水电工程预应力锚固设计规范

水电工程预应力锚固设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ICS 27.140 P 59 备案号:J225—2003 中华人民共和国电力行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 P DL / T 5176—2003 水电工程预应力锚固 设 计 规 范 Design specification of Prestressed anchorage for Hydropower project 2003-01-09发布 2003-06-01实施 中华人民共和国国家经济贸易委员会 发布 目 次 前言 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ? 1 范围 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 2 规范性引用文件 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 2 3 总则 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 4 术语与符号 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 4.1 术语和定义 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 4.2 符号 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 5 一般规定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.1 基本资料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.2 预应力锚杆材料 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.3 锚固设计的基本内容 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 11 6 锚杆体的选型与设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 6.1 锚杆体的选型 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 6.2 锚杆体的结构设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 6.3 锚杆体的防护设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 6.4 张拉力的控制和张拉程序设计??????????????????????????????????????????????????? 17 7 边坡锚固 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 8 基础锚固 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 9 地下洞室锚固 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 9.1 围岩锚固 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 9.2 岩壁吊车梁锚固 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23 10 预应力闸墩锚固设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 25 11 预应力水工隧洞环形锚固设计 ?????????????????????????????????????????????? 26 12 水工建筑物的补强与锚固 ?????????????????????????????????????????????????????? 27 13 试验与监测 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 13.1 锚杆试验??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 13.2 锚杆体的原位监测 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 附录A (规范性附录)胶结材料与围岩的黏结强度 ??????????????? 30 附录B (规范性附录)预应力锚杆锚固试验 ??????????????????????????? 31 条文说明 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33 前 言 在我国水电水利工程中，应用预应力锚固技术对岩体边坡、地下洞室、建筑物基础、闸墩、水工隧洞等各类结构进行加固或改善应力，取得了良好的效果和一定的经济效益，并积累了丰富经验。为推广应用预应力锚固技术，提高预应力锚固的效能和技术水平，促进水电工程锚固技术的发展，国家经济贸易委员会以电力,2000,22号文《关于确认1999年度电力行业标准制修订 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目的通知》下达了编制《水电工程预应力锚固设计规范》的任务。水电规划设计标准化技术委员会于2000年12月在北京召开了《水 根据大纲审查会纪要的要求，编制组全面总结了我国预应力锚固技术的应用经验，完成了《水电水利工程预应力锚固技术的应用》、《有关国家和地区预应力锚固规范简介》、《水工隧洞环形锚束式预应力混凝土衬砌》和《〈水电工程预应力锚固设计规范〉按可靠度理论转轨和套改专题研究报告》等四份专题报告，在此基础上于2001年8月提出了规范初稿，2002年2月提出了规范送审稿。电力行业水电规划设计标准化技术委员会于2002年4 本标准是应用预应力锚固技术对岩体或水工建筑物实施加固的设计规范，应与其他相关标准配套使用。本标准的结构安全度是根据GB 50199《水利 本标准的附录A、附录B 本标准由电力行业水电规划设计标准化技术委员会提出、归口并负责解释。 本标准参加起草单位:西北勘测设计研究院，武汉大学土木建筑工程学院。 本标准主要起草人为:赵长海、苏加林、沈义生、王槟、吕祖珩、黄福德、侯建国、程燕、舒征、苏萍、王文奇、朱振家、李金祥、马军、赵玉江、 1 范 围 本标准规定了用于加固岩体和水工建筑物的预应力锚杆的设计原则和方 1 2 3 各种水工建筑物的基 4 5 6 7 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改(不包括勘误的内容)或修订均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最 GB175 GB50287 水工混凝土结构 DL/T5057 JGJ/T92 SD134 3 总 则 3.0.1 锚固设计应以充分利用围岩和岩体的承载能力为基本原则，在地质调查的基础上，根据工程的稳定性和结构应力分析的有关资料，对锚固 3.0.2 预应力锚固工程的地质勘察应根据锚固对象的建筑物等级，按GB 50287 3.0.3 预应力锚固工程可采用理论分析和工程类比法设计，重要工程还应根据原位监测结果进行修正，并根据监测结果分析锚固效果，对锚固后 3.0.4 预应力锚固设计应积极采用新技术、新工艺、新设备和新材料。 4 术 语 与 符 号 4.1 术 语 和 定 义 下列术语和定义适用于本标准。 4.1.1 预应力锚固 Prestressed anchorage 通过对锚杆(索)施加张拉力，使岩体或混凝土结构物达到稳定状态或改 4.1.2 预应力锚杆 Prestressed anchors 施加预应力后的锚杆。本标准将锚杆、锚束统称为锚 4.1.3 锚束 Tensile reinforcing bars 数股钢丝、钢绞线或钢筋，按一定规律编排成束的构件。亦称锚索。在预应力闸墩或预应力衬砌中又习惯称为锚束或锚索。 4.1.4 永久性预应力锚杆 Permanent prestressed anchors 在永久性工程中布置的使用年限为2年以上的预应力锚杆。 4.1.5 临时性预应力锚杆 Temporary prestressed anchors 在临时性工程中布置的和在永久性工程中布置的使用年限为2年以内的预 4.1.6 张拉锚杆 Tensile anchors 4.1.7 砂浆锚杆 grouted anchor bar 以普通螺纹钢材为杆体，在锚杆全孔充填水泥砂浆、快硬水泥砂浆或 4.1.8 锚杆体 Body of anchors 预应力锚杆的整体。包括内锚固段、张拉段、外锚头及相连接的所有 4.1.9 内锚固段 Inner anchored section 预应力锚杆体的内部持力端。它是用胶结材料或用金属加工的机械装置使锚杆内端与被锚固体深 4.1.10 张拉段 Tensile section 对预应力锚杆施加拉力时可以自由伸长的部分，当锚杆锁定后依靠自 4.1.11 外锚头 Outer fixed end 4.1.12 有黏结预应力锚杆 Prestressed anchors with bond 锚杆锁定后，张拉段与被锚固介质无相对滑动的预应力锚杆。 4.1.13 无黏结预应力锚杆 Prestressed anchors without bond 锚杆张拉锁定后，张拉段与被锚固介质之间能相对移动的预应力锚杆。 4.1.14 预应力钢材强度利用系数 Utilization factor on the strength of prestressed anchors 当预应力锚杆的张拉力达到设计值时，锚杆材料的平均应力值与锚杆 4.1.15 设计张拉力 Design tension 根据锚固设计需要，并考虑一定安全余度和由于岩体流变、混凝土徐变及钢材松弛可能引起的预应力损失后，确定的每根锚杆应施加的张拉荷 4.1.16 超张拉力 Extra design tension 为消除由于锚杆与孔壁的摩擦、锚具的压缩和锚束的回缩而引起的预应力损失，施工时将设计张拉力提高后的实际张拉荷载。 