预应力锚固工程

预应力锚固工程（通用7篇）

预应力锚固工程 篇1

预应力锚固措施在公路、市政、铁路的岩土及边坡工程中广泛运用, 属于轻型支挡措施, 结构美观且易恢复植被。土层锚杆 (索) 规范及边坡规范都对其防腐措施进行详细规定, 但按规范执行成本很高。

国内外已研究开发的钢材锈蚀防护措施包括:修补法、钢筋涂 (镀) 层法、阴极保护法、钢筋阻锈剂等。涂层法由于锚固工程张拉变形量太大, 目前基本不可行。钢筋阻锈剂由于特有的经济性和实用性, 已得到工程界的普遍认可, 如能在水泥浆中掺入阻锈剂防腐, 具有巨大的应用前景。

自制一种氨基醇类阻锈剂, 通过力学性能、盐水浸烘环境中防锈性能、张拉钢绞线盐水浸泡、盐雾等试验对其阻锈效果进行评价。

1 试验方案

1.1 力学性能试验方案

试样制备和试验方法参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行。其中水灰比为0.5, 采用基准水泥, 阻锈剂掺量为胶凝材料的1‰。一组为3条试体, 试体为40 mm×40 mm×160 mm的棱柱体。

1.2 盐水浸烘环境中防锈性能试验方案

1.3 张拉钢绞线盐水浸泡试验方案

1.4 净浆盐雾试验方案

2 结果与分析

2.1 力学性能试验

通过内掺与未掺阻锈剂的1 d、3 d、7 d、28 d龄期净浆的抗折抗压强度, 研究阻锈剂对净浆不同龄期力学性能的变化规律。

制备的未掺阻锈剂净浆、内掺阻锈剂净浆不同龄期的抗折、抗压强度见表1。

从表1可以看出, 内掺阻锈剂对净浆的力学性能影响不大。

2.2 盐水浸烘环境中防锈性能试验

4个循环后, 劈开净浆, 观测钢筋锈蚀面积。试验结果表明, 该阻锈剂具有一定的防锈功能。

2.3 张拉钢绞线盐水浸泡试验

目前绝大部分锚索工程都为拉力型, 模拟现场高应力状态, 观测阻锈剂对钢筋锈蚀的作用 (见图1、图2) 。

从图1、图2可以看出, 未掺阻锈剂的钢绞线锈蚀比较严重, 因腐蚀产物溶液变黄, 而掺入阻锈剂的钢绞线表面光亮, 溶液清澈。

2.4 净浆盐雾试验

在高温、高湿、高腐蚀性的盐雾试验条件下, 对比未掺阻锈剂和掺阻锈剂净浆锈蚀的情况。盐雾腐蚀试验设备和试样见图3。

经过一段时间盐雾试验后, 未掺阻锈剂试样出现点蚀, 而掺阻锈剂试样暂时没有出现锈蚀状况 (见图4) 。

3 结论

(1) 自制氨基醇类阻锈剂对净浆的力学性能没有影响。

(2) 该阻锈剂在高温、高湿、高腐蚀性介质环境中, 展现出较好的阻锈性能。

(3) 阻锈剂在高应力状态下仍具有阻锈效果。

参考文献

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[5]张敬书, 汪朝成.钢筋混凝土基础的腐蚀与防护措施[J].中国科学院研究生院学报, 2010, 27 (2) :145-153.

预应力锚固体系初探 篇2

关键词：预应力锚固,锚具,钢丝束,钢绞线

预应力技术应用于钢筋混凝土结构中,其发展约有60余年的历史,并已引起世界各国的高度重视,其应用范围和数量已被公认为是衡量一个国家建筑技术水平的一项重要指标。许多国家(包括经济发达国家和发展中国家)在土木、建筑、水利、交通、能源等部门的混凝土结构工程中广泛采用预应力技术,而且还在继续推广和深入发展。

1 预应力锚固技术

1.1 预应力锚固技术在我国的现状

我国的预应力锚固技术在许多领域,如采矿、铁路、海港及工民建系统等开发利用较早,而且比较广泛。而近20年,我国水电建设中的坝体加固,大跨度地下洞室、厂房及大量滑坡与开挖边坡治理等方面的预应力锚固加固也取得了巨大成功,除已建的安康、龙羊峡、葛洲坝等水电站外,新建的二滩、三峡、小浪底等大型水电工程均大量采用了预应力锚固技术,预应力锚固技术已经由事故处理的被动应用进入到了设计中的主动防治,成为设计内容的一部分,其快速、高效、广泛的社会效益和经济效益、加快工期与提高边坡稳定的优越性,是其他传统方法无法替代的。

1.2 预应力锚固的定义

预应力锚固是预应力岩锚与混凝土预应力拉锚的总称,是在预应力混凝土基础上发展起来的一项锚固技术。它可以按照设计要求的方向、大小及锚固深度,预先对基岩或建筑物施加主动的预压应力,从而达到加固或改善其受力条件的目的。

1.3 预应力锚固技术分类

根据锚固预应力筋的不同分为钢绞线锚固体系、钢丝束体系、钢筋束体系及粗钢筋体系。其中钢绞线锚固体系包括QM锚固体系、XM锚固体系、OVM锚固体系、B&S锚固体系、VLM锚固体系等;钢丝束体系包括镦头锚锚固体系、钢质锥形锚(弗氏锚)、锥形螺杆锚、QM及XM锚固体系等;钢丝束体系包括JM锚具、QM体系等;粗钢筋体系包括螺丝端杆锚及精轧螺纹钢锚具等。

