 MPa ，2000 MPa ，2100 MPa等強(qiáng)度等級(jí)。這種鋼材的屈服強(qiáng)度也較高。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)用：應(yīng)用在多數(shù)后張預(yù)應(yīng)力及先張預(yù)應(yīng)力工程中。光面鋼絞線是最廣泛采用的預(yù)應(yīng)力鋼材。模拔鋼絞線主要用于提升工程，也用于核電之類工程。鍍鋅鋼絞線常用于橋梁系桿、拉索及體外預(yù)應(yīng)力工程。涂環(huán)氧樹(shù)脂的鋼絞線用途和鍍鋅預(yù)應(yīng)力鋼絞線類似。,預(yù)應(yīng)力鋼絞線各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：各國(guó)都有針對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的標(biāo)準(zhǔn)。如：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5224-2003美標(biāo)ASTM A416英標(biāo)BS 5896日標(biāo)JIS G3536澳新標(biāo)AS/NZS 4672巴西標(biāo)準(zhǔn)NBR-7483,5.2.2 錨索索體材料與結(jié)構(gòu),（3）索體的制作鋼絞線或鋼筋的制作內(nèi)容：主要是根據(jù)長(zhǎng)度要求截?cái)啵缓笤谧杂啥翁咨咸坠?，并在其?nèi)注入油脂。采用廠家提供的帶套管鋼絞線（無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋）時(shí)，則要求在錨固段和錨頭長(zhǎng)度范圍內(nèi)剝除套管，以便于注漿固結(jié)。對(duì)錨固段需根據(jù)設(shè)計(jì)安裝和固定好隔離支架，以形成串狀糖葫蘆結(jié)