应力分散

关键词: 边坡

应力分散(精选三篇)

应力分散 篇1

雅砻江锦屏一级水电站右岸1 885 m高程以上开挖边坡支护工程, 包括右岸缆机平台、1 885 m高程以上右坝肩和高线混凝土系统、开关站、35 k V施工变电站及普斯罗沟右侧1 885 m高程以上等明挖边坡的支护。其开挖区明挖边坡可分为土质边坡和岩石边坡两种。土质边坡主要为红褐色含块与碎石土层, 结构较松散, 自然坡度小于45°。清除原始覆盖层、将坡面清理整平后, 根据不同的地质情况, 采用坡面挂网防护和浇筑混凝土网格梁, 格间植草并在网格梁交叉点布置预应力锚索的支护方法;岩石边坡为大理岩, 岩体嵌合松弛, 层面、层间挤压错动带、断层及节理裂隙发达, 完整性较差。采用在坡面上挂钢筋网、喷射混凝土、安装锚杆和预应力锚索, 并在设计边坡开口线、马道外沿用小锚杆和深孔锚杆束进行锁口加固的支护方法。此外, 对于局部不良地质边坡可采用树脂、楔块或胀壳式锚杆进行临时支护。开挖区预应力锚索采用锚索型式为无粘结压力分散型预应力锚索, 采用1 860 MPa级ФS15.24 mm、高强度低松弛无粘结钢绞线集束, 张拉吨位分1 000, 2 000, 3 000 k N三种。

2 压力分散型预应力锚索的施工工艺

压力分散型预应力锚索施工工艺, 与普通拉伸型预应力锚索大体一致, 其主要工艺为:搭设排架→孔位放样→钻孔→锚索制作与安装→锚墩施工→锚索孔灌浆→张拉→外锚头保护。但比普通拉伸型预应力锚索施工和压力分散型预应力锚索工艺简单、技术要求高、施工安全隐患更多。

2.1 钻孔

1 000 k N预应力锚索钻孔孔径为130 mm, 锚索孔施工采用20 m3移动式柴油空压机供风, 钻机配置相应潜孔冲击器钻孔;锚索钻孔在施工平台上操作, 钻机下铺设滑轨以便于钻机固定就位和水平移位。

锚索钻孔偏差控制在100 mm以内。孔斜误差小于孔深的2%, 方位角误差小于3°。在钻进施工过程中, 应记录钻进速度、回风、返碴等情况。用BUZ-D型多点照像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取扶正器纠偏。钻孔深度大于设计孔深400 mm。钻孔完成后, 确保内锚固段处于稳定的岩层内。如孔深达到设计深度, 则通过钻孔记录的返风、返碴、钻速等现象综合判断, 若仍处于破碎或断层等软弱岩层, 须延长孔深时, 须报监理人同意后继续钻进直至监理人认可的稳定岩层为止。

1) 锚孔钻进过程中, 如果出现不回风、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的情况, 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, 再用高压风水冲洗孔道至清洁干净, 将孔口封堵, 以防异物掉入。

2) 孔位应不小于设计孔位100 mm, 孔位由专业测量人员放样, 施工中由施工员督促作业人员按点摆放钻机, 成孔后再由测量人员复测并计算偏差。

3) 孔斜应小于设计孔斜2%, 一般在锚索孔开孔50cm时, 停钻机检查钻杆的倾角, 偏差较大立即调整钻机机身纠偏;钻杆钻进2 m后, 停钻机检查钻杆的方位、倾角, 偏差较大立即调整钻机机身纠偏;钻杆钻进5m时, 停钻机检查钻杆的倾角, 偏差较大则立即调整钻机机身纠偏;根据钻杆进尺深度, 安装扶正器纠偏。