预应力锚固随其种类的不同而结构形式各异,但总的来说,均由锚孔、锚束两部分组成。锚孔是设置锚束的钻孔,锚束是施加预应力的主体。锚束系由锚头(又称外锚头)、锚束体(即锚束的自由段)及锚固段(又称锚根或内锚头)三部分组成。锚固段是预应力锚固的根基,系嵌固在锚孔底部的非张拉段;锚头位于锚孔孔口以外,是张拉与锁定预应力的支撑部分,亦属非张拉段;锚束的自由段是连接锚头与锚固段的主体部分,并承受预应力张拉所施加的全部荷载。

锚具可分为下述两种:1)张拉锚具:固定在预应力筋端部,可被用来张拉的一种锚具,在灌浆之前一直暴露在外。2)固定锚具:通常埋入混凝土中的一种锚具,不用于预应力筋的张拉。

预应力锚具虽然属于三类机械产品,但由于其工作的特殊性,强大的单位承载力,所以对加工的零件不能按抽检的惯例去检验,不论是工序检验,还是成品检验,都要逐个检查,不能漏检一件,否则后果不堪设想。

1.4 几种预应力锚固体系的比较

大吨位预应力钢束的采用大大简化了后张拉工艺。对采用悬浇施工的桥梁而言,每一循环预应力束数可大大减少,加之通过将预应力束平弯使锚点位置在断面上的布置固定,大大节省了穿束、张拉、压浆等工序所用的时间,可加快施工进度。其次,采用大吨位预应力束,布束容易,经合理选择后可以做到不易因布束而加大结构尺寸,造成材料浪费。第三,采用大吨位锚具,可减少繁杂的锚固齿块,便于模板简化,加快工期。

对于钢丝束锚固体系来说,它虽然安全可靠,但用于大吨位的锚具施工作业繁琐,且预应力束和混凝土的结合不如钢绞线紧密,再加之不能在施工现场操作,因而限制了它的发展。

而粗钢筋体系中,如螺纹钢筋锚具没有以上锚具的缺点,其加工工艺简单,可靠性优于钢丝束镦头锚具。国外狄威达格(DYW1DAG)系列锚具已十分成熟,显示出强大的生命力,国内目前只有单根螺纹钢筋锚具在施工中应用。

2 预应力筋—锚具组装件锚固技术性能要求

GB 5024-92混凝土结构工程施工及验收规范第6.2.2条规定:锚具的静载锚固性能应由预应力锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数ηa和达到实测极限拉力的总应变εapu,lot确定,其值应符合下列规定:

Ⅰ类锚具:ηa≥0.95;εapu,lot≥2.0%;

Ⅱ类锚具:ηa≥0.90;εapu,lot≥1.7%。

影响锚具锚固性能的几个主要参数的基本概念如下:

1)锚具效率系数ηa。

锚具效率系数ηa的基本定义是表明预应力筋—锚具组装件试验时,预应力束的强度受锚具效应等因素而降低的程度。规范建议:

$\eta {}_a=\frac{F{}_{apu}}{\eta {}_p\times F{}_{apu}^c}$ (1)

其中,Fapu为预应力筋—锚具组装件的实测极限拉力,kN;F${}_{apu}^c$为预应力筋—锚具组装件各根预应力钢材计算极限拉力之和,kN;ηp为预应力筋的效率系数。

2)总应变εapu,lot。

总应变εapu,lot是指锚具组装件试验时钢筋束中第一根预应力筋破断时的应变实测值。其值大小与锚具质量优劣和预应力筋的延性有关。

3)预应力筋效率系数ηp。

国际预应力协会(FIP)建议中的ηp计算公式为:

$\eta {}_p={\rm K}{}_m+(1-{\rm K}{}_m)\frac{\epsilon {}_{fm}(1-1.64V{}_s)-\epsilon {}_{ym}}{\epsilon {}_{fm}-\epsilon {}_{ym}}$ (2)

必须指出,式(2)中的ηp不能直接求得,其力学性能参数Km,εfm,εym,Vs等通过对单根预应力筋的拉伸试验获得,随后方可求出ηp。通过本文文献[2]所介绍的自动量测系统和试验方法,对预应力筋—锚具组装件进行静载锚固性能试验,可获得可靠的数据。

3 对我国预应力锚固技术的展望

毋庸置疑,锚固技术以其独特的效应、简便的工艺、广泛的用途、经济的造价在混凝土结构工程中显示出重要的地位。为进一步满足各类锚固工程的需要,锚固技术应着重开展以下几个方面的工作:1)加大力度研制适合我国国情、优质高效、功能齐全的综合配套锚固施工机具,以便满足各种工况条件下的锚固施工需要;2)大力研制锚固工程检测仪表,为施工质量控制和工程可靠性检测提供可靠的手段;3)紧密结合工程实际,大胆应用非确定性、非线性力学、人工智能等现代科学理论和技术,采用系统和优化的观点开展锚固设计计算和施工方面的理论研究,为工程实践提供可靠的理论依据;4)大力推广现有锚固工程规范,并在实施过程中不断发展和完善,力争做到锚固工程设计与施工规范有序且科学合理。

4 结语

近年来,工程需要促成预应力锚固技术的发展,工程应用广泛浩大,是预应力锚固技术发展的显著标志。当我们强调工程实践对预应力锚固技术发展的重大意义时,决不能忽视新概念对锚固技术发展的促进作用,即打破学科限制,进行多学科、多领域的共同研究,走综合技术的道路。概念的发展,必然牵一发而动全身。因为只有发展基础科学技术,改革施工方法与施工工艺,预应力锚固技术才能在克服缺点、发展优点的过程中不断前进。

参考文献

[1]李兆龙.预应力锚固体系制作工艺讨论[J].西安工业学院学报,1999(9):19-20.