4.1.17 安装荷载 Load of installation 4.1.18 永存张拉荷载 Eternal tensile load 4.1.19 预张拉 Pretension 预应力锚杆正式张拉作业之前，为使锚束中各股钢丝或钢绞线受力均 4.1.20 补偿张拉 Compensatory tension 4.1.21 压力型锚固段 Anchored section on the compression type 采用无黏结预应力锚杆，并通过改变锚固段结构型式的办法，使内锚固段由受拉状态变为受压状态，用内锚固段的压缩传递张拉力，此时锚固 4.1.22 压力集中型锚固段 Anchored section on the compression-concentration type 内锚固段采用一个承载体，对预应力锚杆施加的张拉力全部集中在一 4.1.23 压力分散型锚固段 Anchored section on the compression-dispersion type 内锚固段采用多个承载体，对预应力锚杆施加的张拉力，分散在每一 4.2 符 L—— L—— 1 L—— 2 L—— 3 P—— m P—— c—— D—— n—— A—— q—— P—— 1 P—— 2 P—— 3 P—— 0 ,—— ,—— ,—— , —— 0 ,—— , —— d , —— p —— , c , —— Q , —— k p—— k q—— k , —— s , —— q S—— GK S—— QK , —— G , —— Q f—— ptk A—— p 5 一 般 规 定 5.1 基 本 资 料 5.1.1 1 2 3 4 5 5.1.2 1 2 3 围岩质量、主要构造的产状、各种结构面的组合关系及地下水的资料。 4 锚固工程所涉及部位岩体的抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩体重度、声波速度、岩体的c和, 值，可能失稳结构面的c和, 值，胶结材料与被锚 5 重要部位的锚固工程，应具有试验资料和原位监测资料。 5.2 预应力锚杆材料 5.2.1 锚杆材料可根据锚固工程的性质、锚固部位、工程规模，选择高强度、低松弛的预应力钢丝、钢绞线、无黏结预应力筋、精轧螺纹钢筋或 5.2.2 当采用高强预应力钢丝作锚杆材料时，其力学性质应符合GB/T 5223的规定;当采用预应力钢绞线作锚杆材料时，其力学性质应符合GB/T 5224的规定;当采用无黏结预应力筋做锚杆材料时，其力学性能、预应力筋涂料及外包层材料应符合JGJ/T 92 的规定;当采用精轧螺纹钢筋做锚杆材料时，其物理力学性质应符合表5.2.2-1和表5.2.2-2 表5.2.2-1 钢材名称及, 抗拉强度, 公称直径 屈服点sb级 别 伸长率, 冷弯 smm MPa MPa 型号 18 40SiMnV d=5a 90? 2540/835 不小于540 不小于835 不小于10, 45SiMnV 25 2d=6a 90? 32 36 不小于8, d=7a 90? 40 18 d=5a 90? 不小于935不小于735 不小于8, (980) 735/93525 d=6a 90? K40SiMnV 2(980) 不小于93532 不小于735 不小于7, d=7a 90? (980) 表5.2.2-2 mm 规格理论线密度有效基圆直径 公称kg/m 螺纹高h 螺距L 螺纹 d d 截面nv直径根弧 标准 允许 标准 允许 标准 允许 标准 允许 系数 d o基圆重 钢筋重 , mm 尺寸 偏差 尺寸 偏差 尺寸 偏差 尺寸 偏差 +0.4 +0.4 +0.3 0.0 18 18 18 1.2 9 0.5 2.00 2.11 0.95 –0.4 –0.8 –0.3 –0.4 +0.4 +0.4 +0.3 +0.3 25 25 25 1.6 12 1.0 3.85 4.10 0.94 –0.4 –0.8 –0.3 –0.3 +0.5 +0.4 +0.4 +0.3 32 32 32 2.0 16 2.0 6.31 6.65 0.95 –0.5 –0.8 –0.4 –0.3 +0.5 +0.4 +0.4 +0.3 36 36 36 2.3 18 2.3 7.99 8.50 0.94 –0.5 –0.8 –0.4 –0.3 +0.6 +0.5 +0.5 +0.4 40 40 40 2.5 20 2.5 9.87 10.5 0.94 –0.6 –1.0 –0.5 –0.4 图 形 5.2.3 预应力锚杆的外锚头、锚夹具、机械式内锚头和预应力钢筋连接器的材料性能，应符合国家关于钢材质量的规定。各种预应力锚具的性能和质量应符合GB/T 14370等标准的有关规定。当采用超高强预应力材料时，锚夹具应与其相匹配。 5.2.4 内锚固段和预应力锚杆封孔灌浆应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。当地下水有腐蚀性时，应采用特种水泥，其质量应符合GB 175 的规 5.3 锚固设计的基本内容 5.3.1 1 2 3 4 5 6 7 5.3.2 预应力锚杆的锚固范围和施加的锚固力应根据工程地质勘察资料、软弱结构面的位置、产状和力学性质，或结构物的力学要求等，按照 5.3.3 1 2 3 4 5.3.4 预应力锚杆的数量，应根据总锚固力和单根预应力锚杆设计张拉 5.3.5 对边坡、地下洞室和基础锚固所采用的预应力锚杆，其长度应按不稳定结构面的位置和在稳定的介质中有安全的胶结长度等条件确定。对于水工建筑物加固采用的预应力锚杆，其长度应根据结构物尺寸和应力分 5.3.6 1 根据锚杆的数量、施工条件、工艺要求的不同，选用方形、梅花形、矩 2 预应力锚杆的轴线方向，宜按最优锚固角布置。当受施工条件和地形条件限制时，经技术经济比较后，可适当调整轴线方向。 3 当布置有10根以上预应力锚杆时，锚杆可长短相间布置。当单根锚杆设计张拉力大于5000kN时，宜采用压力分散型内锚固段。 5.3.7 1 闸墩中的预应力锚杆，应根据闸墩的结构型式、锚块型式、闸墩的应力 2 预应力衬砌中的锚束，应根据应力分析的结果、采用的预应力筋种类和 5.3.8 有黏结预应力锚杆孔的直径，应大于锚束直径40mm以上。采用机械式内锚固段时，内锚固段部位钻孔直径的允许误差为 ?2mm 5.3.9 重要工程进行锚固设计时，除应按刚体平衡法进行稳定分析外，还应采用数学模型或物理模型，对锚固效果进行论证。对中、小型锚固工 5.3.10 永久性预应力锚固工程，应根据工程的重要性、周围介质和渗透水的化学性质等条件，对预应力锚杆进行防腐、防锈处理。 5.3.11 重要工程或工程的重要部位，应根据实际运行需要，布置一定数量的试验性锚杆。验证预应力锚杆提供的锚固力、设计选定参数的合理性。 5.3.12 6 锚杆体的选型与设计 6.1 锚 杆 体 的 选 型 6.1.1 锚杆体的型式应根据锚固工程的使用年限、单根锚杆的设计张拉 6.1.2 一般情况下，内锚固段应优先选择胶结式，当难以采用胶结式时， 6.1.3 胶结式内锚固段的胶结材料应优先选择水泥砂浆或水泥浆，有特 6.1.4 胶结式内锚固段的结构，一般情况下可采用拉力型。当单根锚杆张拉力较大，或对内锚固段区域的应力条件有特殊要求时，也可采用压力 6.1.5 1 单根锚杆的设计张拉力不大于1000kN 2 锚固区的围岩应较完整，其抗压强度应大于60MPa 6.1.6 预应力锚杆的外锚头，应由专门厂家采用金属材料制造。制造锚头的材料应符合本标准5.2.3的规定。特殊情况下，通过现场试验论证后， 6.1.7 1 2 当要求预应力锚杆具有一定刚度，或锚杆安装有特殊需要时，可采用精 3 当结构有特殊需要或有补偿张拉力要求时，可采用无黏结预应力锚杆。 4 设计张拉力小于200kN的临时性锚固工程，也可采用普通钢材制做的预应力砂浆锚杆。 6.1.8 在施工允许的条件下，应优先选择对拉式预应力锚杆。 6.1.9 新研制的预应力锚杆，必须经过现场验证后，方可在锚固工程中应用。 6.2 锚杆体的结构设计 6.2.1 预应力锚杆体中的内锚固段、张拉段、外锚头，以及各种连接部 6.2.2 胶结式内锚固段所提供的锚固力，必须大于预应力锚杆的超张拉力。内锚固段长度可按式(6.2.2)确定。对于重要工程，内锚固段长度还 P,,,,,0dcpm L? (6.2.2) 1, Dc , ——结构的重要性系数，?级锚固工程采用1.1，?级锚固工程采0 用1.0，?级锚固工程采用0.9 ——设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95，偶然状, 况采用0.85 , ——结构系数，仰孔采用1.3，俯孔采用1.0; d , ——黏结强度分项系数，采用1.2 c , ——单根预应力锚杆张拉力分项系数，采用1.15 p L——内锚固段长度，m 1 P——单根预应力锚杆超张拉力，kN m D——锚杆孔直径，mm c——胶结材料与孔壁的黏结强度，MPa，当缺乏试验资料时可按附 录A 6.2.3 当计算决定的内锚固段长度大于10m时，宜采取改善锚固段的岩体质量、扩大内锚固段直径或采用压力分散型内锚固段等措施，提高胶结 6.2.4 内锚固段胶结材料的性能应符合本标准5.2.4的规定。水泥浆胶结 材料的抗压强度等级不应低于M35;树脂材料的抗压强度不应小于50MPa。 6.2.5 机械式内锚固段应根据单根锚杆的设计张拉力、锚固部位岩体质量，并参照已建工程经验选择其结构型式和尺寸。对于重要工程，还应对选定的机械式内锚固段结构进行现场拉拔 6.2.6 采用机械式内锚固段时，其结构尺寸应与锚杆孔直径有较好的配合。应保证安装后，其外夹片与孔壁呈整合状曲面接触。锚杆拉紧后，外夹片的齿纹与孔壁紧密咬合，并保证作用在孔壁上的压力分布均匀，在超 6.2.7 1 锚束采用的高强预应力钢丝、钢绞线或精轧螺纹钢筋的材质应符合本标准5.2.2的规定。进行预应力锚杆设计时，在设计张拉力作用下，钢材强度的利用系数宜为0.6,0.65 2 锚束中各股钢丝或钢绞线的长度应一致。沿锚束的长度方向应安设隔离架，对于陡倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不宜大于4.0m;对于缓倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不宜大于2.0m。