岩土锚固力试验和预应力锚索施工过程技术

中铁西北科学研究院有限公司方建生预应力锚索施工技术与岩土锚固力试验一、预应力锚固技术简介二、预应力锚索施工技术◦施工准备◦锚索制安◦锚孔钻造◦下索注浆◦张拉封锚三、锚固力试验◦锚固试验相关参数◦锚固试验结果甘肃省河西走廊酒泉系砾石层试验点广东省京珠高速公路边坡病害治理试验点福建省漳龙高速公路边坡治理试验点青海省湟倒线高速公路高边坡治理试验点◦锚固试验结果分析一）预应力锚索技术的起源（与舟曲三期工程有关）法国的欧仁·弗莱西奈（EnugeneFreyssinet）于1928年首次将高强钢丝应用于预应力混凝土结构中，但这一技术一直到第二次世界大战后才得到大量的应用。在第二次世界大战期间，欧洲的许多桥梁遭战争破坏，战后重建任务繁重，钢筋紧缺。而预应力混凝土结构由于采用了高强材料，可以节省大量的钢材和混凝土，再加上刚度大、耐久性好等优点，在欧洲得到了推广与发展。目前，这一先进技术已广泛地被世界各国采用。现在世界上最著名的预应力专业公司大都集中于欧洲，如美国的缆索包装公司（CCL）、预应力混凝土设备公司（PSCEquipmentLtd）和西蒙贝尔公司，瑞士的VSL国际公司（VorsponSystemLosingerInternational）,德国的鲍尔公司（PAUL）与地伟达预应力混凝土公司（DywidagStressedConereteLtd）,意大利的Tensacciaj公司等。一、预应力锚固技术简介（1-1）二战中著名的阿纳姆-海马根大桥，阿纳姆是荷兰境内的一个地区，是美空降部队行动的主力攻击方向，攻下海马根大桥，就直接打开了通往阿姆斯特丹之路，进而美军解放了荷兰。当时德军为了延缓美军进军，试图将大桥炸毁，未果，但大桥主体受损。桂河大桥在曼谷西北122公里的北碧府(Kan-chanaburi)，这座横跨桂河的大桥折射了二战期间的一段历史，是当年日军占领泰境期间，强迫盟军战俘建造的通往缅甸的铁路桥，二战期间被毁在美国与加拿大，预应力以工业实用为目的起始于50年代。美国的主要预应力公司是CEC公司及大陆混凝土结构公司。二）现代预应力技术的发展预应力技术从工程应用开始至今仅80年时间，但是，由于它所持有的优点，使其迅速发展，广泛地应用于各个领域，应用数量日益增多。现代预应力技术的发展主要可概括为以下三个方面：（一）高强、超高强预应力筋的采用当今我们所使用的预应力筋强度较过去有显著提高，有的国家粗轧螺纹钢筋最大强度可高达1570MPa，而钢绞线在国内外工程中已普遍使用强度为1860MPa的产品，有些国家已在研制强度更高的预应力筋。（二）高效率的张拉锚固体系（1986年的课题。我们锚具还是用的栓塞式（见下页图，试验照片失效了），张拉时分张拉千斤顶和顶压器，用两台ZB——400油泵控制，效力极低。）栓塞钢绞线锚环1986年课题用锚具套件；介绍日本人的钢绞线（三）预应力施工工艺不断创新1.采用操作灵活、安全可靠的系列化千斤顶使预应力张拉变得非常简便。2.金属波纹管的使用使曲线束、长束及密集束预留孔道变得方便可靠，可以完全避免抽拔成型时的断棒、塌孔现象发生。3.无粘结预应力技术的采用使预应力筋可在工厂制作，不必在混凝土构件中预留孔道，可与普通钢筋一样直接埋入混凝土中，大量地减少现场施工工序，提高产品质量，降低了成本，提高了结构的施工水平和施工速度。三)我国预应力技术的发展概况我国预应力技术的研究在工程中的应用起源于上世纪50年代，开始，只是使用低强度钢筋（预应力锚杆）。1956年，为满足我国第一个五年计划的需要，在天津钢厂，按照当时原苏联国家标准《预应力钢筋混凝土结构的圆型碳素钢丝》（TOCT7348-55）,试制成功了预应力钢丝，但水平较低，抗拉强度仅为1000MPa-1200MPa。1963年，为满足南京长江大桥引桥预应力施加的需要，又参照《英国预应力钢筋混凝土结构用钢丝》（BS2691-1963）标准，试制成功了抗拉强度仅为1570MPa-1760MPa预应力钢丝。