4) 孔向应小于设计孔向3%, 其控制方法同孔斜。

5) 孔深应大于设计孔深400 mm, 锚索孔成孔后, 再用探孔器测量孔深。

2.2 锚索制作与安装

钢绞线在现场下料采用砂轮切割机断料。其长度按照锚索设计长度。将无粘结钢绞线锚头嵌固端挤压套安装处去皮洗油。清洗时要采用汽油等无腐蚀性清洗剂去除所有防腐油脂。对钢绞线PE层出现局部破损的地方, 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照施工图纸上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安装导向帽。将钢绞线与锚头嵌固端穿入承载板相应孔内, 利用挤压套采用GYJA型专用挤压机挤压连结。钢绞线利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、绿四种着色的胶带来标识和区分。锚索体采用无锌铁丝捆扎。编制完成后挂牌编号。

挤压P锚头时应控制挤压质量, 其挤压必须密实和无空头, 如出现空头现象应切除此锚头要重新进行挤压, 一直到合格为止。P锚头经验收合格后才能投入使用。

重要质量关键控制点:钢绞线材质、P锚、锚索编制。

1) 锚索进场后, 按规范规定在具备资质的单位进行抽检, 检查结果报监理审核并批准使用。

2) 挤压力控制为330~400 k N, 挤压后的钢绞线外端应露出挤压端2~5 cm, P锚长度应为7.25~7.40 cm, 直径应控制为30.35~30.55 mm;承载板与导向帽之间的空隙内须注满防腐油脂, 防止P锚腐蚀。

3) 锚索编制按设计图纸进行控制, 严格控制锚索辅助件的安装质量;锚索体应顺直且不能打绞;钢绞线PE套有破损时须及时用水密性胶带包裹。

2.3 锚墩的浇筑

锚墩的施工要按照施工图纸中的要求, 钢筋的级别以及间距按照图纸。模板的固定主要利用锚喷的锚杆, 并通过钢管固定在施工排架上。混凝土强度采用C35 (7 d) 。在混凝土浇筑前, 先将坡面冲洗干净后再安装孔口垫板、套管及网片钢筋等。安装模板并冲洗坡面检查合格, 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。混凝土浇筑完毕后及时洒水养护。施工中应特别注意以下问题。

1) 按设计图纸安装锚墩钢筋, 主要控制钢筋绑扎的牢固性、间距和钢筋网片间的距离不超标。

2) 模板一般为定型钢模, 由于岩面为不规则地面, 安装模板时需用木板连接刚模与岩面, 要求木板、钢模安装牢固, 以防止浇筑混凝土时因振捣而跑模或脱模。

3) 混凝土按监理人员批准的配合比在现场配制, 再用混凝土泵机入仓, 30振捣器振捣。

4) 每班混凝土浇筑要求制做2组试模, 以便为锚索张拉提供强度依据。

2.4 锚索的灌浆

锚索灌浆采用纯水泥浆一次性全孔灌注, 浆液采用0.35∶1水泥净浆, 结石强度要求R7d≥35 MPa。

锚索灌浆采取有压自下而上进行。在灌浆过程中, 灌浆管进浆, 排浆管上安装压力表, 采用有压循环灌浆法, 开始灌浆时要敞开排气管并排出气体、水和稀浆, 当回浆比重与进浆灌浆比重相同时, 再关闭排气阀使回浆压力达到0.1~0.2 MPa进行屏浆, 吸浆率小于0.4 L/min时, 再屏浆20~30 min即可结束。灌浆过程中应注意:

1) 利用钢垫板加工过程中已钻设的4个M12螺栓孔固定灌浆封闭钢板 (钢板上开孔孔位与锚索张拉时的工作锚具一致, 但可多设2个25 mm进回浆管孔) , 封闭钢板与钢垫板之间设置橡胶垫圈, 外露钢绞线安装灌浆钢罩, 防止灌浆时漏浆。

2) 浆液按监理批准配比进行拌制, 主要监控浆液的水灰比、浆液比重及浆液流动性。

3) 浆液比重、回浆比重、回浆压力、吸浆率、屏浆时间这五项参数均为灌浆工序的关键质量控制点, 在施工过程中由施工员及质检员全程监控。

4) 每个锚索孔注浆时要求制做2组试模, 以便为锚索张拉提供强度依据。

2.5 锚索的张拉

锚索孔浆体和垫座混凝土到设计强度后, 再进行锚索张拉。锚索张拉采用单根预紧和单根张拉方式, 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。一个张拉循环施工完毕, 再进行下一个张拉循环, 直至达到设计张拉力。张拉施工前, 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能使用, 标定间隔期不超过180天。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工艺;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:

0.25σcon→0.5σcon→0.75σcon→1.0σcon→1.10σcon→锁定。

千斤顶升荷速率每60秒不超过0.1σcon, 卸荷速率每60秒不超过0.2σcon, 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4级每级持荷2min, 最后一级张拉后持荷10 min。

每束张拉循环五次:第一次预紧0.25σcon, 第二次0.25~0.5σcon, 第三次0.5~0.75σcon, 第四次0.75~1.0σcon, 第五次1.0~1.10σcon。

2.6 外锚头的保护

锚具外的钢绞束除留存100 mm外, 切去其余部分。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100 mm。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。

3 验收试验

1) 预应力锚束验收试验。预应力锚束在施工中, 要按设计和监理人员指示随机抽样进行, 抽样数量不应小于3束。

2) 完工并抽样检查的合格标准。以应力控制为准, 实测值不大于设计规定值的5%, 不小于3%。当验收试验与完工抽样检查合并进行时, 其试验数量为锚束总量的5%。

4 结束语

通过对锦屏一级水电站右岸1 885 m高程以上开挖边坡支护工程锚索的施工, 在克服了造孔、穿索、锚墩、灌浆、张拉等关键工序施工中的种种困难, 解决了大吨位和深孔锚索钻孔、测斜、穿索、及灌浆、张拉等施工中的一系列难题;通过本次施工, 大家积累了经验, 开阔了视野, 增长了见识, 但在今后的施工中还应不断地完善施工工艺和方法, 更进一步地降低成本, 提高工作效率、经济效益和施工质量。[ID:001081]

摘要:压力分散型预应力锚索作为一种新型锚索, 这几年在各工程中得到了广泛应用, 其质量控制措施与普通型预应力锚索有很大差距, 笔者就雅砻江锦屏一级电站右岸1 885 m高程以上开挖工程中, 预应力锚索的施工技术作了简要介绍, 以供同类工程参考、借鉴。

应力分散 篇2

关键词:拉力分散型锚杆,普通拉力型锚杆,轴力分布,摩阻应力分布,对比试验

0 引言

当前我国地下空间的利用越来越受到重视,基坑深度不断增加,基坑周边环境日益复杂,用以进行基坑支护的预应力锚杆的长度也越来越长。但对于常规全长粘结锚杆,锚固段长度超过一定限值后,再增加的锚固段长度利用效率低下,不仅造成较大浪费,同时对基坑工程也会形成安全隐患。因此,若锚杆锚固段较长,使用粘结应力分布更均匀、侧摩阻力发挥更充分的荷载分散型锚杆是一个很好的选择。对于目前北京地区的桩锚支护基坑工程,拉力分散型锚杆制作更为简单、施工更加方便,因而在这方面有更多应用。

针对拉力分散型锚杆工作机理的试验研究资料相对较少。肖坚、赵杰伟[1]分别对普通拉力型锚杆及拉力分散型锚杆进行了现场承载力抗拔对比试验。结果表明,普通拉力型锚杆锚固段长度超过10m时,其承载能力随锚固段长度的增加很小或基本无增长。与普通拉力型锚杆相比,拉力分散型锚杆锚固段应力分布更为均匀,承载力提高20%以上;拉力分散型锚杆在实际工程中的应用日益增多[2~4],学者们对其进行试验研究时发现,相较普通拉力型锚杆,拉力分散型锚杆承载力确有提高,幅度达30%,并且在相对软弱的土层中锚杆承载力提高更为明显[2]

本研究结合实际工程,设计并完成了普通拉力型锚杆及拉力分散型预应力锚杆的现场对比试验,包括两种类型锚杆的施工、张拉,并进行了全过程试验数据收集,从而对拉力分散型锚杆的工作机理、受力状态、杆体轴力及摩阻应力分布规律以及相比普通拉力型锚杆的优势进行研究和分析。