隔离架中应预留灌浆管和排 3 有黏结预应力锚杆封孔灌浆后，锚束的保护层厚度应大于20mm 4 机械式内锚固段同钢丝或钢绞线的连结必须牢固，连结部件的强度，应 满足本标准5.2.3 6.2.8 1 外锚头及其各部件的承载能力必须同单根锚杆的最大张拉力相匹配，其材料性能应符合本标准5.2.3的规定 2 外锚头的结构型式，应有利于孔口设备的布置与安装，有利于锚杆的张 3 当锚杆张拉时，采用的锚夹具应保证锚杆受力均匀;夹片的硬度适中，不损伤钢丝或钢绞线。锁定时，钢丝或钢绞线的回缩量不宜大于5mm 4 孔口混凝土垫墩应保证传力均匀。垫墩尺寸应根据单根锚杆的最大张拉力、垫墩材料性质、锚杆孔口周围的地质情况及其力学性质，通过计算确定。垫墩混凝土的强度等级不应低于C30。 5 垫墩顶面应设置钢垫板，其平面尺寸可略小于垫墩上平面尺寸，厚度不宜小于20mm。钢垫板和垫墩的承力面，应垂直于锚杆孔的轴线，其角度偏差不宜大于?2 6.3 锚杆体的防护设计 6.3.1 预应力锚固工程中的锚杆体，可按表6.3.1中的标准进行防腐、防 表6.3.1 预应力锚杆的防腐、防锈标准 预应力锚杆的工作时间 工作环境 临时性预应力锚杆 永久性预应力锚杆 无侵蚀性 按A级进行防护 张拉后15d内，按C级进行耐久性防护 张拉前按A级或B级防护;张拉后按C中等侵蚀性 张拉前按A级或B级防护 级进行耐久性防护 张拉前按B级进行防护;张张拉前按B级进行防护;张拉后按C级进强侵蚀性 拉后按C级进行耐久性防护 行耐久性防护 注1:A 注2:B 注3:C级防护材料为刚性防护材料，如水泥浆、水泥砂浆、波纹管及其他措施。 6.3.2 锚杆体防腐、防锈处理时，所使用的材料及其附加剂中不得含有硝酸盐、亚硫酸盐、硫氰酸盐。氯离子含量不得超过水泥重量的0.02,。 6.3.3 预应力锚杆采用水泥砂浆或水泥浆做为封孔灌浆或胶结材料时，胶结材料掺入的减水剂、早强剂、膨胀剂中对钢材有腐蚀作用的物质含量应符合本标准6.3.2 6.3.4 无黏结预应力锚杆内锚固段所使用的胶结材料应满足本标准6.3.3的规定。对于张拉段也必须采用水泥浆或水泥砂浆进行全孔封闭灌浆防护。 6.3.5 永久性预应力锚杆封孔灌浆后，对于外锚头应采用水泥砂浆包裹 6.4 张拉力的控制和张拉程序设计 6.4.1 对于岩体锚固工程，锚束中的各股钢丝或钢绞线的平均应力，施加设计张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的60,;施加超张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的70 6.4.2 对于水工建筑物的锚固工程，锚束中各股钢丝或钢绞线的平均应力，施加设计张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的65,;施加超张拉力时， 不宜大于钢材抗拉强度标准值的75 6.4.3 1 对由多股钢丝或钢绞线组成的预应力锚杆，在正式张拉前应按20,的设 2 3 每级张拉荷载，应持荷5min。锚杆锁定后，当预应力损失超过设计张拉力的10,时，应进行补偿张拉。被偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至超张拉荷载，最多进行两次。 4 对于布置多根预应力锚杆工程，应优化张拉程序设计。当邻近锚杆产生应力松弛的幅度超过设计张拉力的10 6.4.4 超张拉力的数值，应根据锚夹具的性能和造孔质量确定，一般情况下超张拉力不宜超过设计张拉力的15 6.4.5 当被锚固后的岩体可能继续变形时，除应按岩体稳定需要确定设计张拉力外，还应按岩体可能继续变形值的大小确定锚杆的实际安装荷载。 6.4.6 张拉设备的选择应满足 1 张拉设备的出力应满足超张拉的要求，其最大出力宜为设计张拉力的150 2 3 7 边 坡 锚 固 7.0.1 按GB 50287的规定，依据已查明的地质资料，在对边坡可能失稳或破坏型式分类的基础上，采用极限平衡理论进行稳定性分析，确定失稳 7.0.2 当采用预应力锚杆进行锚固时，应在充分考虑岩体自身强度和其他措施的阻滑作用基础上，确定由预应力锚杆施加的阻滑力大小。锚固后岩质边坡的稳定状况应满足式(7.0.2)的规定: 1npk (7.0.2) , , , q?0Qk,,dk , ——结构的重要性系数，?级边坡工程采用1.1，?级边坡工程采用0 1.0，?级边坡工程采用0.9 ,——设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95，偶然状 况采用0.85 , ——下滑力作用分项系数，采用1.1 Q , ——结构系数，采用1.15,1.0 d , ——抗滑力作用分项系数，采用1.1 k —— n p——单根预应力锚杆提供的阻滑力，kN k q——预应力锚杆承担的不稳定块体下滑力，kN k 7.0.3 大型边坡的锚固设计，宜对边坡稳定性进行专门研究，并对影响 7.0.4 锚杆长度应按式(7.0.4 L=L+L+L (7.0.4) 123 L——预应力锚杆长度，m L——内锚固段长度，胶结式内锚固段长度应按式(6.2.2)确定，机1 械式内锚固段，应根据锚杆与内锚固段的搭接长度确定，m L——张拉段长度，m 2 L——外露段长度，m 3 7.0.5 预应力锚杆与水平面的夹角可按式(7.0.5 ,,, , = , ? (7.0.5) 45:，,,2,, , —— , —— , —— ,5:，5:当确定的锚固角为, , ,时，锚杆与水平面的夹角应调整至, ?,5:5:或, ? 当受到施工现场或施工设备限制时，可适当调整锚固角度，但必须通过技 7.0.6 在边坡锚固设计时，应做好截水、排水设计。施工用水的排、放 8 基 础 锚 固 8.0.1 当水工建筑物与基础的结合面或基础中软弱结构面之间的抗滑力 8.0.2 各种水工建筑物基础的预应力锚固设计，应针对不同的工程对象，按相应的标准进行抗滑稳定、抗倾覆稳定分析计算，确定锚固范围和锚固力的大小。其结果应满足相应标准规定的要求。 8.0.3 对水工建筑物基础施加预应力后，在锚固荷载和各种荷载组合下，建筑物基础所承受的最大压应力，应小于基础容许的压应力。基础中的拉 8.0.4 根据软弱结构面的位置和产状，应按式(7.0.4)的规定计算锚杆 8.0.5 基础加固的预应力锚杆，应遵守本标准6.3.1的规定，按刚性防护标准(C 8.0.6 对于岩体裂隙发育或较为软弱破碎的基础，应在锚固之前对锚固 9 地 下 洞 室 锚 固 9.1 围 岩 锚 固 9.1.1 经稳定分析，对地下洞室中较大范围的压剪破坏区和塑性区及各 9.1.2 由预应力锚杆、砂浆锚杆、钢筋网喷射混凝土和围岩本身提供的单位面积上的支护抗力之和应满足式(9.1.2 ?P+P+P+P (9.1.2) q1230 式 P——预应力锚杆提供的支护抗力，kN; 1 P——砂浆锚杆提供的支护抗力，kN; 2 P——钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力，kN; 3 P——围岩具有的支护抗力，kN; 0 q——引起围岩失去稳定的下滑力，kN。 9.1.3 由预应力锚杆提供的单位面积上的支护抗力应满足式(9.1.3)的 1npk , , ,q? (9.1.3) 0qk,,ds , ——结构的重要性系数，?级地下工程采用1.1，?级地下工程采用0 1.0，?级地下工程采用0.9; ,——设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95，偶然状 况采用0.85 , ——需预应力锚杆承担的下滑力分项系数，采用1.05; q , ——结构系数，采用1.3 d , ——预应力锚杆材料分项系数，采用1.2 s q——需要预应力锚杆承担的下滑力，kN k P——单根预应力锚杆的支护抗力，kN k n—— 9.1.4 预应力锚杆应穿过破裂区或塑性区，内锚固段必须布置在没有扰动的弹性区内。内锚固段长度应满足本标准中式(6.2.2 9.1.5 预应力锚杆的间距不宜大于预应力锚杆张拉段长度的1/2。 9.1.6 预应力锚杆应均匀布置。锚杆宜沿洞室轮廓线的法向布置。 9.1.7 属于局部范围压剪破坏区、塑性区和由各种结构面组成的不稳定 9.1.8 位于顶拱部位的不稳定块体，应按预应力锚杆承担全部不稳定块 9.1.9 位于边墙部位的塌滑体，应计入不稳定块体周围岩体的嵌固作用，并按岩质边坡的稳定要求，计算需要锚杆提供的锚固力。 9.1.10 对有相邻洞室的岩墙，应优先采用对拉式预应力锚杆。 9.2 岩壁吊车梁锚固 9.2.1 地下厂房中布置在两侧岩壁上的吊车梁可采用预应力锚杆或砂浆 9.2.2 岩壁吊车梁的锚固力应通过刚体静力平衡法或弹塑性有限元法分析计算确定。按刚体平衡法进行设计时，单位梁长预应力锚杆的用量可按式(9.2.2 f1ptk , ,(, S+ , S)?A (9.2.2) 0GGKQQKp,,ds ——结构的重要性系数，?级工程采用1.1，?级工程采用1.0，?, 0 级工程采用0.9 ,——设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95，偶然状 况采用0.85 S——永久作用(如梁自重等)在预应力锚杆中产生的拉力标准值;GK S——可变作用(如吊车竖向荷载和吊车横向水平荷载)在预应力锚QK , ——永久作用分项系数，采用1.05 G , ——可变作用分项系数，采用1.10，吊车竖向荷载的动力系数可采Q 用1.05 , ——结构系数，预应力锚杆采用1.4 d , ——预应力锚杆材料强度分项系数，采用1.2 s f——预应力锚杆材料强度的标准值，按DL5057 ptk A—— p 9.2.3 岩壁吊车梁的预应力锚杆或砂浆锚杆材料宜选用高强、精轧的螺 9.2.4 由设计张拉力、最大起吊荷载和围岩变形在岩壁吊车梁预应力锚杆中产生的应力，三者之和应不大于0.80 9.2.5 岩壁吊车梁预应力锚杆或砂浆锚杆的锚固深度，应根据锚杆所承受的最大拉力，按本标准式(6.2.2)计算，并加上1m的围岩松弛区的影响 9.2.6 岩壁吊车梁预应力锚杆或砂浆锚杆与水平面的夹角，可根据需要 9.2.7 对岩壁吊车梁的预应力锚杆或砂浆锚杆的受力状况，应进行监测。 10 预应力闸墩锚固设计 10.0.1 对弧门闸墩，当门轴总推力超过25000kN时，通过技术经济比较， 10.0.2 1 锚块与闸墩和与大梁相连的颈部，以及闸墩锚固区上游混凝土中的主拉应力，应满足DL/T 5057 2 混凝土支撑结构的强度及变形应满足结构及运行的要求。 10.0.3 预应力闸墩宜采用三维有限元法进行应力分析，并按各种荷载组合所控制 10.0.4 1 预应力锚杆合力应通过支铰中心，其方向应同弧门支铰推力方向一致。 