[2]周明华.预应力筋—锚具组装件锚固性能的静载试验方法[J].工业建筑,1995(10):10-12.

[3]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,1988.

柱中预应力筋的合理锚固位置 篇3

1 框架的尺寸及配筋

1.1 梁的尺寸及配筋

框架梁采用600 mm×1 200 mm的截面,跨度为18 m,预应力钢筋为12根7Φj5,fp,k=1 860 MPa,张拉控制应力σcon=0.75fptk。线型为由两段具有相反曲率的抛物线组成。梁的尺寸及配筋如图1所示。

1.2 柱的尺寸及配筋

框架柱采用600 mm×800 mm的截面,高度为6 m,预应力钢筋为8根7φj5,fptk=1 860 MPa,张拉控制应力σcon=0.75fptk。线型为三次抛物线。柱的尺寸及配筋如图2所示。框架结构的尺寸和荷载如图3所示。

2 有限元模型的建立

2.1 单元划分

本章中的预应力混凝土框架形状很规则,因此在ANSYS程序中采用了映射划分,所有实体单元都是正六面体单元,由于只对框架进行弹性分析,故采用Solid45单元来模拟混凝土材料,用Link8单元来模拟预应力钢筋和普通钢筋。

2.2 约束条件

根据对称性,可取图3中的1/2模型进行有限元分析。相应的在ANSYS程序模型中的约束条件见图4。

3 计算结果及分析

有限元分析按柱中预应力筋的锚固位置不同分为三种方案,如图5所示,A:柱中预应力筋锚固在梁柱节点的正中部;B:柱中预应力筋锚固在距离梁下边缘0.6 m处;C:柱中预应力筋锚固在距离梁下边缘1.0 m处。为了更便于分析柱中预应力筋的锚固位置对梁柱节点受力性能的差异,首先对框架进行整体分析,然后对梁柱节点进行局部分析,在进行局部分析时对其单元进行细化,单元尺寸取为0.05 m。其方法是将整体分析得到的结点力和结点位移加载在梁柱节点局部有限元模型相应的结点上,梁柱节点局部有限元模型如图6所示。

1)方案A的分析结果图7～图12分别为方案A的各个应力分量的应力云图。

2)方案B的分析结果

图13～图18分别为方案A的各个应力分量的应力云图。

3)方案C的分析结果图19～图24分别为方案A的各个应力分量的应力云图。

4)各种方案结果的比较

此处应力比K是指梁柱节点处最大应力值与正的最小应力值之比,即

A、B和C三种方案的SX、SY、SZ三个方向的应力分量的应力比K如表1所示。

从表1可以看出SX、SY、SZ三个方向的应力分量的应力比K,方案B比其他两种方案都要小。

表2、3中UX、UY、UZ、SX、SY、SZ分别表示板体x、y、和z方向的位移(m)及应力(N/m2);SXY、SXZ、SYZ表示相应的剪应力(N/m2)。由表中可以看出,由于柱中预应力筋锚固位置的不同,梁柱节点的位移、应力和应变具有较大的差别。从应力云图上可以看出方案B的应力分布比其它两种方案更为均匀一些,从表2看出方案B的梁柱节点处柱子的位移比方案A和方案C都要小,这说明由于柱子侧移所引起的附加弯矩方案B比方案A和方案C都小,方案B中框架结构的受力更为有利。从表3看出方案B的梁柱节点处各个方向的正应力和剪应力都要比方案A和方案C都小,特别是x、y、和z三个方向的拉应力方案B比方案A和方案C都小,这说明方案B能有效减小梁和柱处的拉应力,对提高梁柱节点的抗裂性能和防止梁柱节点过早出现裂缝具有重要的意义。综上所述可知方案B是柱中预应力筋较为合理的锚固位置。

4 结语

通过对柱中预应力筋的锚固位置的有限元计算分析比较,可以得知,方案B即柱中预应力筋锚固在距离梁下边缘0.6 m处计算所得到的梁柱节点的位移、应力及应力比K都是最小的,且节点应力分别较为均匀,对梁柱节点的受力性能是三种方案中最好的,所以方案B是柱中预应力筋较为合理的锚固位置。

摘要：由于多层工业厂房预应力混凝土框架结构的跨度大,荷载大,且梁柱采用刚接,使顶层边柱的偏心弯矩很大。因此,如果将顶层边柱设计成普通钢筋混凝土柱,则需要很多的纵向主筋,造成配筋密集,钢材用量大,施工困难。如果将顶层边柱设计成预应力混凝土柱,则可以有效地解决柱中配筋过多过密的难题。柱中配置预应力筋的一个重要问题是柱中预应力筋的锚固位置,它会对整个框架结构尤其是梁柱节点的受力性能产生一定程度的影响。为了探讨和研究这个问题,本章利用有限元程序ANSYS比较分析了柱中预应力筋三种不同的锚固位置,比较了其对梁柱节点受力性能的影响,从而提出了柱中预应力筋的合理锚固位置。

