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1、1土层预应力锚索土层预应力锚索在台儿庄泵站工程中的应用在台儿庄泵站工程中的应用刘士冬 鞠君周 赵景飞二分局台儿庄泵站工程项目部二分局台儿庄泵站工程项目部2007 年年 1 月月1土层预应力土层预应力锚索在台儿庄泵站工程中的应用锚索在台儿庄泵站工程中的应用刘士冬 鞠君周 赵景飞预应力技术在我国水利水电工程中已广泛应用，土层预应力锚索是一种安设在土层深处的受拉体，它一端与构筑物相连，另一端锚固在土层中，安设时施加预应力，改善结构内部应力状况，维护构筑物的稳定。一、一、概述概述台儿庄泵站工程基坑开挖由 EL26.5m 开挖至 EL8.2m，开挖深度 18.3m，开挖边坡大部分为 1：2，但北侧临近原
2、防洪堤，无法形成缓坡，故此在此部位设计一排支护灌注桩进行垂直开挖。灌注桩顶部设冠梁连接，中部设两道腰梁，其中上层腰梁每 2m 设置预应力锚索一根，下层腰梁每 2m 设置预应力锚索 1 根，如下图所示：二、预应力锚索施工二、预应力锚索施工2.1 技术要求 锚索预加力值为 111.59KN； 锚固强度大于 15MPa 并达到设计强度等级的 75后方可张拉；2 锚索宜张拉至设计荷载（185.98KN）的 0.91.0 倍后再进行锁定。2.2 锚索型式预应力锚索为 3 束 7 股（75）钢绞线，共 28 根，间距 2m，内锚固段长度 10m，非锚固段长度 5m，水平倾角 15，孔径 159。钢绞线选用
3、天津大强钢铁有限公司生产的 1860 级 75 高强度低松弛预应力钢绞线。其主要技术指标见下表：预应力锚索钢绞线特性表预应力锚索钢绞线特性表序号性能指标参数备注 1公称直径15.24mm带 PE18.2mm 2公称面积140mm2 3公称抗拉强度1860N/mm2 4延伸率3.5% 5最大松弛率2.5%2.3 施工工艺2.3.1 施工工艺流程图预应力锚索施工工艺流程图预应力锚索施工工艺流程图表 1造 孔清 孔送 索钢绞线内锚固 段去皮洗油安装钢套管、预埋垫板 (浇筑腰梁过程中)注 浆张拉锁定外锚头保护编索测量放线32.3.2 工艺描述 安装钢套管、预埋钢垫板在腰梁施工时即对锚索位置安装钢套管（
4、即在混凝土内预留孔洞） ，在混凝土外侧预埋钢垫板，并在垫板后加设钢筋网片，以便更好的传力，防止混凝土受压破坏。 钻孔为更好的使锚固段浆材与土层结合，应尽量避免用水，采用无锡产 MD-30型锚固工程钻机，长螺旋钻杆进行钻孔，个别穿砂层易塌孔时采用泥浆固壁。 清孔用长螺旋钻杆反复提钻，带出残留物。 锚索处理锚固段去皮洗油后，将灌浆管（25 硬质塑料管） 、钢绞线捆扎成一束，每 1m 用隔离支架分离，编号标识。 送索人工送索，要求送索时锚索曲率半径不得小于 3m，并速度均匀。 注浆全孔一次灌浆，采用 M20 水泥砂浆，YSB-2S 砂浆泵进行灌注。 张拉锁定根据试块强度试验确定 7d 后进行张拉。安
5、装工作锚具、限位板、夹片、千斤顶及工作锚，先对单根钢绞线进行预紧（20KN） ，然后整索进行分级张拉，并详细记录。张拉过程中，达到每一级控制应力后稳压 5min 后可进行下一级张拉，达到最后一级张拉控制力后，稳压 10min 进行锁定。张拉分级采用以下级别：预张拉 0.1Nu（取 20KN）0.2Nu（取 40KN）0.4Nu（取 75KN）0.6Nu（111.59KN） 0.8Nu（取 150KN） 1.0Nu（185.98KN）111.59KN (锁定)。 外锚头保护张拉锁定完毕卸下工作锚，外留 60cm 钢绞线，其余部分截除，锚头涂刷4黄油保护。2.4 施工设备主要施工机械设备表主要施工
6、机械设备表设备名称规格型号数量备注 锚固工程钻机MD-30 型2 台长螺旋钻杆 砂浆泵YSB-2S1 台 空压机3m31 台 液压千斤顶KYG-201 套配 SYB-1 液压油泵三、基本试验三、基本试验锚索施工前，应进行基本试验，以验证各项参数的可行性和施工工艺的合理性。3.1 试验步骤 对试验用计量设备、器具进行率定和标定； 安装工作锚具、限位板、夹片、千斤顶、工作锚及千分尺，先对单根钢绞线进行预紧（20KN） ，然后整索进行分级循环加、卸荷载试验。加卸荷等级及观测时间如下表所示：锚索基本试验加卸荷等级与位移观测间隔时间表锚索基本试验加卸荷等级与位移观测间隔时间表加荷标准 循环数100 （）