2 预应力锚杆在平面上的布置，应力求使闸墩内部应力分布均匀。闸墩中，预应力锚杆的间距不宜小于500mm，预应力锚杆与闸墩边缘的距离不宜小于600mm 10.0.5 可采用混凝土锚块或钢锚块。当采用混凝土锚块时应设置一定数 10.0.6 闸墩预应力锚杆穿索孔道的直径，应根据锚杆的直径确定，并留 10.0.7 预应力闸墩中，锚固区域的混凝土强度等级不得低于C30。锚块 的混凝土强度等级不得低于C40 11 预应力水工隧洞环形锚固设计 11.0.1 当水工隧洞承受的内水压力较高，对衬砌结构有防裂要求，洞线所通过的地层地质条件较差时，可通过技术经济比较采用环形锚束式预应 11.0.2 环形锚束式预应力混凝土衬砌，应根据SD 134要求，并将锚束施加的预应力值作为荷载之一，按弹性理论进行结构应力分析，必要时还 11.0.3 环形锚束式预应力混凝土衬砌，锚束与孔道管摩擦引起的预应力损失可按DL/T5057 11.0.4 锚束材料可使用低松弛无黏结预应力钢绞线或低松弛有黏结预应力钢绞线。设计时，钢材强度利用系数不宜大于0.75。 11.0.5 预应力锚束宜布置在靠近混凝土衬砌外缘。每断面宜采用整环锚束的布置 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。环形锚束间距应由计算确定，一般不宜大于500mm 11.0.6 宜采用HM 11.0.7 锚具槽及穿束孔道的位置与线型应准确，绑扎牢固，接头密封、 11.0.8 环形锚束式预应力衬砌混凝土的强度等级不宜低于C30。当衬砌混凝土达到设计强度等级的75 11.0.9 环形锚束张拉前应进行张拉工艺试验，张拉程序和张拉工艺应保 11.0.10 环形锚束张拉完成后，应立即对孔道进行回填灌浆，对锚具槽 11.0.11 环形锚束张拉后的回填和固结灌浆应按SD 134 12 水工建筑物的补强与锚固 12.0.1 加高混凝土坝体或对水工混凝土建筑物的裂缝、缺陷进行补强时，经过技术经济比较，可采用预应力锚杆进行锚固。 12.0.2 采用预应力锚杆锚固坝体，在抗滑稳定复核中，抗滑稳定安全系数和坝体应力应满足本标准8.0.2的规定。 12.0.3 对水工混凝土建筑物的裂缝或缺陷采用预应力锚杆锚固时，应选 12.0.4 对水工混凝土建筑物裂缝进行预应力锚固后，需要灌浆时，应控 13 试 验 与 监 测 13.1 锚 杆 试 验 13.1.1 重要锚固工程，在施工初期宜在现场进行胶结材料与被锚固介质的黏结强度试验和预应力锚杆的预应力损失试验。试验内容和数量根据设 13.1.2 锚杆试验应按本标准附录B规定的方法进行。无特殊要求时，不 13.1.3 锚杆试验的平均拉拔力不应低于预应力锚杆的超张拉力。如果平 13.1.4 预应力锚杆数量较多、锚杆间距较近、锚固部位的岩体质量较差、单根锚杆张拉力较大的重要锚固工程，宜进行锚固力的相互影响现场试验。 13.2 锚杆体的原位监测 13.2.1 预应力锚固工程应根据工程的重要性和实际条件，对预应力锚杆 13.2.2 1 2 3 13.2.3 1 监测 2 一个锚固区至少应布置一个观测断面，每个观测断面至少应选择三根观 3 13.2.4 在监测设计时应根据仪器的特性、施工和运行的规定，编写仪器 13.2.5 附 录 A (规范性附录) 胶结材料与围岩的黏结强度 A.1 当内锚固段的胶结材料采用水泥浆或水泥砂浆时，可按表A.1规定选 表A.1 水泥浆胶结材料与围岩的黏结强度 围岩类别 ? ? ? ? ? 黏结强度c 1.5 1.5,1.2 1.2,0.8 0.8,0.3 ?0.3 MPa A.2 当内锚固段的胶结材料采用树脂材料时，可按表A.2选择黏结强度 表A.2 围岩抗压强度 黏结强度c 围岩类型 MPa MPa 5.0 黏土岩、粉砂岩 1.2,1.6 14.0 煤、页岩、泥灰岩、砂岩 1.6,3.0 砂岩、石灰岩 50.0 3.0,5.0 100.0 花岗岩及各种类似花岗岩的火成岩 5.0,7.0 附 录 B (规范性附录) 预应力锚杆锚固试验 B.1 1 2 按设计拟定的张拉程序，逐级施加张拉力。每级荷载施加后持荷5min，进行相应的观测。当张拉力达到设计张拉力的110,时，停止加载，即可认为锚杆的锚固力满足设计要求 B.2 1 2 选择与加固工程地质条件相似的现场，按设计拟定的程序和工艺条件造孔、安装锚杆，待内锚固段就位或达到养护期限后，安装孔口设备和测量 3 用于进行破坏性试验的预应力锚杆，其长度可比工作锚杆短，但应满足 4 按设计拟定的张拉程序，逐级施加张拉力。每级荷载施加后持荷5min，进行相应的观测。当内锚固段产生连续性位移，或有30,的钢丝或钢绞线拉断，即认为预应力锚杆已达到破坏状态; 5 当施加的锚固力已达到钢材极限抗拉强度标准值时，预应力锚杆并没有出现本条第4款规定的现象，可由实测的荷载与变形关系曲线确定锚固力 6 进行锚固力破坏试验时，应做好安全防护，防止人身伤亡和设备损坏事 水电工程预应力锚固 设 计 规 范 条 文 说 明 目 录 3 总则 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35 5 一般规定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 5.1 基本资料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 5.2 预应力锚杆材料 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 5.3 锚固设计的基本内容 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 37 6 锚杆体的选型与设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 45 6.1 锚杆体的选型 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 45 6.2 锚杆体的结构设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 48 6.3 锚杆体的防护设计 ???????????????????????????????????????????????????????????????????? 54 6.4 张拉力的控制和张拉程序设计??????????????????????????????????????????????????? 55 7 边坡锚固 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 57 8 基础锚固 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 62 9 地下洞室锚固 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 64 9.1 围岩锚固 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 64 9.2 岩壁吊车梁锚固 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????? 67 10 预应力闸墩锚束设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????? 69 11 预应力水工隧洞环形锚束设计 ??????????????????????????????????????????????? 74 12 水工建筑物的补强与锚固 ??????????????????????????????????????????????????????? 78 13 试验与监测 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 80 13.1 锚杆试验???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 80 13.2 锚杆体的原位监测 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 80 3 总 则 3.0.1 采用预应力锚杆对岩体、基础、边坡及水工建筑物进行加固处理，主要目的是保持岩体和水工建筑物的稳定，改善水工建筑物或围岩的应力分布。在工程设计时必须详尽地掌握工程的运用要求和锚固对象的各种基础资料，根据不同的条件，采用可靠的技术措施，充分利用围岩自身的承载能力，因地制宜地进行设计工作，保证锚固工程安全可靠、技术先进、经济合理。 3.0.2 对于锚固工程，因地质条件的差异以及运行、管理要求的不同，锚固设计有较大的差别。为做好锚固设计，详尽地掌握地质资料和工程运行要求是必要的。锚固工程的地质工作深度，地质工作的内容和要求，应按GB 50287的规定进行。 3.0.3 锚固工程一般采用极限平衡法或有限元分析法进行锚固参数的设计，但对于重要的锚固工程是不够的。因为在设计初期或设计过程中，人们对地质资料的掌握和造成岩(土)体失稳的条件与影响稳定因素的认识往往是有限的。此外，锚固对象又受诸多影响因素的制约，小面积的试验资料又很难真实地反映实际情况，目前一些重要工程安排了反映综合因素影响的原位监测，这些监测成果也是设计工作不可缺少的重要资料。 3.0.4 预应力锚固技术是发展中的技术，由于其独特的经济效益，应用领域和范围越来越广泛。为保证工程质量，充分发挥锚固技术的优越性，积极推进新技术的发展具有重要的经济意义。 5 一 般 规 定 5.1 基 本 资 料 5.1.1,5.1.2 预应力锚杆的承载能力、锚杆的长度、锚杆的方位受地质情况影响很大，因此必须详尽地掌握锚固部位的地质资料。对地下洞室，主要 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 围岩的稳定状态和可能发生塑性变形的深度、范围;对局部破坏部位，主要了解和掌握滑动面或破坏面的位置、产状和不利结构面的组合;对水工建筑物本身，要掌握影响稳定和内部应力恶化的各种荷载和运行方式:对锚固介质，要掌握所处的环境条件及物理和化学特性。从而正确确定设计参数，优化结构布置和施工方法。 原位监测的资料，对地下工程的围岩稳定、边坡的稳定评定有非常重要的价值，原位监测的结果可直观地反映结构物及岩体的稳定状况。为此，许多工程特别是一些重要工程，在施工初期就布置了一定数量的收敛计、多点位移计或测斜仪，监测边坡或地下结构物的稳定状况，而且直接用于工程稳定评价。 