关键词：预应力混凝土,框架,施工工艺,锚固位置,ANSYS

参考文献

[1]混凝土结构设计规范,GB 50010-2010

[2]杜拱辰.现代预应力混凝土结构.北京:中国建筑工业出版社,1988

[3]陈惠玲.高效预应力混凝土工程实践.北京:中国建筑工业出版社,1993

预应力锚固工程 篇4

目前,采用FRP片材加固混凝土受弯构件有预应力和非预应力两种方式.当采用非预应力加固方式时,主要依靠纤维布端部的粘结区域提供锚固,但相关的试验研究表明,这种锚固方式的可靠性较低,往往容易失效而使得整个FRP的片材被剥离而引起被加固构件失效.因此,常用的做法是在端部加U型箍,同时U型箍可增强构件的抗剪能力[1].当采用预应力方式加固时,目前的锚固体系可分为两类:

(1)通过外部反力架张拉FRP布然后粘贴、养护、放张的施工工艺,通过粘结层提供锚固.但研究表明,采用这种方法时,预应力FRP的张拉预应力水平只能达到200～400MPa[2],与FRP极限抗拉强度相比,预应力水平较低,不利于FRP强度的发挥,同时预应力的效应亦不明显.为了提高初始预应力水平,可在梁端设置有效锚固措施,常用的锚固措施是在梁端设置U形箍、螺栓、铆钉等来提高锚固的可靠性,能够有效防止预应力FRP在梁端发生锚固粘结破坏.

(2)另一个有效的锚固措施是在被加固构件上设置永久性的锚具,此种方法不需要外部反力架体系,而通过加固梁自身提供的反力进行张拉,并依靠在构件端部的永久性锚具来满足锚固要求[3].这种锚固方式可靠性好,可以减小预应力放张时粘贴层的剪切变形,从而降低了传递给混凝土表面的剪力,有效防止加固梁发生早期粘结破坏,使FRP布的强度能充分发挥出来,而且更适合现场加固施工操作,一般不会出现锚固失效现象,可靠性高.但由于锚夹具所需成本较高,且不可重复利用,增加了预应力FRP技术加固的费用,不利于该项技术的推广.

实际工程中的受弯构件因两端不可能是理想的铰结点,所以在受荷后,构件粘贴FRP的端部存在较长的压应力区域.一方面为FRP的粘结锚固提供了足够的长度;另一方面构件受荷后,FRP端部增加的粘结应力较小,附加锚固能够保证其在受载阶段的可靠性.基于这样的理论,结合预应力和非预应力加固时锚固的特点,可综合利用粘结层和附加机械锚固的共同作用,待预应力张拉及粘结层养护完毕之后,在合适的部位设置简易的机械锚固措施,然后可将两端原有的锚夹具拆除,仅依靠端部的粘结和附加的简易机械锚固来提供FRP在整个工作阶段的锚固需要.这种方法称为混合锚固,可充分利用两种锚固方式的作用,提高施工的灵活性,显著降低加固所用锚夹具的费用.

如上所述,为了保证锚固的可靠性,必须对预应力无锚固条件下梁端部应力状态进行分析,以确保粘结层的锚固部分不会破坏.

1 锚固区粘结剪应力

由于构件的端部处于低应力区,所以其主要的应力就是由于预应力纤维布在放张时所产生的剪应力.忽略纤维布放张时混凝土梁的变形,假定粘结层胶体和纤维布是理想的弹性体.纤维布厚tp,宽bp,胶体厚ta.

如图1所示,沿梁纵向取一微元体.由纤维布x方向的平衡可得[4,5]

其中,τ(x)为粘结剪应力,σp(x)为纤维布拉应力.

将式(1)对x微分得

胶体的剪切变形与剪应力τ(x)的关系为

其中,Ga为胶体的剪切模量,u(x)为胶体沿纵向的变形.

其中,u1(x)为混凝土梁底沿x方向的位移,u2(x)为纤维布沿x方向的位移.

由于忽略混凝土的变形,所以u1(x)=0,从而由式(3)得

将式(5)对x微分得到

其中,ε2(x)为胶体下边缘的拉应变

将式(7)代入式(6),并与式(2)比较可得

其解为

其中,,C1,C2为待定系数.

将式(9)代入式(1)可得粘结剪应力的解

设端部所需锚固长度为l,可确定边界条件为

由式(9),(10)和式(11)得τ(x)=ασconcosαx.即为剪应力分布方程,端部最大剪应力为

其中.

2 粘结剪应力试算

先按完全弹性代入典型环氧树脂胶和碳纤维布的数据(见表1).环氧树脂厚度tα=1 mm;纤维布:厚度tp=0.17 mm,弹性模量EP=2.33×10[5] MPa;张拉控制应力:σcon=800MPa.

将以上数据代入式(12)有

以上数据说明,作为普通较硬的环氧树脂胶所能允许的预拉应力非常有限.再考虑胶体的塑性变形,设胶体的塑性变形系数为β(塑性变形与弹性变形的比值),则端部粘结应力的分布如图2所示.通常普通环氧树脂胶的β约为1.3[6],τmax0=τmax/(1+β),如考虑加入增塑剂和增韧剂,剪切模量下降约20%,此时τmax=148.2MPa,β可提高到4～5,但强度将会降低约20%[7],τmax0=29.7～24.7MPa,此时环氧树脂胶的强度为32.8MPa,粘结锚固已符合要求.

