浅谈压力分散型锚索的张拉施工

史长全

(甘肃中铁建设工程有限公司,甘肃兰州730050)

浅谈压力分散型锚索的张拉施工

史长全

(甘肃中铁建设工程有限公司,甘肃兰州730050)

随着公路、铁路、大型水(火)电站、厂房等的建设延伸向山地、丘陵地区,边坡越来越高,地质情况越来越复杂,大预应力锚固工程应运而生。而压力分散型锚索以其优越的力学性能和耐久性受到广泛关注。通过对压力分散型锚索张拉施工的分析,浅析压力分散型锚索的受力特点及优点。

挖方高边坡;压力分散型锚索;张拉施工

0 前言

某电厂边坡以挖方边坡为主,最大高度约84 m。边坡防护以预应力锚索框架梁、锚筋桩框架梁为主,以浆砌片石坡面封闭、排水沟、仰斜排水孔为辅。预应力锚索主要分布在一段、二段、三段二级坡。其中一段二级坡100根,二段二级坡44根,三段二级坡164根,总共308根1 000 kN压力分散型锚索。每根锚索由8束直径为15.24 mm高强度低松弛、抗拉强度不小于1 860 MPa的钢绞线组成,分为4组,每2根为1组,长度分别为25 m、22 m、 19 m、16 m。

1 张拉设备的选择

根据设计文件,锚具选用OVM 15-8型,张拉锚固锁定力为1 000 kN，选用OVM YCW150B与ZB4-400型油泵进行张拉可满足施工要求。

OVM YCW150B型千斤顶技术参数:

公称油压:51 MPa

公称张拉力:1 470 kN

张拉行程:200 mm

质量:193 kg

钢绞线预留长:A=680 mm

张拉活塞面积:2.8981×10-2m2

回程活塞面积:1.1074×10-2m2

穿心孔径:Φ128 mm

外形尺寸:D=310 mm，L=510 mm

ZB4-500型油压泵技术参数:

额定压力:50 MPa

质量:120 kg

额定流量:2.2 L/min

外形尺寸:745 mm×494 mm×1 025 mm

2 1 000 kN压力分散型锚索(4单元8束)张拉工艺流程图(见图1)

图1 1 000 kN压力分散型锚索(4单元8束)张拉工艺流程图

3 1 000 kN压力分散型锚索(4单元8束)张拉工艺流程

(1)预张拉:在正式张拉前,先按照荷载为0.1倍的设计拉力预张拉,整体张拉1～2次,使锚索拉直,然后松开。

(2)差异分步补偿张拉:

第一步:先按照差异荷载ΔP1张拉第一单元(25 m的一组锚索),并采用ΔL1-2张进行控制,张拉到位后锁定工作锚和工具锚;在千斤顶行程内不回油,压力表不归零,继续进行第二步张拉。

第二步:再按照差异荷载ΔP2同时张拉第一单元(25 m的一组锚索)和第二单元(22 m的一组锚索),并采用ΔL2-3张进行控制,张拉到位后锁定工作锚和工具锚;在千斤顶行程内不回油,压力表不归零,继续进行第三步张拉。

第三步:再按照差异荷载ΔP3同时张拉第一单元(25 m的一组锚索)、第二单元(22 m的一组锚索)和第三单元(19 m的一组锚索),并采用ΔL3-4张进行控制,张拉到位后锁定工作锚和工具锚;在千斤顶行程内不回油,压力表不归零,继续进行整体同步张拉。

(3)分级补偿,分级整体张拉。

按照上述,每级荷载张拉前先进行第一、二、三步分单元补偿张拉后,再将四组锚索(即25 m长的第一单元、22 m长的第二单元、19 m长的第三单元、16 m长的第四单元)整体张拉,按照设计荷载的25%(250 kN)、50%(500 kN)、75%(750 kN)、100%(1 000 kN)、110%(1 100 kN)五级分级补偿,分级整体张拉,至张拉锁定。

4 1 000 kN压力分散型锚索(4单元8束)张拉荷载和伸长量计算

4.1 张拉荷载的计算

锚索设计荷载采用平均法进行分配,即每单元锚索承受的荷载为设计荷载的 1/4(P每组= 1 000 kN/4=250 kN)，每根锚索承受的荷载为1/8 (P每根=1 000 kN/8=125 kN),忽略孔道摩擦和其他不利因素。

4.2 伸长量的计算

根据每单元的锚索长度,确定各级荷载对应的伸长量。

ΔL1=P每组L1/EA=250×25/(2×198×109Pa× 140×10-6m2)×100 cm=11.27 cm

同理:ΔL2=9.92 cm,ΔL3=8.57 cm,ΔL4=7.21 cm。

4.3 差异荷载和伸长量计算

差异伸长量ΔL1-2=ΔL1-ΔL2=11.27-9.92=1.35(cm)