5.2 预应力锚杆材料 5.2.1 在大多数的预应力锚固工程中，应用的锚杆材料主要有两种:一种是高强度、低松弛的预应力钢丝;另一种是高强度、低松弛的预应力钢绞线。 随着预应力锚固技术的发展，有些锚固工程还使用了高强度的精轧螺纹钢筋，以满足锚杆安装中的刚度要求。精轧螺纹钢筋的极限抗拉强度可达到1100MPa，其螺纹可直接用标准的联接器对接。我国丰满大坝的加固中，部分锚杆采用了由4根精轧螺纹钢筋组成的锚杆束，其总张拉力达到了2400kN，效果很好。 为了增加预应力钢材的防腐、防锈功能和适应特殊部位的预应力锚固需要，近年来在国际上和国内又将预应力钢材在生产厂家以特殊的工艺喷涂一层包裹材料，再敷涂润滑油脂外加PE塑料外包保护层。这种预应力筋可以自由伸缩，称之为无黏结预应力筋。无黏结预应力筋目前已广泛应用于各种锚固工程。小浪底边坡锚固、地下厂房锚固和排沙洞的环形预应力锚固， 几乎全部是采用这种类型的锚杆。 为解决塌孔地质条件锚杆安装的难题，近几年又开发了自钻式预应力锚杆，自钻式锚杆集造孔、锚杆安装、锚杆注浆于一身，施工方法简便，易于保证安装质量，其施加的张拉力可达3000kN。 当预应力锚杆设计张拉力小于300kN时，有些工程采用了普通螺纹钢筋做锚杆材料。 5.2.2 我国生产的预应力钢丝、预应力钢绞线和无黏结预应力筋均为定型产品，并制定了国家标准GB/T 5223、GB/T 5224和JGJ/T 92，预应力锚杆设计、施工、试验及验收均应以此为标准。对精轧螺纹钢筋，国家尚未制定技术标准。为保证工程安全，本规范根据已有工程经验和厂家条件制定了精轧螺纹钢筋的技术标准。 5.2.3 预应力锚杆的外锚头、锚夹具主要包括锚夹片、锚板、锚垫板和限位板。这些部件分别承担着传递、保持预应力锚杆张拉力的任务，是预应力锚杆实际施加预应力的重要部件。加工这些部件的材质也应符合国家标准，它们的加工质量和性能也应符合GB/T 14370的规定。 5.2.4 因矿渣水泥、火山灰水泥含有较多的硫化物和氯化物，对锚杆有腐蚀作用。故封孔灌浆的材料应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 5.3 锚固设计的基本内容 5.3.1 在锚固设计中，锚固效果的监测十分重要，所以监测设计的有关内容应列入设计文件中。 5.3.2 在预应力锚固设计中，需研究岩体或水工建筑物可能失稳的条件和失稳破坏的形式。确定预应力锚杆的锚固范围和锚固深度。 一般情况下，岩质边坡和水工建筑物基础的破坏形式主要是滑动。引起岩质边坡滑动的主要因素是顺坡节理或缓倾角节理的存在。查清顺坡节理或缓倾角节理的位置，以及和其他结构面的组合情况及其力学性质就可确定滑动范围、滑动力的大小，确定施加的阻滑力和锚固位置。 地下洞室围岩失稳主要有两种方式。一种是由于洞室开挖引起应力的重新调整，使某些部位应力超限，出现大范围的塑性区。为抑制有害变形的发展和限制塑性区的扩大，应采用系统加固的方法。根据洞室的开挖程序，通过有限元分析计算，确定塑性区范围、需要施加的锚固力和锚固深度;另一种是由于软弱结构面的不利组合，使局部岩体滑动或塌落，此时可按块体理论分析失稳条件，确定锚固力和锚固深度。 对于水工建筑，主要是应用预应力锚杆所施加的预压应力，改善结构物内部的应力状态。因此，需要根据水工结构内部的应力分析结果，确定施加的预应力大小和锚固的部位。 5.3.3 单根锚杆锚固力的大小，主要由锚固介质的力学强度、锚杆体采用的材料和张拉力设备的张拉力能力决定。 当被锚固介质力学强度较低、质量不好、岩体破碎、软弱时，只能采用胶结式锚固段型式的锚杆。必要时还需增设其他结构措施，增大锚固段的锚固力。 锚杆体的材料是制约单根锚杆锚固力的一个重要因素。确定材料数量时，应考虑一定安全余度，再根据需要确定钻孔直径。一般情况下，当采用钢绞线时，锚固力、单束锚杆钢绞线股数和钻孔直径的关系见表1。 表1 单束锚杆的锚固力、钢绞线根数和钻孔直径关系 单根锚杆锚固力 1000 2000 3000 6000 kN 单束锚杆钢绞线股数 6 12 19 40 钻孔最小直径 110 140 160 220 mm 单根锚杆的锚固力还受到施工设备的限制。例如钻孔机具，必须满足可造锚固力需要的最小孔径的要求;张拉锚杆的千斤顶，最大出力应大于单根锚杆的超张拉力。目前我国生产的张拉千斤顶的最大出力为6000kN。在锚固设计时，单根锚杆锚固力应综合上述条件选取。选用的张拉设备可按SL 46规定执行。 此外，在设计单根预应力锚杆的锚固力时，还应考虑可能发生的预应力损失。影响预应力损失的主要因素有，锚杆材料的徐变性质，被锚固介质的流变特性，锚杆张拉锁定后钢绞线回缩量的大小及锚杆与孔壁的摩擦和锚夹具之间的接触情况等。在上述预应力损失中，锚杆的回缩量大小及与孔壁摩擦和锚夹具的接触变形可利用超张拉来克服，而锚杆材料的徐变和锚固介质的流变是属时间效应，应在设计时予以考虑。其中，钢材的徐变影响仅占预应力值的1,，对于混凝土建筑物中的预应力锚杆，由于混凝土的徐变引起的预应力损失为5,,6,，此值变幅不大。而对于岩体或土体中的预应力锚杆，大部分预应力损失则来源于岩体的流变特性，所以应着重考虑锚固介质的质量。在预应力锚固设计时，关于应力损失量的考虑，对于一般性工程，可根据经验或工程类比法确定;对于重要工程，应通过试验确定。 5.3.4 预应力锚杆的数量与需要提供的锚固力和单根锚杆的设计张拉力有关。各根锚杆提供的阻滑力的总和应满足式(1)的规定。 nP,Q (1) kk 或 nP+nP+nP+„+nP,Q 1k12k23k3nknk 式中: n=n+n+n+„+n——预应力锚杆的总根数; 123n n、n、n、„n——不同设计张拉力锚杆根数; 123n Q——需预应力锚杆承担的不稳定块体的下滑k 力; P、P、P、„P——不同级别预应力锚杆所提供的阻滑k1k2k3kn 力。 5.3.5 采用预应力锚杆进行加固，锚固段的位置需置于稳定的介质中。对于由软弱结构面引起的塌滑，预应力锚杆需穿过软弱结构面，内锚固段需置于不能滑动的完整岩层中;对由塑性变形引起的塑性区或拉力区，内锚固段需置于围岩的弹性区内;对水工建筑物，内锚固段应置于压应力区内。 5.3.6 为了向被锚固介质提供最佳的锚固效果，力求锚固力分布均匀。在一般情况下，锚杆应均匀、等距离布置。布置型式可以是方形或矩形布置，也可以是梅花形或菱形布置。 从锚杆的受力条件分析，当锚束受到较大拉力时，在内锚固段和外锚头附近的一定范围内，被锚固介质将出现拉应力区。所以锚杆的布置应力求缩小内锚固段和外锚头附近拉应力区的范围，拉应力值也要控制在允许的范围之内。 锚杆的方位应以提供最大阻滑力和最有效支护抗力为目的进行布置。 一般情况下，最有效的布置为逆滑动方向布置。但由于受施工条件、滑动体边界条件的限制，只能以一定的角度布置，所以必须经过综合比较，选择最优的锚固方向，以达到最有效的加固效果。 由于稳定需要，设计中若布置的预应力锚杆数量多，内锚固段在被锚固的介质中比较集中。在锚固介质的某个高程或某个平面内应力状况比较复杂，或由于施加的张拉力比较大而造成内锚固段区域产生局部拉应力。为改善内锚固段区域锚固介质的应力条件，内锚固段最好分布在不同高程或不同平面内，这样可以扩大锚固段的范围，减小局部拉应力的数值，改善内锚固段区域的应力分布。由于锚固技术的发展，为改善内锚固段区域的应力状况，对内锚固段的结构形式做了改进，将内锚固段做成压力集中型或压力分散型。由此，内锚固段区域的拉应力变为压应力，大大改善了内锚固段的应力状态，扩展了预应力锚杆的应用范围，并为发展高荷载预应力锚 ，常规胶结式内锚固段及压杆创造了条件。这种型式的内锚固段构造见图1 力集中型和压力分散型内锚固段应力分布状况见图2。 图1 压力集中型及压力分散型锚固段结构(单位:mm) 5.3.7 由于混凝土预应力闸墩结构的尺寸较小又承受了巨大的水推力，应力状态比较复杂。计算结果表明，在巨大的水推力作用下，闸墩内侧表面和闸墩与大梁连结部位都有较大的拉应力，有些工程上述部位的主拉应力达8.0MPa。为了改变这种状况，预应力锚杆在立面上应沿水平推力的合力方向呈扇形扩散布置，使闸墩中应力分布均匀。 由于闸墩尺寸较小，预应力锚杆在平面内的布置，除应考虑应力条件外，还应考虑施工简便、灵活。 图2 各种型式锚固段应力分布示意图 (a)常规锚固段应力分布;(b)压力集中型锚固段应力分布; (c)压力分散型锚固段应力分布 我国已建环形锚束式预应力混凝土衬砌中布置的锚束，其使用的材料主要有两种，一种为有黏结预应力锚筋，另一种为无黏结预应力锚筋。由于使用的材料不同，锚束的布置是有区别的，施工中采用的锚具型式对锚束的布置也有影响，所以在锚束的布置设计时，应针对锚束材料、锚具的型式，采用相应的布置方式。 5.3.8 由于预应力锚杆内部应力较高，为防止应力腐蚀，从防护的角度出发，预应力锚杆应有一定厚度的水泥保护层。参照已建工程经验，预应力锚杆的最小保护厚度应大于20mm。所以，只有钻孔直径大于锚束直径40mm时，才能满足这一要求，如图3所示。 机械式内锚固段的预应力锚杆，是靠锚固段的外夹片与孔壁的嵌固和摩擦承受锚杆张拉力的，因此必须保证外夹片的嵌固效果。从机械式锚固段结构设计可知，锚固段直径可调尺寸仅有 10,15mm，如果孔口直径超差，则影 响嵌固质量，如果孔口直径欠差则安装 困难，所以规定机械式锚固段终孔直径 误差宜为-2,2mm。 5.3.9 对于较为重要的工程或工程的 重要部位，不仅要采用“工程类比法” 初选锚固设计参数，还应采用数值计算 或通过模型试验进行验证，以获得锚固 效果最佳、施工切实可行、最经济的设 计方案。 对岩质边坡、坝基、地下洞室边墙 的稳定分析，较为有效的方法是刚体平 衡法。对地下洞室塑性区、拉力区的确 定，一般采用有限元分析方法。 目前，预应力锚杆在工程加固中的应用图3 锚杆体与钻孔关系示意图 已经非常广泛，积累了较为丰富的经(单位:mm) 验。在工程的锚固设计中，应充分利用 已取得的经验和成果。对于小型或临时性的锚固工程，可比照类似工程确定各项设计参数。 5.3.10 由于预应力锚杆工作时锚杆材料内部应力较大，再加上各股钢丝受力的不均匀性，决定了对锚杆的防腐和防锈蚀的重要性。因此，在预应力锚固设计时一定要注意锚杆的防腐、防锈处理的设计。锚杆的防护设计，一定要根据锚杆的使用年限、锚杆的工作环境和地下水的性质等条件进行。 5.3.11 锚固工程多为隐蔽性工程，地质条件和地质参数很难选取得非常准确，再加之一些不可预见因素的影响，给工程的锚固设计带来困难。为了优化设计，保证锚固工程设计经济、合理、运行安全，应安排一定数量的试验锚杆，确定或验证主要设计参数的合理性和可靠性。 