預應力錨桿錨固力松弛及扭矩與張拉力關系研究

唐國慶

（中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學研究所，浙江 杭州 311600）

預應力錨桿錨固力松弛及扭矩與張拉力關系研究

唐國慶

（中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學研究所，浙江 杭州 311600）

為解決水利水電地下廠房、交通洞、邊坡等工程開挖后的巖壁、邊坡、洞邊的穩定問題，在設計施工中經常采用到預應力錨桿的方法進行加固處理。通過對樹脂錨固的預應力錨桿錨固力松弛研究和扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關系研究，為設計施工提供一些經驗供同行交流參考。

預應力錨桿；應力松弛；扭力板手；張拉力

水利水電工程地下廠房、交通洞、導流洞、邊坡開挖等工程，由于卸荷、變形、風化、破碎、節理、裂隙發育狀況，需要解決開挖后的巖壁、邊坡、洞邊等的穩定問題，在設計施工中經采用到預應力錨桿的方法進行加固處理，解決防止失穩，確保開挖部位的穩定和安全。

在預應力錨桿錨固設計和施工中，應考慮預應力應力松弛問題，利用扭力板手對錨桿施加預應力施工十分方便，但應考慮扭矩與錨桿張拉力的關系問題。進行了多個水利水電工程的樹脂錨固預應力錨桿錨固力松弛試驗和扭力板手扭矩與錨桿張拉力的關系試驗。

1 扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關系試驗研究

1.1 錨桿螺栓扭力矩計算公式

錨桿螺栓力矩用于克服螺栓副的螺紋阻力矩T1及螺母與被連接件（或墊片）支承面間的端面摩擦力矩 T2。施加扭力矩時，可用扭力板手，其扭力矩計算計算公式為:

式中:T—錨桿螺栓扭力矩；

K—扭力矩系數；

D—錨桿螺栓標稱直徑；

F—錨桿張拉力（軸力）。

一般來說，K值主要取決于兩個螺栓副的摩擦因數u1（螺紋當量摩擦因數）和u（螺母與被連接件支承面間的摩擦因數），一般機械中常設u1=u= u′（此條件近似符合工程實際），K與生銹的螺栓，上油的螺栓，或者加了墊片、加了鎖緊墊圈等因素密切相關，對標準螺栓來說，尺寸大小對 K值的影響是很小的。K值一般在0.1～0.3之間。由于改變了摩擦力，同樣的扭力矩就不能得到同樣的軸向張拉力。

1.2 扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關系試驗

（1）某水電站擴機工程邊坡預應力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預應力錨桿張拉力關系試驗。

試驗主要設備:1級精度拉壓力傳感器、靜態電阻應變儀。

器具:某工具廠生產的扭力板手 （型號: AC280-1000Nm）。

錨桿直徑Φ40mm，螺紋M36，錨固長度1.1m。初次旋進，絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗結果見表1。

表1 1#孔試驗結果

試驗主要設備:1級精度拉壓力傳感器、靜態電阻應變儀。

器具:某工具廠生產的扭力板手 （型號:TG750-2000Nm）。

錨桿直徑Φ40mm，螺紋M36，錨固長度1.8m。初次旋進，絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗結果見表2。

表2 2#孔試驗結果

（2）某抽水蓄能電站地下廠房巖壁預應力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預應力錨桿張拉力關系試驗。

試驗分3次在專用試驗架上進行。

試驗主要設備:1級精度拉壓力傳感器、靜態電阻應變儀。

器具:某工具廠生產的扭力板手 （型號: AC250-1000Nm）。

錨桿直徑Φ36mm，螺紋M30，錨固端固定在架子上。絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗結果見表3～表5。

表3 錨桿螺紋初次旋進試驗

表4 錨桿螺紋二次旋進試驗

表5 錨桿螺紋三次旋進試驗

從 3次螺紋旋進分析，其扭力矩與錨桿張拉力關系中，顯然同樣扭力矩情況下，張拉力在增大，這與多次旋進后摩擦因素變小有關。

2 預應力錨桿錨固力松弛試驗研究

2.1 預應力錨桿錨固端錨固力計算

（1）錨固長度理論值計算:

式中:L—錨固長度；F0—桿體破壞荷載（一般可取錨桿屈服強度值，直徑為螺紋內徑）；C1—錨固劑對巖石的粘接強度（由錨固劑廠家提供數據，現場試驗驗證）；D1—鉆孔直徑。

（2）錨固劑有效長度值計算:

式中:L′—錨固劑有效長 度；n—錨固劑節數；d0—錨固劑直徑；L0—單節錨固劑長度；D1—鉆孔直徑；D2—錨桿直徑。

（3）錨桿預應力張拉力驗算:

式中:Py—錨桿張拉力；d1—錨桿螺紋內徑；fy—錨桿強度設計值。

2.2 錨桿錨固力松弛試驗

某抽水蓄能電站地下廠房巖壁預應力錨桿錨固力松弛試驗，試驗分2個孔進行。

試驗工況:錨桿直徑Φ36mm，螺紋M30，錨固長度0.5m，錨固劑為淮南礦業生產的 Z2850型樹脂錨固劑，對巖石粘接強度大于7MPa，錨桿有效直徑26.72mm，錨桿強度設計取值fy為305MPa，預應力錨桿張拉力設計值取170kN，孔深11.8m，錨桿長12m，施工扭力板手為嵊州市工具廠生產的扭力板手（型號:AC250-1000Nm），螺紋加黃油，初次旋進，墊片為鋼板。

試驗主要設備:1級精度拉壓力傳感器、靜態電阻應變儀。待錨固劑充分凝固后進行試驗。

表6 1#孔錨桿試驗結果

表7 2>#孔錨桿試驗結果

通過兩次錨桿錨固力松弛試驗，基本上可以得出這種錨固劑錨固力松弛主要發生在前10min，后期應力松弛十分小，具體試驗結果見表6、表 7。

3 結語

（1）預應力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預應力錨桿張拉力關系，不同的扭力板手對應各種規格的錨桿和螺紋需要找出相應的扭力矩與張拉力關系。

（2）試驗扭力矩與張拉力關系時，要保持與現場實際使用條件一致，如初次旋進、加黃油、墊板等。

（3）同一螺紋第 3次旋進與初次旋進，同樣扭力矩其張拉力會增大約 5%，所以如發生反復旋進螺帽時要注意這個問題，在控制扭力矩時要適當調整。

（4）預應力錨桿應力松弛主要發生在初期前10min階段，后期松弛很小，預應力松弛值約下降5%，所以在張拉錨桿時應考慮這個因素，一般張拉值比設計值增加約5%。

（5）一般預應力錨桿張拉力達到設計值（考慮錨固力松弛）后，自由段應盡快灌注水泥漿。

TV31

：A

：1008-1305（2015）05-0047-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.017

唐國慶（1963年—），男，高級工程師。