1 对比试验设计

1.1 锚杆设计施工参数

锚杆施工地点位于北京市通州区某工地,锚固段涉及地层主要为细砂—中砂层,埋深约14m,设计取锚杆极限侧摩阻标准值qs=90k Pa,锚杆轴向抗拔承载力标准值Nk取375k N,锚杆设计参数见表1。

表1 各项目试验锚杆设计参数Table 1 Design parameters of experimental anchors

注:Lf为自由段长度;La为锚固段长度;数字角标1、2分别代表1、2号单元,其中1号单元全长18m,2号单元全长10m,下文中统一使用此单元编号

锚杆自由段隔离材料采用4分硬塑料管,塑料管两头以胶带密封。此做法是为保证自由段的自由度,避免因自由段自由度不足导致试验结果不准确。

1.2 数据采集方法

本次试验利用百分表读取张拉过程中锚杆锚头位移值。关于锚杆轴力的数据监测方法,李根红、周同和等[5]采用分布式光纤测量,黄雪峰、马龙等[6]采用钢筋应力计测量。本次试验使用了电阻应变片结合静态应变仪的数据采集方式。在1~6号试验锚杆的锚固段粘贴电阻应变片,每米设置2个(位于同一断面,其中1个备用),整个张拉试验过程中使用静态应变仪获得锚杆杆体(钢绞线)应变数据,并通过钢绞线应力应变的线性关系,得到相应测点的轴力及摩阻应力分布,其中摩阻应力的计算方法同文献[6]

1.3 试验项目及所得数据

遵循文献[7]的相关规定和要求,对上述共12根锚杆分别进行了基本试验,以获得普通拉力型锚杆及拉力分散型锚杆的极限承载力。对拉力分散型锚杆采用了2个千斤顶同时张拉的等荷载张拉方法。

对4~6号拉力分散型锚杆进行基本试验前,先针对其2个单元锚索单独进行了单循环加卸载验收试验,最大加载值取1.4Nk/2。

试验过程中全程记录各锚杆锚头位移及锚固段应变值随张拉荷载的变化情况。

2 试验结果统计

以下给出各项试验结果。限于篇幅,本文不再列出锚杆张拉Q-s曲线。

2.1 普通拉力型锚杆轴力分布

此处重点给出1号锚杆的试验数据。当张拉力分别达到375k N(1.0Nk)、675k N(1.8Nk)和825k N(2.2Nk)时,其轴力沿锚固段长度的分布情况见图1。

图1 不同张拉荷载下1号锚杆锚固段轴力分布Fig.1 Distribution of axial force of anchor No.1 under different tensioning loads

在单向加载过程中,1号锚杆锚固段全长轴力的变化情况整理结果见图2、图3。

2.2 普通拉力型锚杆摩阻应力分布

由锚杆的轴力数据整理出不同张拉荷载下,普通拉力型锚杆锚固段摩阻应力的分布状态,见图4~图6。

图2 加载过程中1号锚杆锚固段轴力变化(第1~8m)Fig.2 Axial force variation of anchor No.1 during loading procedure(anchorage length 1~8m)

图3 加载过程中1号锚杆锚固段轴力变化(第9~16m)Fig.3 Axial force variation of anchor No.1 during loading procedure(anchorage length 9~16m)

图4 1号锚杆在不同张拉荷载下锚固段摩阻应力分布Fig.4 Distribution of frictional stress of anchor No.1under different tensioning loads

2.3 拉力分散型锚杆轴力分布

在粘贴电阻应变片的3根拉力分散型锚杆中,仅4号、5号锚杆成功获得合理读数。在进行拉力分散型锚杆各锚索单元单循环加卸荷验收试验时,当加载至1.4Nk/2=262.5k N时,各锚索单元锚固段轴力分布情况见图7、图8。

图5 2号锚杆在不同张拉荷载下锚固段摩阻应力分布Fig.5 Distribution of frictional stress of anchor No.2under different tensioning loads

图6 3号锚杆在不同张拉荷载下锚固段摩阻应力分布Fig.6 Distribution of frictional stress of anchor No.3under different tensioning loads

图7 4号锚杆各单元锚索锚固段轴力分布(张拉荷载为262.5k N时)Fig.7 Distribution of axial force for each unit of anchor No.4(tensioning load=262.5k N)