同理:ΔL1-3=2.7 cm，ΔL1-4=4.06 cm，ΔL2-3=1.35 cm，ΔL2-4=2.71 cm，ΔL3-4=1.36 cm。

差异荷载ΔP1-2=2EAΔL1-2/L1=2×198×109Pa× 140×10-6m2/25 m×1.35 cm=29.95(kN)

同理:ΔP1-3=59.89 kN，ΔP1-4=90.16 kN，ΔP2-3= 34.02 kN，ΔP2-4=34.02 kN，ΔP3-4=39.68 kN。

4.4 分级差异荷载

ΔP1= ΔP1-2= 29.95 kN;P2= ΔP1-3+ΔP2-3= 93.91(kN);ΔP3=ΔP1-4+ΔP2-4+ΔP3-4=198.1(kN)。

5 油压表读数

按照分级差异荷载补偿及逐级加载原理,根据千斤顶标定结果:P=0.03424×N+0.509,则张拉过程油压表读数为:

第一级补偿(2根钢绞线):P=0.034 24×29.95+ 0.509 7=1.54(MPa)

第二级补偿(4根钢绞线):P=0.034 24× 93.91+0.509 7=3.73(MPa)

第三级补偿(6根钢绞线):P=0.034 24× 198.13+0.509 7=7.30(MPa)

补偿完成,初次张拉时(8根钢绞线):P= 0.034 25×250+0.509 7=9.07(MPa)(25%)

第二次张拉时(8根钢绞线):P=0.034 25× 500+0.509 7=17.63(MPa)(50%)

第三次张拉时(8根钢绞线):P=0.034 25× 750+0.509 7=26.20(MPa)(75%)

第四次张拉时(8根钢绞线):P=0.034 25× 1 000+0.509 7=34.76(MPa)(100%)

第五次张拉时(8根钢绞线):P=0.034 25× 1 100+0.509 7=38.18(MPa)(110%)

对应的伸长量:

ΔL1=P每组L1/EA=29.95×25/(2×198×109Pa× 140×10-6m2)×100 cm=1.35 cm

同理:ΔL2=1.90 cm，ΔL3=2.26 cm，ΔL4=1.80 cm，ΔL5=3.61 cm，ΔL6=5.41 cm，ΔL7=7.22 cm，ΔL8=7.94 cm。

6 张拉过程控制

(1)张拉前将锚垫板管内的混凝土清理干净、清除钢绞线的表皮、除油,然后安装锚具。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密切对中,千斤顶轴线与锚孔及锚索轴线在一条直线上,不得压弯或偏折锚头,确保承载均匀同轴,必要时用钢质垫片调整以满足要求。

(2)套上工作锚板,根据气候干燥程度在锚板锥孔内抹上一层薄薄的黄油。

(3)加载速率要平缓,速率宜控制在设计预应力值的0.1/min左右。

(4)在张拉过程中,当荷载每增加一级,均应稳定5 min,并记录位移读数。最后一级张拉荷载应维持10～20 min。在每级加荷等级的观测时间内,测读锚头位移不应少于3次。

(5)在每级加荷等级的观测时间内,锚头移量不大于1.0 mm时,可施加下一级荷载;否则需延长观测时间,直至锚头位移量2 h小于2.0 mm时,方可施加下一级荷载。

(6)锚索张拉过程中出现下列情况之一时可视为破坏,应终止加载。

a. 锚头位移长时间不稳定,或者不收敛;

b.后一级荷载产生的锚头位移量是后一级荷载产生的锚头位移量的2倍,即拉拔力-位移曲线图出现明显的拐点;

c. 锚索被拉断。

(7)切割多余钢绞线时,应用砂轮切割机,不得使用电焊机进行切割。

7 压力分散型锚索的优点

(1)受荷时杆体轴力及粘结应力:峰值显著减低,应力集中现象明显减弱。

(2)受荷时粘结应力沿锚固段分布状况:可沿锚固段全长较均匀的分布,在荷载传递过程中,不会发生粘结作用的渐进式破坏。

(3)粘结强度:灌浆体分段受压,会对钻孔壁产生较均匀的径向力,使粘结强度提高。

(4)锚杆承载力:锚杆承载力随锚杆长度增加成比例的提高,可得到高承载力的锚杆。

(5)耐久性:受荷时,灌浆体受压,不易开裂,预应力筋外有油脂、PVC涂层及水泥浆体多层防腐,耐久性好。

TU351

B

1009-7716(2015)03-0116-02

2014-11-05

史长全(1983-)，男,甘肃陇西人,助理工程师,从事工程施工技术工作。