3 结论与建议

实验证明,混合锚固理论具有可行性.纤维布U型箍由于无法形成有效的压力,因此锚固效果不佳,试验中出现锚固部分失效现象(预拉应力800MPa,纤维布2×75×0.17 mm);而钢板压条(5 mm厚,60 mm宽,用Φ6螺栓收紧)效果较好,在放张阶段与加载阶段且经长期持荷(1个月)均未出现锚固失效现象.

通过以上的分析可知:

(1)通过调整粘结层的相关参数,可大幅度提高粘结锚固的能力,能够为被加固构件提供足够的预应力;

(2)由于粘结层的离散性较高,可靠度相对较低,所以应增加简易的附加锚固措施,提高锚固的可靠性;

(3)附加锚固的形式建议采用钢板压条;

(4)粘结锚固对于粘结层的质量要求较高,必须有相应的工艺措施加以保证;

(5)附加锚固措施的构造形式应便于施工且能有效提供挤压力.

摘要：通过对预应力FRP放张后端部应力状态的分析后发现，适当加大粘结层的厚度和提高粘结层的变形性能可大幅度提高端部粘结锚固的能力，满足预应力加固的需要．附加的简易锚固措施可进一步提高锚固能力和可靠性．分析为预应力FRP加固技术的成本降低和施工工艺简化提供理论依据．

关键词：预应力FRP,加固,锚固,应力分析

参考文献

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预应力锚固工程 篇5

1数值模型

为了研究在自由段长度不变的情况下, 锚索、锚固剂及周围岩体随着锚固段长度的变化规律, 结合现场实际情况, 建立如下模型:尺寸:66×10×1m, 巷道断面:3.2m×2.4m, 巷道位于模型中心位置。锚杆长L=2.0m, 直径Φ18mm, 间排距0.7m, 锚索长度L=6m, 直径Φ15.24mm, 间排距为2.1m。

模型的底边界固定, 即水平位移u=0, 垂直位移v=0, w=0;左右边界u=0, v≠0, w≠0;前后边界u≠0, v=0, w≠0;上边界不约束位移, 为自由边界。模型上部边界以上的岩层的重量以外载荷的形式施加在模型的上边界。

数值模拟采用的岩体力学参数见表1。

2不同的锚固长度对锚索及岩体的影响

本文根据数值模拟结果, 分析了预应力锚索轴力、锚索轴向应力、锚固剂应力、锚固剂位移以及锚索周围岩体的力学特征在不同锚固段长度下的变化规律。数值模拟结果如图1～8所示。

图1为预应力锚索在锚固段长度不同的条件下, 从锚固起始点开始至锚索端点内各测点的锚索轴力值。由图可知, 在不同的锚固段长度下, 锚索轴力变化趋势基本一致, 均从锚固起始点开始随着至锚索端点距离的增加逐渐减小。

图2为预应力锚索锚固起始点的锚索轴力、锚索内端点锚索轴力在不同的锚固段长度下的变化曲线。由图可知, 锚固起始点锚索轴力随着锚固段长度的增加呈现先增加后平稳的变化规律。当锚固段长度增加至0.6～0.8 m时, 锚固起始点锚索轴力不再随锚固段长度的增加而增加;锚索内端点锚索轴力随着锚固段长度的增加呈现先减小后趋近于0的变化规律。当锚固段长度增加至0.8～1 m时, 锚索内端点锚索轴力基本不变化, 随着锚固段长度的增加, 锚索内端点锚索轴力趋近于0。

图3为在不同的锚固长度下各测点的锚固剂应力变化曲线。由图可知, 在不同的锚固段长度下, 各测点的锚固剂应力变化规律基本一致。从锚固起始点开始增加至一峰值, 然后逐渐减小, 趋于稳定。

图4是在不同锚固段长度下, 锚固剂应力的变化曲线。由图可知, 随着锚固段长度的增加, 锚固起始点锚固剂应力逐渐减小, 当锚固段长度大于0.8～1 m时, 锚固起始点锚固剂应力基本无变化;随着锚固段长度的增加, 锚索内端点锚固剂应力逐渐减小, 当锚固段长度大于1 m小于1.8 m时, 锚索内端点锚固剂应力趋于一稳定值, 当锚固段长度为1.8～2 m时, 锚索内端点锚固剂应力明显减小, 随着锚固段长度的增加, 锚索内端点锚固剂应力趋于稳定并逐渐减至0;随着锚固段长度的增加, 锚固剂应力峰值点的应力逐渐减小, 当锚固段长度大于1 m小于1.8 m时, 峰值点的应力变化很小, 当锚固段长度为1.8m～2 m时, 峰值点的应力减小明显, 之后随着锚固段长度的增加, 峰值点的应力基本无变化。

图5为不同锚固段长度下, 各锚固段内锚固剂位移变化曲线, 由图可知, 各锚固段内锚固剂位移在不同的锚固长度下变化规律基本一致。从锚固起始点开始随着距锚固起始点距离的增加逐渐减小, 减小至一稳定值时趋于稳定, 变化很小。

图6为不同锚固段长度下, 锚固剂位移变化曲线。由图可知, 锚固剂位移随着锚固段长度的增加呈现逐渐减小, 随后趋于一稳定值的变化规律。不同之处是锚固起始点锚固剂位移随着锚固段长度的增加逐渐减小并趋于稳定, 而锚索内端点锚固剂位移随着锚固段长度的增加出现2次减小并趋于稳定的变化规律, 当锚固段长度大于1 m小于1.8 m时, 锚固剂位移基本无变化, 当锚固段长度为1.8～2 m时, 锚固剂位移减小较大, 随着锚固段长度的继续增加, 锚固剂位移基本无变化, 趋近于0。