2.4 拉力分散型锚杆摩阻应力分布

由锚杆的轴力数据整理出不同张拉荷载下,拉力分散型锚杆锚固段摩阻应力的分布状态见图9、图10。

3 试验结果分析

3.1 普通拉力型锚杆试验结果分析

由图1~图6分析得出:

(1)在张拉过程中,锚杆锚固段全长范围内轴力均发生较为明显的变化,其分布呈现出由前至后由大变小的趋势,且张拉荷载越大,锚杆轴力传递越远;

图8 5号锚杆各单元锚索锚固段轴力分布(张拉荷载为262.5k N时)Fig.8 Distribution of axil force for each unit of anchor No.5(tensioning load=262.5k N)

图9 4号锚杆在不同张拉荷载下锚固段摩阻应力分布Fig.9 Distribution of frictional stress of anchor No.4under different tensioning loads

图1 0 5号锚杆在不同张拉荷载下锚固段摩阻应力分布Fig.10 Distribution of frictional stress of anchor No.5under different tensioning loads

(2)随着张拉荷载的增大,锚杆锚固段轴力在前端增量较大,后端增量较小。当张拉荷载达到Nk时,锚固段前端4m轴力较大,后部轴力较小;当张拉荷载达到2.2Nk时,锚固段前10~14m轴力有较为明显的增长;

(3)随着张拉荷载的增大,锚固段摩阻应力峰值有明显的自前向后移动的现象;当摩阻应力峰值处于同一位置时,张拉荷载越大,摩阻应力值越大;

(4)在理想状态下,即锚杆抗拔承载力沿锚固段分布较均匀时,在张拉过程中,锚固段摩阻应力呈现出前部大、后部小,且随荷载增大摩阻应力峰值向后端移动的现象,如1号锚杆。但若由于某种原因(地层原因、施工原因等)导致锚杆抗拔承载力沿锚固段分布不均匀时,摩阻应力可能传递得更远,如2号、3号锚杆;

(5)根据基本试验最终结果,本次试验施工的普通拉力型锚杆抗拉承载力标准值取为1087.5k N。

3.2 拉力分散型锚杆试验结果分析

利用拉力分散型锚杆各锚索单元单循环加卸荷验收试验的荷载—位移数据,假设张拉过程中锚固段不发生弹性应变,可根据钢绞线应力应变关系估算出各锚杆单元自由段长度,计算结果见表2。

表2 各锚杆单元自由段长度估算值Table 2 Estimated free length of each part of tension dispersed anchors

这种估算方法可能有一定误差(忽略钢绞线产生的塑性变形计算的自由段长度值可能偏大),但从计算结果判断,尽管自由段隔离材料使用了硬塑料管,其隔离效果还是不能完全满足设计要求。在施工过程中,发现将锚杆杆体推入施工完毕的锚孔时,由于硬质塑料管横截面面积较大,在水泥浆的阻力下会发生相对钢绞线向后的滑动。如此,一方面其包裹的钢绞线长度减小,另一方面底端密封的胶带脱开,可能导致水泥浆渗入管内,从而使自由段长度减小。而L1单元自由段不足必然导致传递至其锚固段的轴力在自由段范围产生一定的损耗。

分析拉力分散型锚杆锚固段轴力及摩阻应力分布数据(见图7~图10),可以得出以下几点:

(1)得益于锚杆杆体结构的特殊构造,部分锚杆轴力直接传递到了锚固段后端,使得其摩阻应力发挥得更加平均,提高了锚固段的使用效率;

(2)当张拉荷载为262.5k N时,自由端较短的L2单元轴力集中分布在锚固段前2m范围,后部受力较小。自由端较长的L1单元轴力集中分布在锚固段前4m,后部受力较小;

(3)尽管加载量相同,但L1单元锚固段轴力约为L2单元锚固段轴力的50%(L1单元锚固段第1m的轴力约为L2单元的27%~43%,L1单元锚固段第2m的摩阻应力约为L2单元的21%~23%),说明L1单元轴力在沿杆体传递过程中,可能在自由段内发生了一定的损耗;