5.3.12 水电工程中，普遍采用锚杆加固岩体，且应用的锚杆数量相当可 6观。例如漫湾水电站采用2200根锚杆，总共施加4.34?10kN的锚固力加固左岸山体;李家峡两岸山体，小浪底进口边坡、地下厂房顶拱，三峡永久船闸高边坡等工程都采用了大量的预应力锚杆加固。这些工程都安装了原型观测仪器，对工程的运行状况进行监测。监测结果不仅可对工程的锚固效果进行评价，而且还可为工程的安全运行提供信息。通过对监测资料的整理分析，还可总结锚固设计经验，提高设计水平，做到锚固设计优质、高效。 6 锚杆体的选型与设计 6.1 锚 杆 体 的 选 型 6.1.1 随着预应力锚固技术的发展，锚杆体的种类也越来越多。区别锚杆体的类型，主要是外锚头的结构类型。目前外锚头的主要型式有OVM锚、DM锚、GZM锚、LM锚、HM锚和YFM锚等。就外锚固端的锚夹具而言，要求硬度适当，制造工艺精良，可以承受较大的锁定荷载，且锚杆锁定后，在长期荷载作用下，预应力损失最小。并要求，在锚杆张拉锁定时，操作简便，安全可靠。 锚固段的主要类型有两种:一种为机械式锚固段，由金属加工而成，例如胀壳式等;另一种为胶结式，胶结式锚固段可以用水泥砂浆，也可以用树脂做胶结材料。 锚束是采用抗拉强度较高的材料制成的提供锚固力的部件。目前应用的材料主要有高强钢丝、高强钢丝制成的钢绞线、无黏结预应力筋或精轧螺纹钢筋。 在进行锚固设计时，应根据工程的运行条件和使用年限、单根锚杆需要的锚固力、张拉设备出力及施工环境等条件选用。 6.1.2、6.1.3 胶结式锚固段的优点是，适用于各种岩体，只要内锚固段有足够的长度，就可以提供较大的锚固力。因此，胶结式锚固段有很广泛的适用性。丰满大坝基础加固采用的6000kN预应力锚杆就是胶结式锚固段，锚固段长度13.3m。 胶结式内锚固段的胶结材料多采用水泥浆或水泥砂浆。水泥浆与围岩不仅有较好的胶结性能，而且对锚固材料有较好的防护特性，所以大多数锚固工程均采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥做为胶结材料。如果在水泥浆中掺入一定量的减水剂、早强剂，还可获得较高的强度。例如丰满大坝基础加固的6000kN预应力锚杆，内锚固段的胶结材料采用的就是水泥浆，水泥为硅酸盐525水泥，水灰比0.38，掺入10,的EA型复合膨胀剂和0.6,的UNF-5高效减水剂，7d强度可达55.3MPa，28d强度为81.3MPa。 在选择胶结材料的强度指标时，还应考虑围岩条件。围岩条件好，可选用较高强度的配合比，并可选择树脂材料作为胶结材料，这样可充分发挥树脂材料与围岩黏结力较高的优势。在围岩条件软弱、破碎或风化严重时，胶结材料强度高将失去意义，应选择较低强度的配合比，但不能低于 35MPa。 6.1.4 内锚固段长度的确定是在假定胶结材料与孔壁的剪应力沿孔壁均匀分布条件下进行计算的。而光弹试验结果表明，锚固段沿孔壁的剪应力呈倒三角形分布，其分布是不均匀的，且沿锚固段长度迅速递减，并不是锚固段越长，其抗拔力越大。当锚固段长到一定程度，拉拔力提高并不显著，见图4，所以锚固段不宜过长。国际预应力混凝土协会实用规范(FIP)也特别规定，锚固段长度不宜超过10m。如果10m的锚固段长度尚不能满足工程需要，可采用改善锚固段结构的办法，提高锚固力。 图4 孔壁与水泥浆的黏结强度和与孔壁接触面的关系 为了提高内锚固段的锚固效果，内锚固段部位的孔壁尽可能粗糙。为了缩短内锚固段长度，也可采取扩孔措施。为了提高锚杆体(钢丝或钢绞线)与胶结材料的握裹力，也可以改变内锚固段锚杆的结构形状，如设置内锚板，钢绞线或钢丝弯成钩状，加密隔离架分段缩径或采用压力型、压力分散型及其他结构型式的内锚固段。 6.1.5 机械式内锚固段也称为机械式内锚头，由金属材料制成。其主要部件有外夹片、锥筒、锚塞、托圈、套管弹簧和垫圈等，详见图5。由于机械式锚固段安装方便，且安装后可立即对锚杆施加张拉力，所以它特别适用于锚固力在1000kN以下中等硬度围岩条件。所以，在锚固工程设计中，一定要注意这一使用条件。 图5 机械式内锚头结构 1—外夹片;2—锥筒;3—六棱锚塞;4—钢绞线; 5—托圈;6—套筒;7—顶簧;8—垫圈 6.1.6 外锚头包括混凝土垫墩、钢垫板、限位板和工作锚板(锚夹具)。 外锚头型式选择同内锚固段型式选择一样，除了考虑单根锚杆的张拉力和外锚头所处的环境条件外，还应考虑施工场地条件。一般情况下，应优先选用机械式外锚头。当施工场地宽敞，要求锚固力较大，锚杆向下布置，又有特殊需要时，也可以选择钢筋混凝土外锚头。 在选用机械式外描头时，应选择性能稳定、锚杆锁定后预应力损失最小、施工方便的外锚头型式。 外锚头的关键部件是锚板和夹片，它们直接影响张拉和锁定的效果。对锚板和夹片的要求是，锚杆张拉时不断丝、能自锁，锁定时锚杆回缩量要小。因此，对锚板和夹片加工的要求非常严格。选择外锚头的生产产品应通过国家质量认证。 6.1.7 锚束是为预应力锚杆提供张拉力实现对工程加固的关键材料。其工作机理是，当对高强钢丝或钢绞线施加张拉力时，钢丝或钢绞线伸长，如果再将两端联接锚束的内锚固段和外锚头锚住和锁定，锚束的伸长量不能回缩，此时对锚固介质产生压应力，从而达到加固的目的。对于永久的锚固工程，必须要求锚束的伸长量长期保存，这就要求锚束的材料具有良好的弹性和低松弛特性，以保证预应力损失小、锚固效果好。 在实际锚固工程中，为了施工安装方便，也可以采用强度较大的精轧螺纹钢筋作为锚杆材料。丰满坝体加固，采用了精轧螺纹钢筋做为锚杆材料，取得了较好的加固效果。 制作无黏结预应力筋的钢绞线也应采用弹性好，低松弛材料。 6.1.8 对拉式预应力锚杆，锚杆两端的锚头均暴露在外部，为外锚头的结构型式，所以安装方便，可以在两端同时实施张拉，因而可以减少与孔壁 的摩阻损失，提高锚固效果。 6.1.9 由于预应力锚固技术正处在一个发展阶段，应用领域也越来越广，锚固技术也在不断发展。在积极推广经济、高效、新型锚杆体过程中，为了保证锚固质量，提高锚固效果，对新的锚杆体必须通过现场试验、研究，并加以论证，取得有说服力的数据后，经审查批准后方可推广应用。 6.2 锚杆体的结构设计 6.2.1 为了充分发挥锚固段、张拉段、外锚头及各种部件的材料力学性能，必须按等强度的原则进行设计，做到经济合理，安全可靠。 6.2.2 内锚固段的长度，主要受两个因素控制。一个是锚固段的胶结材料与孔壁的黏结力;另一个是胶结材料与钢丝或钢绞线的握裹力。 由于钢材与水泥浆之间的握裹力比水泥浆与孔壁的黏结强度大很多，所以钢材与水泥浆的握裹力一般不起控制作用。但对于重要工程，应采用钢材与水泥浆的握裹力来对内锚固段长度进行校核。 内锚固段应有足够的胶结长度，用于抵御最大的张拉荷载。影响内锚固段长度的因素除了胶结材料本身的强度和围岩质量以外，胶结质量的影响也十分重要。由于内锚固段的灌浆是在很深钻孔中实施，钻孔直径仅为100,200mm，孔深可达50m以上，再加上锚束和各部件的阻碍，要确保内锚固段胶结密实，有良好的质量，是有一定的难度的，检查也不十分准确。所以，设计内锚固段长度时，需要留有一定的安全储备。安全储备的大小与工程重要程度和施工条件有关，其中特别与锚杆孔的方向关系极大，当锚杆孔方向与水平面的夹角大于45?时，锚杆孔为仰角，此时灌浆难度较大，不易饱满密实，所以胶结长度的安全储备应大些。当锚杆孔方向与水平面夹角小于0?时，锚杆孔为俯孔，此时灌浆容易，而且注浆效果好，易饱满密实，所以胶结长度的安全储备应小些。根据国内的工程经验，对于永久性工程，仰孔及俯孔内锚固长度的安全系数一般分别取为2.0及1.5。 内锚固段长度按分项系数设计表达式确定时，对应于结构安全级别为?、?、?级的预应力锚杆，,分别取为1.1、1.0及0.9;对于持久状况及短暂0 状况，,分别取为1.0及0.95;考虑到预应力锚杆的超张拉力及胶结材料与孔壁的黏结强度的变异均较大，故分别取其分项系数,及,为1.15及1.2;pc 对于仰孔及俯孔，其结构系数分别取为1.3及1.0，由此可求得锚固段长度分项系数设计表达式的相当安全系数，列于表2。 表2 锚固段长度分项系数表达式的相当安全系数F s 相当安全系数Fs锚杆孔方向 结构安全级别 结构系数 ,d,=1.0 ,=0.95 I 1.97 1.87 仰孔 II 1.3 1.79 1.70 III 1.61 1.53 I 1.52 1.44 俯孔 II 1.0 1.38 1.31 III 1.24 1.18 由表2可以看出，当结构安全级别为?级时，对于永久性锚固工程，持久状况下仰孔及俯孔内锚固段长度的相对安全系数，与我国工程实践中采用的安全系数基本相同。 胶结材料的强度对胶结段长度有很大影响。胶结材料与孔壁黏结力的大小是受围岩条件控制的。试验结果表明，当水泥浆的抗压强度为42MPa时，则极限黏结强度可达4.2MPa。当缺乏试验资料时，根据已建工程的经验，胶结材料与孔壁的黏结强度可按附录A选取。 6.2.6 机械式内锚固段的工作机理是，靠外夹片与孔壁的咬合和摩擦实现锚固，所以要求内锚头的结构尺寸，应与锚孔直径有良好的匹配。当弹簧完全放松时，锚头直径最大，安装时弹簧压紧，外夹片退至锥筒直径较小的一端，锚头直径最小。锥筒和外夹片的锥度一般为1?10，如果锥筒长度为300mm，此时机械式内锚头在钻孔中的可调直径的大小只有15mm。为保证顺利下锚，钻孔设计直径应大于弹簧完全压紧时锚头的最小直径，但当施加设计张拉力时，又必须保证外夹片与孔壁的咬合，内锚固段不产生滑移或拉出，因此钻孔的设计尺寸应小于弹簧放松时内锚固段的最大直径。如果成孔后的实际直径同设计要求的直径误差过大，势必影响内锚固段的安装或张拉时与孔壁的咬合，因此必须严格控制机械式内锚固段部位的钻孔直径误差。 6.2.7 对于锚固力较大的预应力锚杆，均由多股高强钢丝或多股钢绞线组成。对多股钢绞线同步张拉时，受力很难保证均匀一致。多股钢绞线同时锁定后，由于张拉时伸长量不一致，锚夹片工作性能不同，锁定后每股钢绞线受拉状态也是不均匀的。丰满大坝基础加固试验实测每股钢绞线受力的不匀匀系数为0.91,1.03，其他工程也做过类似的工作，其实测结果见表 3。从表中所列数据可见，其不均匀程度更差。为防止由于每股钢绞线受力不均匀，而使受力较大的首先拉断，继而全部相继拉断的结果出现，在设计时要考虑一定的安全余度。 表3 各工程实测钢绞线受力不均匀系数 白山地下 白山15号 丰满坝基 镜 泊 湖 小浪底 工程名称 厂 房 坝段锚固 加 固 进水口加固 试验洞 不均匀 0.4,1.67 0.7,1.17 0.8,1.17 0.87,1.13 0.4,1.67 系 数 此外，预应力锚杆长期在高应力状态下工作，为了锚杆的正常工作，必须考虑应力腐蚀的影响。 