图7为不同锚索锚固段长度下, 锚索周围岩体在Z方向上的应变曲线。由图可知, 锚索周围岩体在Z方向上的应变在不同的锚固段情况下, 周围岩体在Z方向上的应变具有一致的变化趋势, 均随着距孔口距离的增加逐渐减小, 并趋于一稳定值。各测点在Z方向上的应变基本不受锚固段长度变化的影响。

图8为不同锚索锚固段长度下, 孔口处周围岩体在Z方向上的应变曲线, 由图可知, 孔口处周围岩体在Z方向上的应变变化很小, 不同锚固段长度下的变化值相差不大, 说明了锚索锚固段长度的变化对锚索周围岩体在Z方向上的应变影响不明显。

3结论

(1) 在不同的锚固段长度下, 锚固段锚索轴力从锚固起始点开始逐渐减小, 各测点间的锚索轴力变化值随着锚固长度的增加而变缓。

(2) 在不同的锚固段长度下, 各测点的锚固剂应力变化规律基本一致。从锚固起始点开始增加至一峰值, 然后逐渐减小, 趋于稳定。

(3) 各锚固段内锚固剂位移在不同的锚固长度下变化规律基本一致。从锚固起始点开始随着距锚固起始点距离的增加逐渐减小, 减小至一稳定值时趋于稳定, 变化很小。

(4) 在不同的锚固段情况下, 锚索周围岩体Z向应变变化趋势相似, 从孔口处向孔口内方向应变在逐渐减小。

摘要：为研究预应力锚索长度对现场支护效果的影响, 本文采用Flac3D模拟软件在自由段长度不变的情况下, 改变锚固段的长度的方法研究预应力锚索长度对支护的影响。锚索的自由段长度取巷道支护时锚索的自由段长度;初始锚固段长度取0.2m, 并以0.2m的步距逐渐增加至3.0m。通过数值模拟研究在自由段长度不变的条件下锚索、锚固剂及周围岩体随着锚固段长度的变化规律。

关键词：预应力锚索,不同锚固长度,锚固剂

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预应力锚固工程 篇6

1 预应力锚固技术的概述

公路是国家基础设施体系中重要的一部分, 为了促进西部地区的开发, 公路建设在西部开发中占据着重要的意义。我国地大物博, 不同的地理环境下地质条件存在着巨大的差异, 地质灾害也是从古至今一直存在的较为严重的问题, 西部地区特殊的地理条件导致了公路边坡的坍方、滑坡等问题, 这些问题不仅对人们的出行安全带来了困扰, 也造成了国家经济的严重损失。因此, 山区高级公路建设和灾害的防治是我国公路建设中急需解决的重大地质工程问题。

1.1 预应力锚固技术的分类

在山区高等级公路的建设过程中, 比较突出的问题就是边坡稳定性的问题, 在保护环境的同时, 要想防治灾害的发生就要对边坡进行加固的处理。公路边坡工程是非常复杂的地质工程, 边坡的地质工程条件要以环境为基础, 从各方面考虑边坡稳定性的因素来开展实施工程。在通常情况下, 公路边坡锚固体系也有着不同的分类, 在我国地质工程常见的锚杆种类中, 可以大致分为端头锚固式锚杆、摩擦式锚杆、全长黏结式锚杆等。而应用比较广泛的锚杆有快硬水泥卷锚杆、树脂药卷锚杆、砂浆锚杆等。在加固的过程中, 应用的锚索类型也有不同的种类, 不同类型的锚索划分的依据是根据不同的分类方法来划分的, 例如将锚索分为钢绞线束锚索和高强钢丝束锚索就是按照锚索体种类划分的。

1.2 预应力锚固技术的特点

根据以上对于公路边坡锚固体系的分类, 可以看出公路边坡锚固体系也有着自身的特点。一般情况下, 公路边坡锚固体系具有处治规模和加固深度较小的特点, 公路边坡锚固与大型的矿山水电等部门的加固深度和规模相比较而言是较小的。在山区的公路建设中, 公路施工的环境比较差, 这样就造成了公路边坡施工条件的限制, 使得工点分散。施工的场地也狭窄, 导致大型机械化设施难以开展施工, 只能依靠人工和一些小型的机械来完成公路边坡的加固。对于边坡形成的时间来讲, 对施工的速度也是有要求的, 因此, 就要控制锚固体系施工稳定边坡的时间, 要求缩短时间, 从而也给施工的质量带来了不小的难度。在浅层控制方面, 公路边坡锚固技术要考虑到对浅层边坡形变的控制, 要以小荷载体为主来开展边坡加固。

2 预应力锚固技术在公路边坡中的应用意义

上面已经对公路边坡锚固技术的分类和特点进行了大致的分析, 我们可以看出, 公路边坡锚固技术施工场地差、边坡成型时间短、施工速度要求高等特点。根据以上的信息及特点分析, 探索公路边坡锚固工作的实际操作中应注意的问题和预应力锚固技术在公路边坡锚固应用的意义, 掌握其特点, 充分的发挥预应力锚固技术在公路边坡中的优势, 以保证公路边坡锚固施工的质量和施工进度。

