預應力錨索

2023-01-01 21:36:01 字數 5275 閱讀 8222

錨索的型別:

1.概述

目前在加固工程中使用的錨索型別種類繁多,按不同的分類方法可將錨索劃分為不同的型別,例如按外錨頭的結構形式分為ovm錨、qm錨、xm錨、費氏錨等;按錨索體種類分為鋼絞線束錨索、高強鋼絲束錨索;按錨固段結構受力狀態分為拉力型、壓力型、荷載分散型,另外還有可除式錨索、觀測錨索等。

隨著錨固技術的發展,對錨索的要求越來越高,越來越精,特別是永久建築物要求採用永久的防護錨索。對外錨頭,要求有可靠的錨固效果,避免產生滑絲等因素造成預應力損失。對錨索體的要求具有高強、低鬆馳以及高防護效能。

對錨固段,要求能夠提供更高的錨固力,特別是對處於土體中的錨固段,提出更高的要求。

目前從國內的技術發展現狀來看,外錨頭部位和錨索體材料的技術引數都不難滿足錨固技術的需要,而錨固段確因地質條件複雜,較難確保其可靠性。因此,將錨索按錨固段的受力狀態分類,更具有實用性。

拉力型錨索

拉力型錨索,主要依靠內錨固段提供足夠的抗拔力,以保證預應力的施作。

內錨固段有兩種,一種是採用水泥漿或水泥砂漿將錨固段部分的錨索體固結在岩體的穩定部分;另一種是採用機械式內錨固段,如脹殼式內錨頭。由於機械式內錨頭適應性差,加工量大,現以很少使用。

採用水泥漿或水泥砂漿固結的拉力型錨索,按其張拉段是否黏結又分為全長黏結式和自由式,即二次注漿錨索和自由式錨索。二次注漿錨索的特點是,一旦錨頭失效也能保持預應力。自由式錨索的特點是,區域性岩體變形引起的區域性應力,能分布在整個張拉段上。

拉力型錨索結構簡單,施工方便,造價較低,其結構如圖。但這種錨索內錨固段受力機制不盡合理,在內錨固段底部岩體產生拉應力,且應力較集中,使內錨固段上部產生較大的拉力,易把漿體拉裂,影響抗拔力和錨索的永久性。

壓力型錨索

壓力型錨索與拉力型錨索的受力機理不同,如圖。壓力型錨索荷載分布的特點是:①在錨索的根部荷載大,靠近孔口方向荷載明顯減小,這樣有利於將不穩定體錨定在地層的深部,充分利用有效錨固段,從而可縮短錨索長度。

②漿體受壓,被錨固體受壓範圍更大,可提供更大的錨固力。③壓力型錨索的錨索體採用無黏結鋼絞線,因而多一層防護措施,如果採用渡鋅或環氧噴塗鋼絞線外再包裹一層或二層高密度聚乙烯(即pe套管),就具有更高的防護效能。④下錨索後可一次性全孔注漿,這樣不僅減少注漿工序,而且即使沒施加預應力,靠漿體和土體的黏結力起到一定的作用,這對於正在滑動的滑坡體加固是很有必要的。

荷載分散型錨索

上述拉力型和壓力型錨索,都將預應力過於集中地傳遞給錨固段的區域性部位。拉力型易把漿體拉裂,即使壓力型錨索,在承載板上部0.25~0.3m範圍內的漿體也時有受力破壞的情況發生。

荷載分散型錨索,是將施加的預應力分散在整個錨固段上,使應力應變分散、減小,從而確保錨固體不受坡壞。這類錨索多種多樣,可分為拉力型錨索、壓力型錨索、拉壓分散型和剪力型錨索。

1.拉力分散型錨索

拉力分散型錨索的錨索體均採用無黏結鋼絞線,較簡單的拉力型錨索是將處於錨固段中不同長度的無黏結鋼絞線末端按一定長度(視土體承載力,一般剝除2~3m)剝除高密度聚乙烯(pe)套管,即便為黏結段,當注漿固結後,錨索預應力通過鋼絞線與注漿體的黏結力傳遞給被加固體,從而提供錨固力,如圖:

壓力分散型錨索

壓力分散型錨索的錨索體也是採用無黏結鋼絞線,較簡單的壓力分散型錨索結構是,在不同長度的無黏結鋼絞線末端套以承載板和擠壓套。當錨索體被漿體固結後,以一定荷載張拉對應於承載體的鋼絞線時,設定在不同深度部位的數個承載體將壓應力通過漿體傳遞給被加固體,這樣對錨固段範圍內的被加固體提供被分散的錨固力,如圖。

剪力型錨索

剪力型錨索也是荷載分散型的一種,它的結構時在不同長度的無黏結鋼絞線末端用環氧砂漿黏結,靠剪力和壓力將預應力分散作用於錨固段,其結構如圖。

拉壓分散型錨索

拉壓分散型錨索是在兩根無黏結鋼絞線下部剝除1~3mpe套管,變成拉力型錨固段,在無黏結段上部安裝可移動擠壓套和承載板,變成壓力型錨固段,在另外兩根或四根、或六根無黏結鋼絞線上也按上兩根那樣處理,然後將它們編制在一起,編索時,無黏結段呈台階壯布置,如圖:這樣就可以形成拉壓分散型錨索,它可以提供比拉力分散、壓力分散更為均勻的錨固力。