1965年发布实施了我国自己的《预应力钢筋混凝土结构用碳素钢丝》（YB255-64）、《预应力钢筋混凝土结构用刻痕钢丝》（YB255-64）、《预应力钢筋混凝土结构用钢绞线》（YB286-64）。1984年天津钢厂率先引进意大利瑞得利（Redaelli）公司低松弛预应力钢丝稳定化生产线。1985年修改了1965年部颁技术标准，正式制定了预应力钢筋混凝土结构用钢绞线、钢丝国家标准（GB5224-85,GB5223-85）四）预应力技术的未来发展1.应用范围越来越广，应用数量日益增多。在我们地质灾害防治中已用于预应力锚索地梁、框架（地矿系统叫格构）、锚墩、锚索抗滑桩、多锚点弹性抗滑桩等等。2.预应力筋向高强度、低松弛、大直径和耐腐蚀的方向发展。今后的预应力筋将采用抗拉强度超过1900MPa、松弛率不超过2.5%的7×∮5mm钢绞线。3、高效率的预应力张拉锚固体系。4、成熟的预应力施工工艺。5、预应力的设计、计算理论不断完善。岩土工程中，我国1964年在安徽梅山水库大坝基础首次应用；铁道部于1985年立题于我院，开展预应力锚固技术研究，课题经费230万元（1985年）取得丰硕的成果：1）利用了预应力钢材的高抗拉强度2）调用并提高了岩土体自身的强度及自稳能力3）节省了工程费用并有利于施工安全1986年我院首次应用于重庆金鸡岩洗煤厂滑坡治理，节省工程投资30％（见下页图片，课题研究中的试验产品，讲完下页图片后再返还）。1987年应用于四川江油624所高空台试验区滑坡治理，节省工程投资37％。1992年福建永安箭丰滑坡（讲新技术应用成功带来的商机）金鸡岩锚索抗滑桩全景图片，国内诞生的第一根预应力锚索桩总结：1.第一部分，内容枯燥，但这是认识预应力锚索结构的基础；2.预应力锚索结构在边坡防治中的应用又有了新的成果：2006年8月至2008年12月“铁道部科技研究开发计划项目”重点课题—边坡预应力锚索结构的安全检测与加固技术研究，该课题由我院承担，由我们老板朱本珍博导、院长任课题组长。简述课题研究成果（边坡评估，锚索长度测量，补张拉）3.希望我们工程技术人员在舟曲三期实施工程中多注意与预应力锚索相关的知识。◦（一）施工准备（重点）◦（二）锚索制安◦（三）锚孔钻造（重点）（四）下索注浆（五）张拉封锚二、预应力锚索施工技术（2-1）（一）施工准备◦1.放线◦1）.锚索地梁与锚索框架的整体效果（图片，讲内蒙古呼集高速公路通过老专家的敬业精神和预应力锚索技术进入市场市场）二、预应力锚索施工技术（2-2）锚索不在同一条线上神五、神六发动机试验基地讲框架锚索横向可据平台坡度放线，纵向从受力上讲：宜交叉布局，也能保障美观。该项目获奖，施工中平台出现裂缝问题（扩展）◦2）.预应力锚索抗滑桩的锚索（图片）◦（1）先施工锚索时系X、Y、Z三维空间放线，误差不大于5cm;◦（2）先做成桩，后施工锚索的，放线的难度在绑扎抗滑桩钢筋笼时预留孔道阶段，误差不大于5cm;◦锚索桩头预留孔道放线放线；福建龙岩市吊钟岩滑坡治理，内置式锚头，平整、美观，但施工难度大，主要是面筋的配置上。放线综合考虑了整体效果，工程就美观。◦3）.对锚工程的放线要结合钻孔的地层条件。（讲福建319国道永溪桥，成功的开端，施工的精神）◦思考问题：一把皮尺◦一只罗盘◦架子管随便用◦如何将钻机就位？？？M10浆砌块石锚索永溪桥U型桥台◦2.材料进场及试验检验预应力锚索施工技术中涉及的材料主要为钢绞线、锚具（锚板与夹具）、水泥和砂子。水泥、砂子这一种最普通、大众的材料，相信好多技术人员比我清楚得多，这里不讲，重点讲一讲钢绞线和锚具。◦（1）钢绞线及锚具的规格型号◦1）钢绞线的规格型号◦《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）标准中钢绞线按结构分为5类：◦用两根钢丝捻制的钢绞线1×2◦用三根钢丝捻制的钢绞线1×3◦用三根刻痕钢丝捻制的钢绞线1×3I◦用七根钢丝捻制的标准型钢绞线1×7◦用七根钢丝捻制又经模拔的钢绞线(1×7)C◦依据钢绞线的公称直径及强度级别进行划分，其中1×2的有22种规格；◦1×3的有22种规格；1×3I的有3种规格；1×7的有19种规格；(1×7)C◦的有3种规格。