淺談壓力分散型錨索的張拉施工

史長全

(甘肅中鐵建設工程有限公司,甘肅蘭州730050)

淺談壓力分散型錨索的張拉施工

史長全

(甘肅中鐵建設工程有限公司,甘肅蘭州730050)

隨著公路、鐵路、大型水(火)電站、廠房等的建設延伸向山地、丘陵地區,邊坡越來越高,地質情況越來越復雜,大預應力錨固工程應運而生。而壓力分散型錨索以其優越的力學性能和耐久性受到廣泛關注。通過對壓力分散型錨索張拉施工的分析,淺析壓力分散型錨索的受力特點及優點。

挖方高邊坡;壓力分散型錨索;張拉施工

0 前言

某電廠邊坡以挖方邊坡為主,最大高度約84 m。邊坡防護以預應力錨索框架梁、錨筋樁框架梁為主,以漿砌片石坡面封閉、排水溝、仰斜排水孔為輔。預應力錨索主要分布在一段、二段、三段二級坡。其中一段二級坡100根,二段二級坡44根,三段二級坡164根,總共308根1 000 kN壓力分散型錨索。每根錨索由8束直徑為15.24 mm高強度低松弛、抗拉強度不小于1 860 MPa的鋼絞線組成,分為4組,每2根為1組,長度分別為25 m、22 m、 19 m、16 m。

1 張拉設備的選擇

根據設計文件,錨具選用OVM 15-8型,張拉錨固鎖定力為1 000 kN，選用OVM YCW150B與ZB4-400型油泵進行張拉可滿足施工要求。

OVM YCW150B型千斤頂技術參數:

公稱油壓:51 MPa

公稱張拉力:1 470 kN

張拉行程:200 mm

質量:193 kg

鋼絞線預留長:A=680 mm

張拉活塞面積:2.8981×10-2m2

回程活塞面積:1.1074×10-2m2

穿心孔徑:Φ128 mm

外形尺寸:D=310 mm，L=510 mm

ZB4-500型油壓泵技術參數:

額定壓力:50 MPa

質量:120 kg

額定流量:2.2 L/min

外形尺寸:745 mm×494 mm×1 025 mm

2 1 000 kN壓力分散型錨索(4單元8束)張拉工藝流程圖(見圖1)

圖1 1 000 kN壓力分散型錨索(4單元8束)張拉工藝流程圖

3 1 000 kN壓力分散型錨索(4單元8束)張拉工藝流程

(1)預張拉:在正式張拉前,先按照荷載為0.1倍的設計拉力預張拉,整體張拉1～2次,使錨索拉直,然后松開。

(2)差異分步補償張拉:

第一步:先按照差異荷載ΔP1張拉第一單元(25 m的一組錨索),并采用ΔL1-2張進行控制,張拉到位后鎖定工作錨和工具錨;在千斤頂行程內不回油,壓力表不歸零,繼續進行第二步張拉。

第二步:再按照差異荷載ΔP2同時張拉第一單元(25 m的一組錨索)和第二單元(22 m的一組錨索),并采用ΔL2-3張進行控制,張拉到位后鎖定工作錨和工具錨;在千斤頂行程內不回油,壓力表不歸零,繼續進行第三步張拉。

第三步:再按照差異荷載ΔP3同時張拉第一單元(25 m的一組錨索)、第二單元(22 m的一組錨索)和第三單元(19 m的一組錨索),并采用ΔL3-4張進行控制,張拉到位后鎖定工作錨和工具錨;在千斤頂行程內不回油,壓力表不歸零,繼續進行整體同步張拉。

(3)分級補償,分級整體張拉。

按照上述,每級荷載張拉前先進行第一、二、三步分單元補償張拉后,再將四組錨索(即25 m長的第一單元、22 m長的第二單元、19 m長的第三單元、16 m長的第四單元)整體張拉,按照設計荷載的25%(250 kN)、50%(500 kN)、75%(750 kN)、100%(1 000 kN)、110%(1 100 kN)五級分級補償,分級整體張拉,至張拉鎖定。