2.1 预应力锚固技术在公路边坡中的选型及设计

要了解预应力锚固技术在公路边坡中的选型, 就要对公路边坡的特点有一定的认识, 在高等级公路的建设中, 公路的边坡是有一定的特殊性的, 在规模上有别于水电边坡和矿山边坡, 公路边坡的规模相对是较小的。在这种带状分布的条件下, 应该从全局考虑, 通过对不同地段地质的勘察发现地质对边坡稳定性的影响力度, 控制边坡角度和位置来达到边坡稳定性的要求。在边坡锚固体系加固的方法中, 首先要对边坡的稳定性做出正确的分析, 根据实际情况来选择边坡的破坏模式, 破坏模式有平面破坏、楔体破坏、倾覆破坏和土体破坏等几种类型。预应力锚固技术在公路边坡的选型中, 我们要注意公路边坡锚固体系设计的安全性, 考虑整体的可靠性和耐久稳定性, 整体的防护也要有合理的加固设计。对于施工方面来讲, 设计应当尽量考虑到施工的简便和施工效率的问题, 选择成熟的技术不仅可以提升施工的效率而且也有助于降低工程造价, 最后一个方面就是要提高工程美观的效果。

2.2 预应力锚固技术在公路边坡中的应用意义

在我国的西部地区, 山路是典型的路段, 要在山路中建设高等级公路就会遇到各种各样的边坡加固的问题。根据实际的工程测试, 我们需要了解当地地区的地质情况, 预应力锚固技术在公路边坡的应用有着很大的意义。要保证边坡施工的质量安全, 就要对抗滑桩的质量进行检测, 充分应用相应的预应力抗滑桩技术的质量检测方法来保证工程的安全。预应力锚固技术在公路边坡实际应用中是多方面的, 考虑边坡的地理位置和地质情况, 要对边坡稳定性做出具体的分析, 根据实际情况给出边坡加固方案, 通过对工程勘测的实际情况进行选取, 并且进一步设计加固的方案, 达到边坡加固的目的。这些技术的应用一方面在坡边加固处治的工程中起到了指导作用, 确保了工程质量, 另一方面为以后的坡边工程建设也提供了宝贵的经验。

由于公路建设是巨大的工程, 公路坡边预应力锚固的工程设计方面也是需要考虑经济方面的因素的, 在选择不同类型锚杆和锚索方案时, 其工程造价方面也是不同的, 工程造价要在国家规定的范围之内, 出现超出预算的情况, 要及时调整和改进方案。而预应力锚固技术在公路坡边技术的应用大大优化了公路坡边加固的方案, 不仅有了更多的选择, 也大大提高了经济效益, 使得公路坡边加固在节约经济成本的基础上, 同时保证了公路坡边加固工程的质量, 提高公路坡边加固工程的工作进度和效率。

3 总结

预应力锚固技术在公路坡边加固的应用有不同的类型, 要根据具体的地理环境来选择不同的施工方案。在研究了大量的示范工程数据后, 通过对其进行理论的分析, 现有的一些锚固体系的方法无论是在选型方面还是在锚杆和锚索质量的测试方面都能够有效的提高工程实施的质量, 公路的预应力锚固边坡测试是实体工程测试锚固技术的最简洁方法, 通过测试来分析锚索拉力等一些问题是否到达要求。预应力锚固技术在公路边坡中的应用具有很大的意义, 在公路建设这项庞大的工程中, 施工人员需要不断的努力探索研究来完善施工方案, 在实际工作中也需要大家多方面的努力来提高预应力锚固技术在公路边坡中的应用。

摘要：近年来, 我国的经济取得了稳定较快的发展, 随着我国综合国力的总体提升, 国家对公路建设的规模也越来越大。随着社会的发展和进步, 国家加大了对于公路的建设力度, 使人们的出行更加方便快捷。在公路建设的过程中, 山区高等级公路建设是比较复杂的, 存在着许多艰巨的任务。国家对于山区高等级公路建设过程进行探索, 发现比较突出的问题就是如何保持边坡的稳定性。边坡稳定性对于山区高等级公路的修建起着至关重要的作用, 在保护环境和预防地质灾害的前提下, 我们需要考虑边坡加固的问题, 而锚杆锚索预应力加固技术则是解决这些问题非常实用的方法。

关键词：公路边坡,预应力锚固技术,公路建设

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预应力锚固工程 篇7

1 预应力锚固技术的设计概述

1. 1 预应力锚杆的材料设计

近些年来, 预应力锚固技术发展迅猛, 在不同的支护工程中, 使用的锚杆材料也有所差异。其中, 灌浆型预应力锚杆是坑边坡支护中最为常用的, 施工条件较低、操作简单、加固效果显著。在灌浆型预应力锚杆设计中, 可以分为土层锚杆和岩层锚杆两种, 根据锚杆承载力设计值大小, 选用的材料分别是钢筋、钢绞线或高强钢丝、精轧螺绞钢筋。

1. 2 预应力锚杆的受力设计

( 1) 预应力锚杆受力分析。在岩土体锚固支护中应用的预应力锚杆, 其受力主要是拉力, 其对岩土体的锚固作用原理为: 深入到岩土层中的锚固杆对岩土层有一定抗拔作用力, 在锚固段杆体受力时, 由于锚杆与水泥砂浆之间有粘结力, 会先将受力传递到砂浆中, 然后经砂浆传递到土体中。在力的传递过程中, 荷载增加时, 锚杆与水泥砂浆间的粘结力会逐渐向锚杆下端发展, 当锚固段粘结力达到最大时, 就会与土体间发生相对位移, 直到最大摩擦力为止。锚杆位移量在一定范围内是与拉力大小成正比的, 但当超过一定值时, 会出现位移突然增大。在不增加拉力的情况下, 依然会持续位移, 锚杆功能被破坏。在预应力锚固技术中, 锚杆的承载力是此技术应用的核心所在, 其影响因素主要有: 锚杆材料本身的极限抗拉强度值、锚杆与锚固体间极限粘结力值以及锚固体与岩土体间极限侧阻力值。在各个影响因素中, 其决定性作用的是岩土体与砂浆间的极限侧阻力。