◦岩土工程中常用的为：公称直径为15.20mm，强度级别为◦1860MPa的7根钢丝捻制的标准型钢绞线其标记为：预应力钢◦绞线1×7-15.20-1860-GB/T5224-2003。◦1860是抗拉强度Rm≥1860MPa◦2)锚具的规格型号◦《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）标◦准中锚具、夹具和连接器按使用性能分为2类：◦张拉端锚具(工具锚)◦固定端锚具（工作锚）◦按锚固方式不同分为4类：◦夹片式（单孔和多孔夹片锚具）（岩土中多用）◦支撑式（镦头锚具、螺母锚具）◦锥塞式（钢质锥形锚具等）◦握裹式（挤压锚具、压花锚具等）◦锚具的规格型号我收集到的资料就有三个标准：◦《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）标准。◦《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》（TB/T3193-2008）标准中，未对锚具进行详细分类。◦《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》（JT/T329-2010）标准中，其分类基本与《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）标准中分类相同。（2）钢绞线及锚具的技术指标及技术要求1）钢绞线的技术指标钢绞线的主要技术指标主要有：（1）尺寸、质量；（2）力学性能（整根钢绞线最大力、抗拉强度、规定非比例延伸力、最大总伸长率、弹性模量、应力松弛）；（3）表面质量；（4）钢绞线的伸直性；（5）疲劳性能和偏斜拉伸性能。说明：弹性模量不作为交货条件。具体见《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）标准。2）锚具的技术指标锚具的主要技术要求有：（1）外观、尺寸、硬度；（2）静载锚固性能（锚具效率系数、总应变）；（3）疲劳荷载性能（满足循环次数为200万次的疲劳性能试验）；（4）周期荷载试验（在有抗震要求的结构中使用的锚具，预应力筋-锚具组装件应满足循环次数为50次的周期荷载试验）；（5）辅助性试验（内缩量，锚固端摩阻损失、张拉锚固工艺试验）特殊：a)铁路（TB/T3193-2008）标准中，增加了锚板强度要求、低回缩锚具回缩量要求、可更换型拉索的锚具要求、热处理要求、夹片间距要求、锚垫板要求等技术指标要求。b)公路（JT/T329-2010）标准中，增加了热处理及防腐等技术指标要求。C)我们岩土用国标（3）.钢绞线及锚具的检验项目1）钢绞线的检验项目（1）供方出场常规检验项目有表面、外形尺寸、钢绞线伸直性、整根钢绞线最大力、规定非比例延伸力、最大总伸长率、应力松弛等7项指标。（2）进场复验（是我们施工技术人员该干的事）与出场常规检验项目相同。（3）检验项目具体内容：a）表面（目视什么内容）：不得有油、润滑脂；允许有轻微的浮锈不得有目视可见的锈蚀麻坑;表面允许存在回火颜色。b）外形尺寸（这里只给出地质灾害中常用的）1×7结构外形示意图15.2mm钢绞线外形尺寸测量方法C)钢绞线伸直性其弦与弧内侧最大自然矢高≤25mmd)整根钢绞线最大力、e)规定非比例延伸力、f)最大总伸长率、g)应力松弛4项指标是要在如下设备上来完成的。静载锚固试验机应力松弛试验机2）锚具的检验项目（1）供方出场常规检验项目有外观、硬度、静载性能试验。（2）进场复验在（GB/T14370-2007）标准中未进行明确规定，但一般情况对其进行外观、硬度及静载性能试验。在铁路（TB/T3193-2008）标准中，增加了锚板强度的检验，其余与（GB/T14370-2007）标准相同。在公路（JT/T329-2010）标准中，增加了疲劳试验。锚具试样（与栓塞式锚具做比较）锚板夹具（夹片）（4）钢绞线及锚具的检验频率1）钢绞线的