3.8錨索配件

錨索配件主要指導向帽隔離支架、對中支架和束線環。

導向帽主要用於鋼絞線和高強鋼絲製作的錨索,其功能是便於錨素推送。導向帽由於在錨固段的遠端,即便腐蝕也不會影響錨索效能,所以其材料可以使用一般的金屬薄板或相應的鋼管製作。

隔離支架作用是使錨固段各鋼絞線周圍均有一定厚度的注漿體覆蓋,其結構見圖。

對中支架用於張拉段,其作用是使張拉段錨索體在孔中居中,以使錨索體被一定厚度的注漿體覆蓋,其結構見圖。隔離支架和對中支架位於錨索體上,均屬錨索的重要部件,所以對於永久錨索,隔離和對中裝置應使用耐久性與耐腐蝕性良好,且對錨索體無腐蝕性的材料。一般宜選用硬質塑料。

3.9注漿體

注漿體的作用是用於錨固和防腐,目前工程中常用水泥質注將體,樹脂類注漿體由於造價昂貴,很少用於工程。

水泥類注漿體材料主要有水泥、水、細骨料和外加劑組成。由於注漿體的質量與錨索的錨固質量直接相關,所以在選擇以上材料時應滿足下述要求。

1. 水泥

水泥應根據工程具體情況和設計要求選用,工程中常用的水泥有普通矽酸鹽水泥、矽酸鹽水泥;礦渣矽酸鹽水泥和快硬矽酸鹽水泥在一般性工程中也可使用;在腐蝕性地層中宜選用抗硫酸鹽水泥和高抗硫酸鹽水泥;對於服務年限小於6個月的臨時錨索和用於檢驗地層承載力的試驗錨索,也可使用鋁礬水泥。

2. 細骨料

除可在注漿體中摻入中細砂外,還可摻入粉煤灰、細粒礦渣或細粒矽粉,但其摻入比例應遵守生產廠家的要求並經設計人員認可。

3. 外加劑

為了改善注漿體在施工時和硬化後的效能,可摻如適量外加劑。由於目前對不少外加劑的效能和使用效果經驗不足,建議外加劑都必須經過材料試驗後方可使用。目前,在錨索注漿體中是否摻加減水劑的問題還存在爭議,因為減水劑的主要功能是減少水泥顆粒之間的摩擦力,改善和易性,但由於用水量的減少,也不同程度降低了水泥顆粒的懸浮時間,使砂漿容易沉澱,所以,使用減水劑應當謹慎。

對於永久性錨索,其外加劑中不應含有害性腐蝕性元素,常用外加劑的型別及摻量見表。廣東省三水市銀海化工****近年生產了一種預應力錨索(杆)專用的tq微膨脹早強劑,在水泥質注漿體中摻入此劑,不僅使漿液流動性好、早強、微膨脹,而且可大幅度提高錨索的早期承載力和錨索與注漿體之間的握裹力。摻入tq微膨脹早強劑後對水泥質注漿體握裹力的影響情況見表。

4. 水

注漿體中應使用純淨且對錨索無腐蝕性的水,一般情況下,凡是可飲用水均可直接用於注漿體的拌和,當使用其他非飲用水時,應進行化學分析。

3.10腐蝕與防腐

防腐設計的目的是確保在工程有效服務年限內錨索不備腐蝕和破壞。錨索要在高應力狀態下長時間工作,這些錨索所處的工作環境可能十分惡劣,在這種條件下錨索的腐蝕速率是十分驚人的。例如:

feld和white(1974)提供了乙個有趣的案例:乙個由單排預應力錨索加固的擋土牆,在工作了兩年的時間內,先後有數根錨索斷裂並像標槍一樣越過工地飛走了。後來經過調查發現,是多年來燒煤的火車頭煤煙中掉下來的煤渣形成了硫酸,導致地下水具有酸性而使錨索腐蝕破壞。

目前關於對錨索的腐蝕與防腐研究還沒達到量化的程度,而只能針對地層對錨索的腐蝕程度採取相應的保護措施。

3.10.1腐蝕

工程結構或構件的使用壽命受三個主要因素的控制,即腐蝕、疲勞和磨損。而對於錨索,後兩個因素並不重要,錨索的壽命主要受腐蝕的控制。

地層對錨索的腐蝕是從錨索體表面開始的,首先腐蝕錨索的鈍化層,繼而腐蝕錨索體本身,腐蝕錨索體材料的速度決定注漿體的質量、滲透性、注漿體是否**、裂縫寬度、錨索的工作環境和錨索的應力狀態。例如,在海洋環境中、處於高應力狀態工作的錨索、腐蝕性地層中的錨索等都會加速腐蝕。通常埋入地下的金屬構件主要由電化學反應引起腐蝕而破壞,其腐蝕的條件如下:

1) 兩種性質不同的金屬材料在接觸時形成電位差,活性差的金屬戚陰極作用,另一種金屬起陽極作,在適當條件下,陰極金屬就會發生腐蝕;

2) 金屬表面存在不均勻性,在化學成分變化的區域性區域產生電位差而開始腐蝕;

3) 分子金屬表面長存在一層防護氧化膜,當處氧化膜破壞時產生電位差而開始腐蝕;

4) 金屬出於離子濃度有變化的環境中形成電位差而腐蝕;

5) 金屬所處的環境條件(例如細菌、氧氣、有害氣體、濕度等)加速了腐蝕速度。

在研究錨固設計時,對以上腐蝕因素的了解和制定防腐對策是很有必要的。錨索周圍被注漿體覆蓋,一般而言,水泥質注漿體為錨索創造了有宜的鹼性(ph=11~12.5)工作環境,但在某些條件下,由於周圍環境的影響其ph值可能會降低,這是因為注漿體在某種程度上都是可以滲透的;另一方面,由於錨索在張拉時,自由段上的應力會傳到錨固段上,其距離約為0.

3~0.6倍錨固段長度,在這一範圍內,注漿體由於受拉而出現不同程度的裂縫,在腐蝕環境中,開裂的注漿體幾乎不起保護作用.對於錨索體的腐蝕速率,目前國內外上無定量計算或定量評估的方法,防腐的對策是採用不同級別的防護措施.

在進行錨固設計時,應根據對地層水土的測試和分析結果,劃分出地層對錨索體和地層對注漿體的腐蝕等級(見表).一般而言,腐蝕等級按下列順序減少:回填土—有機土—粘性土—粉土—砂—礫石.

工作在下列地層環境中的錨索,應特別注意其防腐問題:

1) 出露於海水、含有氯化物和硫酸鹽環境中的錨索;

2) 氧含量低而硫含量高的飽和黏土;

3) 含有氧化物蒸發鹽的環境中;

4) 在有腐蝕性廢水或受腐蝕性氣體汙染的化工廠附近;

5) 穿過地下水位起伏變化較大區域內的錨索;

6) 穿過部分飽和土的錨索;

7) 穿過化學組成特徵不同、水或氣體含量差異較大地層中的錨索;

8) 錨索應力受到迴圈波動的環境。

從底層腐蝕性角度出發,國際預應力協會(fip1990)規定在下列地層中不宜設定永久性錨索,當條件限制不能避開,應對錨固段採取特別防腐措施。

1) 地下水ph值小於6.5的地層;

2) 地下水中cao的含量大於30mg/l的地層;

3) co2含量大於15mg/l的地層;

4) nh+4含量大於15mg/l的地層;

5) mg+2含量大於100mg/l的地層;

6) so4-2含量大於200mg/l的地層;

3.10.2防腐

錨索的防腐的防腐方法主要有鹼性環境防護、物理防護和電力防護等。鹼性環境的防護是依靠水泥質注漿體對錨索提供的鹼性環境,物理防護是錨索體材料上直接覆蓋塑料等材料,從而阻止外部腐蝕性物質與錨索體的接觸;電力防護是使錨索體形成乙個電路,並使錨索體表面極化成陰極的保護方法,所以又稱為陰極保護,通常是為保護大批錨索而採取的一種方法。由於造價等方面的原因,目前的防腐蝕主要是以前兩種方法為主。

在確定錨索防腐系統時,應重點考慮以下因數:

1.)錨索服務年限;

2.)地層腐蝕級別;

3.)工程的重要性;

4.)腐蝕破壞所產生的後果與施加防腐蝕措施所增加的費用的對比。

對於錨固力較低的錨索,當處於非侵蝕性和低滲水性(k<10m/s)的地層時,可僅使用水泥質注漿體進行防護。錨固力較高的永久性錨索,即使當錨索工作在低滲水性的地層中時,原則上要進行物理防護。針對不同的腐蝕性地層,建議採用的錨索防護系同見表。

預應力錨索 方案

目錄第一章工程概況1 第一節施工方案編制依據1 第二節施工現場及工程地質條件1 第三節設計要求2 一 預應力錨索2 二 鋼筋錨桿2 三 噴射砼3 第四節本工程的特點3 第五節施工工期計畫3 第二章預應力錨索施工 3 第一節施工準備3 第二節整體工程施工順序4 第三節施工流程4 一 成孔4 二 插鋼絞...

預應力錨索結構概述

1.3 土質邊坡與岩質邊坡破壞機理的區別 土質邊坡和岩質邊坡的破壞機理有所不同,土質邊坡更加強調材料的強度引數對邊坡穩定性的影響,而岩質邊坡結構面因素是導致大多數邊坡失穩破壞的原因。土質邊坡的破壞主要受邊坡土體強度及邊坡形態因素控制,對於特殊土類邊坡,邊坡內存在風化及結構裂隙,也嚴重影響土質邊坡的穩...

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