基于上述原因，国内外的锚固工程都将锚束材料的抗拉强度标准值的60,,65,作为锚束允许设计应力。例如，日本锚固协会的VSL锚固设计施工规范中规定:对于永久性锚固工程，锚束材料允许的设计应力为0.6,。b 0.65国内外绝大多数锚固工程都是以0.60,,作为设计允许的应力标准进b 行控制的，见表4和表5。实践证明，这一规定是合理的。 为了减少张拉时的预应力损失，减少与孔壁的摩擦，提高锚固效果，钢丝或钢绞线必须按一定规律编束并设置隔离架，以保证钢丝或钢绞线在钻孔中顺直，不扭曲，不交叉。隔离架对应的穿索孔方位要一致。为了保证下锚顺利，对倾角较陡的锚杆，隔离架间距不大于4m;对同水平方向夹角小于45?的锚杆，隔离架间距不大于2m。为了保证封孔灌浆效果，隔离架中要预留灌浆管和排气管通道。封孔灌浆后锚杆的保护层应大于20mm。 表4 国内部分工程锚束材料强度利用系数和预应力损失情况 强度利用 预应力损失 孔深 单束锚固力 工程名称 岩性 m kN 系 数 , 梅山坝基加固 37 3240 花岗岩 0.65 8.8 双牌坝基加固 35 3250 砂岩及板岩互层 0.60 4.4 38 3240 0.64 9.8 麻石锚固试验 白云母片岩 21 900 0.60 50.0 镜泊湖岸坡加固 闪长花岗岩脉 30 2320 0.55 7.7 陈村岸坡加固 石英砂岩板岩互层 丰满泄洪洞 11 480 变质砾岩 0.60 10.0 丰满51号坝段61.6 6000 0.57 6.5 变质砾岩 加固 600 混凝土 27.0 白山15号坝段 加固 600 6.8 白山地下厂房 混合岩 碧口 300 0.60 洪门 0.61 3200 0.66 铜街子 30,40 3000 天生桥厂房边坡 27,32 0.65 1200 漫湾预应力闸墩 0.63 二滩预应力闸墩 2000 0.60 3150 0.63 水口预应力闸墩 表5 部分国家规范规定的材料强度利用系数, k国别 规范代号或名称 张拉控制应力, con 碳素钢丝、刻痕钢丝、0.75f(先张法)，0.70f(后张ptkptk纲绞线 法) 中国 DL/T 5057—1996 0.70f(先张法)，0.65f(后张ptkptk热处理钢筋 法) 表5(续) 国别 规范代号或名称 张拉控制应力, con 0.75f(先张法)，0.75f(后张ptkptk预应力钢丝、钢绞线 法) GB 50010—2002 0.70f(先张法)，0.65f(后张ptkptk热处理钢筋 法) 中国 bb钢丝、钢绞线 0.75R(R相当于f) yyptkJTJ 023—1985 bb冷拉粗钢筋 0.9R(R相当于f) yyptk TB10002.3—1999 0.75f(f相当于f) pkpkptk 0.8f或0.9f取小值(f系ptkp0.1kp0.1kCEB—FIP模式规范(1990) 欧洲 残余变形为0.1,的条件屈服强Eurocode 2《混凝土结构设计》 度特征值) 美国 AC1 318—99 0.8f(f相当于我国的f) pupuptk 0.95R(R相当于我国的f)，s,sersserptk(先张法) 前苏GHИИ 2.03.01—84 EA,sSPSP联 GHИИ2.06.08—87 0.95R-(后张法) s,serEAcred日本 预应力混凝土结构设计规范 0.7,(,相当我国的f) ppptk英国 BS 8110:1989 0.75f(f相当我国的f) pupuptk 注1:表中,为未考虑预应力损失的张拉控制应力，f为预应力筋的材料强度标准值， conptk 即钢材的极限抗拉强度; 注2:GB 50010—2002和DL/T 5057—1996均规定，为了部分抵效应力松弛、摩擦、分批 张拉等引起的预应力损失，允许,提高0.05f，并且都规定了,的下限值为 conptkcon 0.4f ptk 采用机械式内锚固段的锚杆，锚固段和锚束的连接极为重要。国内外经验表明，采用爆炸压接的方式连接比较稳妥可靠。 对于长期观测的锚杆，不能封孔灌浆，以保证锚杆永久处于自由状态。当锚杆受力条件变化时，可立即获得变化数值。为了防止观测锚杆锈蚀或腐蚀破坏，要采取稳妥措施做好永久性保护。 6.2.8 外锚头是由混凝土或钢筋混凝土垫墩、钢垫板、工作锚板等部件组成，而工作锚板是外锚头提供锚固力的关键部件。工作锚板的类型很多，均要求有足够的强度，使用寿命长，夹片不易损坏，自锚能力强，保证夹片能夹紧钢丝或钢绞线，卸荷回缩时不滑移。此外，还要求夹片具有自松能力，以适应反复张拉或补偿张拉的要求。外锚头的结构尺寸还要适应施工场地条件的要求，保证施工方便。 锚杆张拉程序完成后，当张拉千斤顶卸荷时，是靠工作锚板来锁定锚杆的。锁定时钢丝或钢绞线均产生一定量的回缩，回缩量的大小决定了锚杆预应力损失的大小。锚杆锁定后回缩量大小与锚夹具的设计水平和制造工艺有关。我国的锚夹具制造已达到了国际先进水平，在丰满6000kN级预应力锚杆的锚固中测得的回缩量为5.8mm，2400kN级预应力锚杆的回缩量仅为4.4mm，这一指标小于国际通用的VSL规范标准，这无疑大大降低了锚杆的预应力损失量。 孔口垫墩尺寸大小与孔口围岩条件关系极大，孔口围岩条件较好，垫墩尺寸可小些，孔口围岩条件较差，垫墩尺寸应大些，必要时还应配置钢筋。垫墩断面型式一般为梯形断面，保证传力面积大，且传力均匀。有些工程采用了预制钢筋混凝土块，锚杆安装时一并安装孔口垫墩。也有些地质条件极差的工程，还将垫墩同框架梁联成整体，以保证锚固的整体性。由于混凝土垫墩受力较集中，荷载较大，因此，要求垫墩混凝土强度等级不低于C30。 6.3 锚杆体的防护设计 6.3.1,6.3.3 预应力锚固工程的锚杆长期在高应力状态下工作，因此对 预应力锚杆的防护十分重要。如无防护或防护不当，高应力状态下的工作锚杆可能因应力腐蚀而失效。由于预应力锚杆的工作环境不同，预应力锚杆的防护标准也不同。如果环境水中含有过量的氯离子，会加速锚杆的应力腐蚀。根据国内外已建的锚固工程的经验，按锚杆的工作年限和环境条件，制定了预应力锚杆的防护标准。经验证明，采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的刚性防护是最为有效的防护手段。 6.3.4 双层保护的无黏结预应力锚杆，已开始在我国的锚固工程中应用。这种型式的预应力锚杆材料，已在我国开始生产。它的主要特点是，采用了钢丝或钢绞线表面喷涂防腐材料，外层加设塑料套管，钢丝或钢绞线之间充填防腐油。为了更有效的防护，除观测锚杆和有补偿张拉的预应力锚杆外，在双层保护的预应力锚杆与孔壁之间也应用水泥浆灌注，防止塑料套管老化失效或施工过程中破损而造成锚杆的锈蚀或腐蚀。 6.4 张拉力的控制和张拉程序设计 6.4.1 在岩体中实施锚固，由于岩体的力学性质差异较大和围岩的各向异性，再加上地质条件中不可预见的影响因素，影响预应力保持的因素要比水工建筑物多。考虑到这种情况，当对岩体中的预应力锚杆施加设计张拉力时，要求锚杆中的平均应力不宜大于材料抗拉强度标准值的60,。为了保证设计需要的锚固力，张拉时必须进行超张拉。超张拉荷载一般不超过设计张拉力的115,，此时锚杆材料的平均应力不大于钢材抗拉强度标准值的70,。 6.4.2 对于水工建筑物的锚固，被锚固介质大多为混凝土或钢筋混凝土结构，其力学性质比较稳定、清楚，基本为各向同性，混凝土的徐变特性也无太大差异，建筑物作用荷载相对比较明确，所以对锚杆张拉力控制可以适当放宽。当施加设计张拉力时，锚杆的平均应力不宜大于钢材抗拉强度标准值的65,;当施加超张拉力时，锚杆中的平均应力不宜大于钢材抗拉强度标准值的75,。 6.4.3 对锚杆施加张拉力时，由于张拉荷载较大，各部位的变形都有一个适应的过程。为使锚杆变形充分，减少预应力损失，必须按规定程序，逐级施加张拉力，不宜一次张拉至超张拉荷载。 预张拉的目的是，用20,设计张拉力逐根将锚束拉直，使各股钢丝或钢绞线在同一长度时施加张拉力，保证各股钢丝或钢绞线均匀受力。 逐级施加张拉力和每级荷载下持荷5min，使张拉力平稳增加。在正式 封孔灌浆之前，如果确认锚杆被锁定后，保存的预应力低于设计锚固力的90,，需进行补偿张拉，其目的是保证锚固效果。 对于锚杆数量较多的锚固工程，合理的张拉程序更为重要，因为当张拉某根锚杆时，附近岩体将产生压缩变形。在这一压缩变形的影响下，已锁定的邻近锚杆的锚固力要降低。为了克服岩体压缩变形的影响，保证设计需要的锚固力，并且力求做到岩体均匀受力，一定要按设计程序张拉。必要时对每根锚杆按设计张拉力分级，采用大循环的方式安排张拉程序，即对全部锚杆逐根施加第一级荷载并锁定后，再对全部锚杆逐根施加第二级荷载，以此类推，直到全部锚杆达到超张拉荷载。这一张拉程序可使围岩在张拉过程中变形充分，减少锚杆的预应力松弛。当然这一张拉程序的主要缺点是，张拉时间长，施工比较麻烦，也容易损坏夹片，从而影响锚杆的锁定效果。安排张拉程序时，一定要注意简便，既达到减少预应力锚杆预应力损失的目的，又要方便施工。 6.4.4 确定超张拉力数值要考虑造孔质量、孔深和锚具的性能。当钻孔深度较大，造孔质量较差，孔径偏差较大，锚杆锁定后回缩量较大时，应选择较高的超张拉力;否则可选择较小的超张拉力。为保证张拉施工的安全，最大超张拉力不宜超过设计张拉力的115,。 6.4.5 有些锚固工程，锚固后仍有可能继续发生变形，这种变形会使锚杆的应力增加，为了防止由于锚固体的继续变形造成锚杆应力超限，可将锚杆的实际安装荷载降低到小于设计锚固荷载的某一数值。小浪底地下厂房的预应力锚杆设计张拉力为1500kN，而实际安装荷载只有1000kN。 6.4.6 张拉设备是对预应力锚杆施加张拉力的关键设备，应选择重量轻、安装方便、性能稳定、摩阻力小的机具。张拉设备的出力应大于设计张拉力，其行程也应满足预应力锚杆变形和各部件间变形的要求。 7 边 坡 锚 固 7.0.1 岩土边坡失稳是工程建设中经常遇到的问题，在水利水电工程中更是屡见不鲜，由于边坡失稳不仅给工程建设带来危害，还造成人民生命财产的损失，已成为全球性的地质灾害。为此，在水利水电工程建设中应尤为重视边坡的稳定。对边坡的稳定分析，首先应根据地质资料，对岩体结构和破坏形式做认真研究，在此基础上采用极限平衡法进行稳定分析。当不满足稳定安全系数要求时，必须采取加固措施。 7.0.2 在边坡预应力锚固的设计中，要充分考虑发挥岩体自身强度的作用。当岩体本身强度保证不了岩体稳定时，岩体下滑力扣除岩体本身提供的阻滑力后，不足部分的阻滑力，由预应力锚杆的锚固力或其他综合性加固措施来提供。 在边坡加固中，由预应力锚杆提供的阻滑力应满足该部位岩体稳定的要求，并有一定的安全余度。 