(4)在最大张拉至262.5k N(1.4Nk/2)时,拉力分散型锚杆各单元摩阻应力波峰尚未向后移动,说明与锚杆极限承载力相比,此张拉力明显偏小,锚杆承载能力远未得到充分发挥;

(5)非常遗憾的是,对于6根拉力分散型锚杆的基本试验,最终结果均表现为在锚索位移尚且较为稳定的情况下,锚杆杆体钢绞线破坏。其中杆体为6束1860钢绞线的10~12号锚杆均为张拉至1200k N左右时发生杆体破坏(这可能是由于分锚操作时钢绞线弯折角度过大导致单根钢绞线受力不均匀所致)。因此,本次试验未能得到所施工的拉力分散型锚杆的极限抗拔承载力。

4 拉力分散型锚杆的应用

综上所述,在进行拉力分散型锚杆的设计和施工时,应重点关注以下几点:

(1)本次试验所施工的拉力分散型锚杆,锚固段均处于砂性土中,其受力状态单一,便于发现其中的规律。而在进行拉力分散型锚杆设计时,应重点关注各单元锚索所在地层特性,特别是基坑外部地层条件复杂的情况下,必要时进行细分后的针对性计算和设计,避免发生锚杆单元设计拉力超过其承载力的情况;

(2)锚杆自由段的自由度对保证锚杆受力性能非常重要,对拉力分散型锚杆更是如此。在进行拉力分散型锚杆的施工时,应采取一些特殊的手段,如在自由段使用效果更好的隔离材料,或在自由段杆体涂抹黄油等方法来保证其自由度;

(3)拉力分散型锚杆能否得到合理有效的张拉是保证其施工质量的关键工序。本次进行基本试验时采用的是两个千斤顶同时张拉的等荷载张拉方法,但在具体操作时也遇到了前文所述的问题。且受现场条件限制,目前在实际工程中应用多个千斤顶进行锚杆张拉较为困难。关于使用单个千斤顶进行荷载分散型锚杆张拉的方法,付文光,胡建林[8]进行了详细的论述,其具体操作效果有待进一步研究。

5 结论

通过对普通拉力型锚杆和拉力分散型锚杆进行对比张拉试验,得出如下结论。

(1)对于普通拉力型锚杆,当张拉荷载为469k N(1.25Nk)时,锚固段前8m摩阻应力合力为全长侧摩阻应力合力的90%,说明普通拉力型锚杆锚固段中较短的一部分提供了大部分摩阻应力,摩阻应力的应力集中现象比较严重。但在各级张拉荷载下,各锚杆锚固段前8m的侧摩阻力合力均小于其全长16m的侧摩阻力合力,说明虽然锚固段后部摩阻应力较小(利用效率较低),但对整根锚杆的抗拔承载力还是有部分贡献的。

(2)对于普通拉力型锚杆,在理想状态下,即锚杆抗拔承载力沿锚固段分布较均匀时,在张拉过程中,锚固段摩阻应力呈现出前部大、后部小,且随荷载增大摩阻应力峰值逐渐向后端移动的特点;但若由于某种原因(地层原因、施工原因等)使得锚杆抗拔承载力沿锚固段分布不均匀时,可导致摩阻应力存在多个峰值,摩阻应力可能传递得更远。

(3)相比普通拉力型锚杆,拉力分散型锚杆可以显著改善锚固段的受力状态。自由段长度不同的锚索单元设置使得直接传递至锚固段后端的轴力值更大,且分布更加均匀,这种趋势随着张拉力的增加而愈发明显,显著提高了锚固段整体利用效率。

(4)对于拉力分散型锚杆,即使对各单元施加同样的张拉荷载,实际传递至锚固段的轴力大小仍可能不同,具体表现为自由段长度较长的单元锚固段轴力更小。这可能是因为轴力在沿杆体传递过程中,在较长的自由段内发生了一定的损耗,因此,如何尽可能保证锚杆自由段的自由度,对拉力分散型锚杆的成功运用非常关键。