4 1 000 kN壓力分散型錨索(4單元8束)張拉荷載和伸長量計算

4.1 張拉荷載的計算

錨索設計荷載采用平均法進行分配,即每單元錨索承受的荷載為設計荷載的 1/4(P每組= 1 000 kN/4=250 kN)，每根錨索承受的荷載為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 伸長量的計算

根據每單元的錨索長度,確定各級荷載對應的伸長量。

ΔL1=P每組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 差異荷載和伸長量計算

差異伸長量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。

差異荷載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 分級差異荷載

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 油壓表讀數

按照分級差異荷載補償及逐級加載原理,根據千斤頂標定結果:P=0.03424×N+0.509,則張拉過程油壓表讀數為:

第一級補償(2根鋼絞線):P=0.034 24×29.95+ 0.509 7=1.54(MPa)

第二級補償(4根鋼絞線):P=0.034 24× 93.91+0.509 7=3.73(MPa)

第三級補償(6根鋼絞線):P=0.034 24× 198.13+0.509 7=7.30(MPa)

補償完成,初次張拉時(8根鋼絞線):P= 0.034 25×250+0.509 7=9.07(MPa)(25%)

第二次張拉時(8根鋼絞線):P=0.034 25× 500+0.509 7=17.63(MPa)(50%)

第三次張拉時(8根鋼絞線):P=0.034 25× 750+0.509 7=26.20(MPa)(75%)

第四次張拉時(8根鋼絞線):P=0.034 25× 1 000+0.509 7=34.76(MPa)(100%)

第五次張拉時(8根鋼絞線):P=0.034 25× 1 100+0.509 7=38.18(MPa)(110%)

對應的伸長量:

ΔL1=P每組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 張拉過程控制

(1)張拉前將錨墊板管內的混凝土清理干凈、清除鋼絞線的表皮、除油,然后安裝錨具。錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密切對中,千斤頂軸線與錨孔及錨索軸線在一條直線上,不得壓彎或偏折錨頭,確保承載均勻同軸,必要時用鋼質墊片調整以滿足要求。

(2)套上工作錨板,根據氣候干燥程度在錨板錐孔內抹上一層薄薄的黃油。

(3)加載速率要平緩,速率宜控制在設計預應力值的0.1/min左右。

(4)在張拉過程中,當荷載每增加一級,均應穩定5 min,并記錄位移讀數。最后一級張拉荷載應維持10～20 min。在每級加荷等級的觀測時間內,測讀錨頭位移不應少于3次。

(5)在每級加荷等級的觀測時間內,錨頭移量不大于1.0 mm時,可施加下一級荷載;否則需延長觀測時間,直至錨頭位移量2 h小于2.0 mm時,方可施加下一級荷載。

(6)錨索張拉過程中出現下列情況之一時可視為破壞,應終止加載。

a. 錨頭位移長時間不穩定,或者不收斂;

b.后一級荷載產生的錨頭位移量是后一級荷載產生的錨頭位移量的2倍,即拉拔力-位移曲線圖出現明顯的拐點;

c. 錨索被拉斷。

(7)切割多余鋼絞線時,應用砂輪切割機,不得使用電焊機進行切割。

7 壓力分散型錨索的優點

(1)受荷時桿體軸力及粘結應力:峰值顯著減低,應力集中現象明顯減弱。

(2)受荷時粘結應力沿錨固段分布狀況:可沿錨固段全長較均勻的分布,在荷載傳遞過程中,不會發生粘結作用的漸進式破壞。

(3)粘結強度:灌漿體分段受壓,會對鉆孔壁產生較均勻的徑向力,使粘結強度提高。

(4)錨桿承載力:錨桿承載力隨錨桿長度增加成比例的提高,可得到高承載力的錨桿。

(5)耐久性:受荷時,灌漿體受壓,不易開裂,預應力筋外有油脂、PVC涂層及水泥漿體多層防腐,耐久性好。

TU351

B

1009-7716(2015)03-0116-02

2014-11-05

史長全(1983-)，男,甘肅隴西人,助理工程師,從事工程施工技術工作。