7、基本试验荷载加荷量第一循环103010 第二循环1030503010 第三循环10305070503010 第四循环103050708070503010 第五循环103050809080503010 第六循环1030509010090503010 观测时间（min）5555105555 试验标准a、每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不少于 3 次（即稳压前、稳压后和最终值） 。b、在每级加荷等级观测时间内，锚头位移小于 0.1mm 时，可施加下一级荷载，否则应延长观测时间。c、锚索破坏标准：后一级荷载产生的锚头位移达到或超过前一级荷载产生位移增量的 2 倍时；锚头位移不稳定；锚索杆体拉断。d
8、、基本试验最大试验荷载不宜超过锚索承载力标准值的 0.9 倍。结合设计表 2表 35锚索基本实验QS 及QS 曲线锚索基本实验QS曲线要求，取为 217.5KN。 试验完毕，按照张拉施工顺序和要求将锚索进行锁定。 对试验资料进行整理和分析。3.2 试验结果 荷载位移（Qs）曲线，荷载弹性位移（QSe）曲线和荷载塑性位移（QSp）曲线 各锚索位移增量锚索基本试验位移增量表锚索基本试验位移增量表1#锚索2#锚索3#锚索循环加载等 级 KN位移值mm位移增量mm位移值mm位移增量mm位移值mm位移增量mm165.254.004.493.992108.758.124.1210.485.9910.096
9、.103152.2512.594.4717.456.9715.995.904174.0015.042.4521.053.6019.163.175195.7517.352.3124.323.2721.492.336217.5020.493.1428.424.1024.943.45 结果分析由 3 根锚索试验的资料可知，3 根锚索均加载至 217.5KN，且锚头位移均收敛。从上表可以看出每根的后一加载等级的锚头位移增量都没有达到前一加载等级位移增量的 2 倍，由此可知锚索在加载等级为 217.5KN 的情况下未破坏。6规范要求锚索弹性变形不应小于自由段长度变形计算值的 80，且不应大于自由段长度与
10、 1/2 锚固长度之和变形计算值。根据直线型锚索伸长值计算公式 ，经计算可知位移值的允许范围为 13.08mm19.07mm，由上表和绘制的曲线可知 1#、2#和 3#锚索的弹性变形值分别为 16.69mm、18.44mm 和19.85mm，其中 3#锚索弹性变形值略超过规定的计算范围，经过对原始数据分析锚索未达到破坏标准且锚头正常收敛为读数有误所致。由上述数据和分析结果可知本次试验有效，可以按原施工工艺和程序进行正常施工。四、结束语四、结束语此结构在施工期对灌注桩顶部进行了变形观测，最大位移值为 4mm，在设计允许的 10mm 范围内，有效的保证了永久构筑物的施工。土层预应力锚索可在深基坑直
11、立开挖较高，上层侧向受力较大时使用，结合支护灌注桩、土层锚杆，使支护灌注桩上部受锚索约束，下层受锚杆约束，对直立边坡进行支护。能够在深基坑开挖放坡受限时，避免扰动相邻建筑物基础，保证基坑施工的情况下具有很好的优越性，是值得推广的实用技术。在整个实施的过程中，有两个问题值得我们去思考：一是在造孔采取干钻的过程中发现土层中含有少量姜石，钻孔进尺困难，于是在非锚段部分区域采用了水钻，并未影响最终支护效果；二是土层的特性与岩石或混凝土不同，张拉锁定的程序也就不一样，土层锚杆按程序张拉设计值放张至 60后再进行锁定，也就是说在土锚与岩锚的区别在于锁定荷载值不同，土锚中应考虑支护后临空面的变形预留值，那么放张回弹 40%后再锁定，从而保证了土锚的持力和变形的可靠性。AEPL