参考文献

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应力分散 篇3

关键词:压力分散型,预应力锚索,施工技术

1 工程概况

三福高速公路SA7标段全长8.18 km,所经地区覆盖层较厚,以残积土、强风化花岗岩岩层为主,路基填挖方量大,最高挖方边坡高度达100 m,分10级,每级高度10 m,中间平台宽度采用2 m。由于坡体结构复杂,对路堑高边坡的防护采用动态设计。全标段采用的防护形式有三维网植草、喷播植草、人字形骨架护坡、锚索框架、锚杆格构梁、护面墙、挡土墙等。其中,锚索框架防护因工艺较新、工程数量较大,是施工的重点。本标段路堑高边坡防护共设锚索15 352 m,设计采用压力分散型锚索,每孔锚索共3个单元,每个单元由两根无粘结钢绞线内锚(通过特制挤压簧和挤压套对称锚固,单根连接强度大于200 kN)于钢质承载体组成,预应力锚索为ϕj15.24 mm、强度1 860 MPa,高强低松弛钢绞线;锚具为HVM型。

2 施工工序

预应力锚索施工工序流程为:准备工作→测量放线→工作平台搭设→钻孔→制作锚索→下锚索→注浆→纵、横地梁施工→张拉和锁定→封锚。

3 抗拉破坏试验

3.1 试验孔的布置和试验方案的确定

布置在有代表性的岩土坡面上。基本试验每种类型锚索数量不少于3根,试验时最大的试验荷载不宜超过锚筋承载力标准值的0.8倍,待锚固体强度大于设计强度的80%时,方可进行试验。

3.2 试验方法

3.2.1 基本试验加荷等级与测读锚头位移

1)对于压力分散型锚索,初始荷载为0.1×A×fptk+差异荷载(其中,A为锚筋的截面积;fptk为锚筋承载力标准值),使锚筋拉直,然后松开。随后再采用循环加荷,每级加荷增量取A×fptk的1/10~1/15。2)在每级加荷等级观测时间内,测读锚头位移不应少于3次。3)在每级加荷等级观测时间内,锚头移量不大于0.1 mm时,可施加下一级荷载;否则需延长观测时间,直至锚头位移增量在2.0 h内小于2.0 mm时,方可施加下一级荷载。

3.2.2 终止加载条件

锚索试验中出现下列情况之一时可视为破坏,应终止加载:1)锚头位移不收敛,锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出;2)锚头总位移量超过设计允许位移值;3)后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍;4)锚索材料拉断。整理试验报告,并绘制荷载—位移(QS)曲线、荷载—弹性位移(QS0)曲线、荷载—塑性位移(QSP)曲线。

3.2.3 试验结果

试验结果报告监理工程师审查合格后,方可组织大规模施工。

4 施工工艺

4.1 钻孔设备选择与锚孔测放

根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中采用潜孔冲击成孔;在岩层破碎或松软饱水等易于塌孔缩孔和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。根据各工点工程立面图,按设计要求,将锚孔位置准确测放在坡面上,孔位误差不得超过±50 mm。

4.2 搭设工作平台、钻机就位

搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架,根据坡面测放孔位,准确安装固定钻机,并严格认真进行机位调整,确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50 mm,高程误差不得超过±100 mm,钻孔倾角和方向符合设计要求,倾角允许误差±1.0°,方位允许误差±2.0°。

4.3 钻孔

钻孔要求干钻,禁止采用水钻,以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻进过程中对每个孔的地层变化、钻进状态(钻压、钻速)、地下水及一些特殊情况做好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时,须立即停钻,及时进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.1 MPa~0.2 MPa),待水泥砂浆初凝后,重新扫孔钻进。钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔直径,要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。为确保锚孔深度,要求实际钻孔深度大于设计深度0.2 m以上。钻进达到设计深度后,不能立即停钻,要求稳钻1 min~2 min,防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉渣及水体粘滞,必须清理干净,在钻孔完成后,使用高压空气(风压0.2 MPa~0.4 MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整之岩体锚固外,不得采用高压水冲洗。