( 2) 预应力锚杆的设计计算。根据锚杆的受力原理, 在预应力锚固技术应用时, 需要分别计算以下几个值, 以确保预应力锚固技术达到预定效果, 具体有: 首先, 锚杆截面积的确定。在确定锚杆截面积前, 需要先明确锚杆的轴向拉力标准值 ( Nak) 和设计值 ( Na) , 其公式分别为:

其中, Htk是锚杆水平拉力标准值, α 是锚杆倾角;

γQ是荷载分项系数。根据公式 ( 1) 和 ( 2) , 可以确定锚杆截面积 ( As) 为:

公式中 γ0、fpy分别表示边坡工程重要性系数、锚杆抗拉强度设计值, ζ2为锚筋抗拉工作系数, 永久性锚杆和临时性锚杆分别取0. 60 和0. 92。

其次, 计算锚固体与岩土层间的锚固长度, 其公式为: la≥Nak/ ζ1πD frb, la、D分别表示锚固段长度和锚固体直径; 为锚固体与岩土层间粘结强度特征值, 采用规范规定值或现场试验值; ζ1为锚固体与岩土层粘结工作系数, 永久性锚杆和临时性锚杆分别取1. 00 和1. 33。

( 3) 计算锚体材料与锚固砂浆间的锚固长度, 公式为: la≥γ0Na/ ζ3πnd fb, 其中, la、d、n分别表示锚杆钢筋与砂浆的锚固长度、锚杆钢筋直径以及钢筋数量; γ0表示边坡工程重要性系数, fb为锚杆钢筋与砂浆间粘结强度设计值, 采用规范规定值或现场试验值; ζ3为锚杆钢筋与砂浆间粘结工作系数, 永久性锚杆和临时性锚杆分别取0. 60 和0. 72。

2 在矿坑边坡支护中的实践分析

2. 1 矿坑概况

以某尾矿坑边坡治理工程为例, 矿坑为凹陷坑, 坑长约为400 m, 坡高在15 ~ 32 m左右, 坡角约为70 ~ 85°。矿坑周边岩体虽然是单斜岩层, 岩面与坡面相反, 岩层倾角小于边坡角, 但岩体中存在大量节理裂隙, 容易发生崩塌。同时, 在矿区开采作业中, 经大量开采后, 形成了较为陡峭的边坡, 在暴雨时, 容易发生滑坡、泥石流等灾害。此外, 矿坑附近有居民楼, 最近居民楼与矿坑距离为12 m, 一旦发生滑坡等自然灾害, 会严重威胁周边居民的生命财产安全, 故而, 此尾矿坑边坡定为一级边坡进行处理。

2. 2 预应力锚固技术的设计与施工

( 1) 预应力锚固技术的设计。在预应力锚杆设计中, 收集本尾矿坑工程的岩土工程参数, 包括边坡场地岩石密度、岩体坚硬程度、抗剪强度和基本质量等基本材料, 通过变坑整体稳定性分析, 来确定边坡支护设计的参数。然后根据上述预应力锚固设计的相关计算公式, 就可以确定各项设计值, 其中, 锚杆总轴向拉力标准值Nak≥2 157 KN, 锚杆总轴向拉力设计值Na≥2 805 KN, 锚杆总长度超过37 m, 截面积为3. 55 × 10- 3㎡。

( 2) 预应力锚固技术的施工。为确保预应力锚固技术起到预定的锚固效果, 还需要做好施工过程的控制, 具体要点有: 首先是边坡喷锚施工。钻孔过程要根据设计的锚杆直径来确定孔径, 按照图纸的角度做好钻孔工作, 水平和垂直方向的孔距偏差应分别控制在50 ~ 100 mm以内。其次是做好注浆压力控制, 浆液中要添加适量膨胀剂, 注浆管要与锚杆同时放入钻孔中, 边注浆边提注浆管, 至孔口冒浆为止。在预应力张拉过程中, 要在砂浆强度、喷射砼强度达到设计标准后, 才能开始张拉锚杆, 先张拉至设计荷载1. 05 倍并维持5 ~ 10 min, 后张拉至0. 65 倍设计值将锚杆锁定。

( 3) 重视防腐施工。防腐对于锚杆使用寿命起着重要保护作用, 杆体表面要用防腐漆处理, 再包裹塑料布, 重复三次形成三度防腐, 最后还需要2. 5cm以上厚的水泥浆层来封闭防腐; 锚头的防腐要经两次除锈、涂防腐漆, 然后用5 cm以上厚的混凝土层保护。

( 4) 做好排水施工。矿坑边坡的排水包括顶部排水和坡面排水, 前者可以直接开挖排水沟, 后者需要在坡面设置泄水孔, 并在孔后做反滤层。

3 结语

综上所述, 预应力锚固技术可以起到良好的矿坑边坡支护作用, 能够有效对矿坑作业的安全。随着我国矿产资源需求的不断增加, 矿坑作业规模越来越大, 加强预应力锚固技术的研究, 将其正确应用于矿坑边坡支护实践中, 有着重要现实意义。

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