4.4 锚索编制与安装

压力分散型锚索由3个单元锚索组成,每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成,钢绞线通过特制的挤压弹簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上,要求其单根的连接强度大于200 kN。钢质承载体要求采用45号钢材加工制作,其厚度不小于2 cm。各单元锚索的固定长度分别为L1,L2,L3,共同组成复合型锚索的锚固段。组装承载体应定位准确,挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。每个锚孔口位置必须设置一个架线环,间距为1.0 m~1.5 m,定位准确,绑扎牢固,注浆管穿索应深入导向帽5 cm~10 cm,导向帽点焊固定于最前端承载板上,并留有溢浆孔。

4.5 锚孔注浆

首先采用经试验合格的注浆材料,以水灰比0.4~0.5比例配制纯水泥浆。浆液要搅拌均匀,随拌随用,浆体强度不低于40 MPa。注浆管捆扎在锚索体中轴部位,注浆管头部距锚索体末端为50 mm~100 mm。采用孔底返浆法注浆,一般注浆压力为2.0 MPa,直至孔口溢出新鲜浆液为止。若发现孔口浆面回落,要在30 min内进行孔底压注补浆2次~3次,确保孔口浆体充满。

4.6 框架制作

框架采用C25混凝土整体浇筑。基础先铺垫2 cm砂浆调平层,再进行钢筋制作安装,钢筋接头需错开,同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2,且有焊接接头截面之间的距离不得小于1 m。如锚索与框架箍筋相干扰,可局部调整箍筋的间距。

4.7 锚索张拉

在注浆体与框架混凝土强度达到设计强度80%以上时,即可进行锚索张拉作业,其张拉方法与一般预应力筋基本相同。张拉设备采用专用设备并在作业前进行标定,锚具、夹片等应经检验合格后方可使用。台座承压面要平整,锚具安装与锚垫板和千斤顶密贴对中,千斤顶轴线与锚孔及锚筋体同轴一线,确保承载均匀。压力分散型锚索,因各单元锚索长度不同,要按照设计次序分单元采用差异分步张拉。即根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载,根据计算的差异荷载分单元张拉。先分步补足差异张拉之第一、二级张拉荷载增量,再分五级即设计荷载的25%,50%,75%,100%和110%张拉。在张拉最后一级时,要持荷稳定10 min~15 min后方可卸荷锁定。若锚索锁定48 h内,有明显预应力损失现象,要及时进行补偿张拉。补偿张拉后,从锚具量起,留出长5 cm~10 cm钢绞线,其余部分截去,须用机械切割,严禁电弧烧割。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙。

5 锚索质量检验

5.1 检验方法

根据试验要求,最大试验荷载为锚索设计荷载的1.5倍,验收试验应分级加荷,对于压力分散型锚索,要求以设计最大试验张拉荷载计算补足差异伸长量(张拉荷载)后,同步张拉至锚索(杆)设计荷载的30%作为起始荷载。如果最大差异张拉荷载大于设计荷载的30%,则以最大差异张拉荷载作为起始荷载。分级加荷值分别为设计荷载的0.5倍,0.75倍,1.0倍,1.2倍,1.33倍,1.5倍,整个试验连续进行逐级加载,前一级稳定后,方可施加下一级荷载,直至最大试验荷载。

5.2 检验标准

验收试验中,从50%设计荷载到最大试验荷载之间所测得的总位移量,应当超过该荷载范围内锚筋自由段长度的预应力筋理论弹性伸长量。在最后一级荷载作用下的位移观测期内,锚头位移稳定,即在历时10 min内位移不超过1 mm,或者2 h蠕变量不大于2 mm。

5.3 检验结果

按技术规范要求,锚索检验数量不少于每种类型锚索总数的5%,且不得少于3根。

6 结语

根据基本试验的结果,本标段高边坡锚索设计参数合理,施工工艺可行。压力分散型锚索的受力性能合理,较拉力型锚索可以实现较大的承载力。施工中应注意边坡边挖边加固,即开挖一级,防护一级,不得一次开挖到底,隐蔽工程技术人员要全过程旁站,确保施工质量。

参考文献

[1]程良奎.岩土锚固的现状与发展[J].土木工程学报,2001,34(3):21-22.

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