采用预应力锚杆加固的边坡，其稳定程度受多种因素制约，由于岩体的各项力学指标取值范围较大，很难准确确定，再加上不可预见因素的影响，在稳定设计中往往采用较大的安全系数作保证。例如日本《VSL锚固工法设计施工规范》中规定:抗滑稳定安全系数，永久性工程F?2.5，临s时性工程F?1.5。我国GB 50086中规定:抗滑稳定安全系数K?2.0。土ss层锚杆规范中规定:在永久性工程中，对危害性大，会出现公共安全问题的K?2.2。也有一些规范对边坡加固采用了较小的安全系数，例如GB s 50021-1994第3.6.10条中规定“新设计的边坡，对工程安全等级为一级的边坡工程F值宜采用1.5,1.3;二级工程宜采用1.3,1.15;三级工程宜采s 用1.15,1.05。”《水利水电工程地质手册》中建议:“岩质边坡的F不小于s1.5,1.3。”近几年来，随着预应力锚固技术在一些大型工程中应用，由于锚固工程量较大，为降低造价，都采用较小的安全系数，例如漫湾工程的边坡加固采用的安全系数为F=1.25;安康工程F=1.15,1.20;小浪底进出ss 口边坡加固F=1.5;李家峡边坡加固F=1.3。为保证加固过程中的边坡稳定，ss 这些工程均进行了原位安全监测，监测结果和工程运行结果证明，尽管采用了较小的安全系数，加固效果是明显的，加固后的边坡也是稳定的，这些都为边坡加固提供了宝贵的经验。 根据上述工程经验，本标准采用了较小的抗滑稳定安全系数来推求分项系数设计表达式中的分项系数。当按本标准建议的分项系数进行设计时，边坡抗滑稳定的相当安全系数如表6所示。 表6 边坡抗滑稳定分项系数设计表达式的相当安全系数F s 相当安全系数Fs结构安全级别 结构系数, d, =1.0 , =0.95 , =0.85 ? 1.53,1.33 1.45,1.26 1.30,1.13 ? 1.15,1.0 1.39,1.21 1.32,1.15 1.18,1.03 ? 1.25,1.09 1.19,1.04 1.06,0.93 7.0.3 为了保证边坡工程的安全，对预应力锚固数量多，施加的锚固力大的大型边坡工程，为降低工程造价，宜开展专门性的研究工作。对影响边坡稳定因素，做认真的分析，以用最少的投入换取最佳的锚固效果。 7.0.4 图6为预应力锚杆安装图，图中标明了预应力锚杆各特征段的含义及包括的内容。L为预应力锚杆的总长度;L为内锚固段长度，由式(6.2.2)1 计算确定;L为自由段长度，等于预应力锚杆在孔内的有效长度同垫墩厚2 度、钢垫板厚度、压力传感器高度、工作锚垫板厚度与限位板厚度之和;L为外露长度，等于撑脚高度、张拉千斤顶高度、工具锚板厚度与锚杆预3 留长度(一般为20mm)之和。 图6 预应力锚杆安装示意图 7.0.5 在边坡锚固设计中，预应力锚杆布置方向是个至关重要的问题。最有效的布置方向为逆滑动方向布置。但由于受施工条件和滑动体边界条件限制，只能以一定的角度布置，所以必须经过综合比较，选择最优的锚固方向，以达到最有效的锚固效果。 图7中，, 为锚杆与滑动面的夹角;, 为锚杆与水平面的夹角;, 为滑动面的倾角。它们有如下关系: , =,?, (2) 由图7可知，锚杆提供的抗力为: P=P?sin,?tan,+P?cos, (3) t 式中: , ——滑动面上的摩擦角。 图7 最优锚固角 当,,,可得最大抗滑力为P=P/cos,，但此时锚杆最长，不经济。抗max 综合比较后，当,,45?+ , /2时，得到最优的锚固角度，因此最优的锚固角则为: ,=, - (45?+,/2) (4) 优 但有些时候，受到施工条件和结构本身要求的限制，不可能按最优锚固角进行布置，此时可对锚固角进行适当调整，但必须保证提供较好的锚固效果。 7.0.6 边坡锚固设计中，排水是十分重要的。许多边坡的失稳，是由于水的侵入，削弱了结构面的强度，造成阻滑力减小。所以无论采取哪种加固方案，都要首先解决排水问题。边坡上部的水要截住，不能进入滑动面或被锚固体，结构面中或边坡中的水要采取措施尽快排出。施工用水也要有排放规划，设置固定的排水通道。 8 基 础 锚 固 8.0.1 大坝或其他水工建筑物的基础中，有时存在对基础稳定有一定影响的软弱结构面，或者由于基础岩体软弱、破碎，使大坝或其他水工建筑物的抗滑稳定安全系数降低。为了增加大坝或其他水工建筑物的稳定，采用预应力锚杆是经济、有效的锚固措施之一。例如梅山水库大坝高88.24m，由于坝基存在的断层、裂隙交错切割，完整性很差，再加上缓倾角节理的存在，构成右岸坝头和坝基不稳定，抗滑安全系数仅为0.95。为此，安装预应力锚杆110根，施加预压应力277140kN。加固后，坝基抗滑稳定安全系数提高到1.05，满足了大坝稳定要求，同时减少了渗漏量。在国内采用预应力锚杆对坝基加固的工程还有麻石支墩大头坝基础，共安装预应力锚杆99根，施加的锚固力为220500kN;双牌溢流坝下游，共安装预应力锚杆274根，提供锚固力893750kN;丰满大坝共布置361根预应力锚杆，提供的总锚固力707250kN，还在51号坝段安装了6000kN级预应力锚杆，其中部分锚杆的内锚固段在基础之中。 8.0.2 由于各类水工建筑物型式不同，对基础稳定的要求是不同的，稳定性分析的方法和稳定标准也有区别。为了使基础稳定适应相应上部结构的要求，必须采用与上部结构类型相适应的标准和规定，对不稳定部位的基础进行加固。加固后，由预应力锚杆提供的阻滑力计入总稳定荷载，再校核结构物的稳定程度是否满足相应规范的要求。 8.0.3 对水工建筑物的基础施加锚固荷载，增大了基础或结构物内部的正应力。为防止由于正应力的增加而引起的破坏，必须校核由锚固荷载引起的正应力增加幅度。一般情况下，原有荷载和锚固荷载之和而引起的正应力值不得大于基础的允许应力，而基础或结构物内部的任何部位的拉应力也应在允许范围内。 8.0.4 基础的锚固，因为施工场地狭窄，锚杆的布置受到施工场地条件的制约。在设计时要充分考虑这一因素，选择满足稳定要求，方便施工的布置型式。 8.0.5 基础加固一般情况下在水下实施，有时承受的水压力还比较大，因此对锚杆的防护特别重要，应按本规范6.3.1条的规定中的C级标准进行防护。 8.0.6 如果基础软弱破碎，在锚固荷载施加之前应进行固结灌浆处理，以提高锚固效果。固结灌浆的技术措施，灌浆压力选择，浆液配比选择等均应符合相关规范的要求，防止措施不当引起的附加应力增加，或降低锚固效果。 9 地 下 洞 室 锚 固 9.1 围 岩 锚 固 9.1.1 在水利水电工程的设计中，地下建筑物发展十分迅速，大跨度、高边墙的地下厂房、高压开关站，大直径的引水隧洞、导流隧洞、泄洪隧洞，各种用途的竖井、斜井等均在岩体中开凿。地下洞室的尺寸也越来越大，例如白山地下厂房，开挖跨度为25.0m，最大开挖高度为53.75m;小浪底地下厂房，开挖跨度为26.20m，最大开挖高度为61.44m;小浪底导流洞开挖直径为17.3m。 在山体中开挖洞室，破坏了本来已稳定的岩体。一方面由于应力重新调整，围岩本身的力学属性承受不了由于这种调整而出现的应力集中，产生塑性区或拉力区;另一方面由于施工又将产生围岩松动，再加上地质构造的影响，围岩的稳定程度降低甚至失稳破坏。此外，凡是布置有地下建筑物的工程，往往是地下洞室成群，多种用途的地下建筑物交叉布置，进一步恶化了围岩的稳定条件。例如小浪底地下洞室群，在1000m?1000m范围的单薄山体中，纵横交叉、重叠布置了108条洞室，致使围岩应力十分复杂，稳定程度降低。 在地下工程的设计和施工中，为了及时限制有害变形的发展，保证围岩的稳定，洞室开挖后立即支护是非常必要的。根据工程的不同情况，采用喷锚等方法支护有时是不够的，还必须增加预应力锚杆对围岩进行加固。 根据理论分析和工程实践，地下洞室开挖后，其破坏方式主要有两种，一种为围岩整体性失稳，这种失稳破坏主要原因是应力重新调整形成的二次应力，超过围岩本身所能承受的能力，而在地下洞室周围出现压剪破坏区、塑性区或拉力区，如不及时采取措施限制这些区域有害变形的发展，则围岩将发生整体性失稳破坏;另一种破坏方式是围岩局部性失稳破坏，这种破坏方式是由不利组合的软弱结构面形成局部的滑动体或塌滑体。 整体性稳定状态，可根据围岩的初始应力、围岩的力学性质、洞室尺寸、开挖方式和边界条件等数据资料，采用数值分析或原位监测数据反分析等方法确定。而局部性稳定分析，则可按极限平衡法确定。 9.1.2 在地下工程中，比较大型的地下洞室都是在?类或?类以上的围岩 条件下挖掘，围岩本身的自稳能力比较强，再加上砂浆锚杆和钢筋网喷射混凝土支护，可以保证地下洞室施工期和运行期的安全。由于围岩的不均匀性，存在着软弱、薄弱的部位，或围岩深部的构造对围岩稳定有影响时，或者由于围岩中构造应力量值较大，出现塑性变形时，需要布置预应力锚杆，增强围岩的稳定。此时围岩本身具有的支护力、砂浆锚杆提供的支护抗力、钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力和预应力锚杆提供的支护抗力之和，应大于围岩稳定需要的最小支护抗力，并满足围岩稳定安全系数的要求。 9.1.3 关于地下洞室预应力锚杆支护设计中的安全系数，由于围岩本身自稳能力和围岩稳定分析中选取的力学参数不十分准确，所以工程实践中围岩稳定的安全系数，对于重要工程规定为1.8，对于一般性工程规定为1.5。 由预应力锚杆提供的支护抗力按分项系数设计表达式进行设计时，考虑需要预应力锚杆承担的下滑力的变异性，其分项系数,取为1.05;而预q 应力锚杆的材料强度分项系数,=1.2，主要是参考GB 50010-2002和DL/T s 5057-1996的有关规定确定的。根据本标准建议的分项系数按式(9.1.3)进行设计时，其相当安全系数如表7所示。 表7 预应力锚杆提供的抗滑力分项系数表达式的相当安全系数F s 相当安全系数Fs结构物的等级 结构系数 , =1.0 , =0.95 , =0.85 ? 1.80 1.71 1.53 1.3 1.64 1.56 1.39 ? ? 1.47 1.40 1.25 9.1.4 地下工程围岩整体性加固的预应力锚杆应穿过塑性区，内锚固段应置于弹性区域内，塑性区深度应由数值计算确定。如果影响围岩稳定的区域中有构造面，预应力锚杆则应穿过对围岩稳定有影响的结构面。 9.1.5 关于预应力锚杆的间距，GB 50086-2001中规定，普通锚杆的间距应小于锚杆长度的1/2。由于预应力锚杆相对较长，在满足稳定需要的条件下，可按小于预应力锚杆有效长度(即张拉段长度)的1/2确定。 9.1.6 由于影响围岩稳定的塑性变形方向为洞室的径向，用预应力锚杆施加与洞室围岩塑性变形方向相反的力来限制塑性变形的发展是最为有效的布置。因此，预应力锚杆应沿着洞室轮廓线的法向布置。 9.1.7,9.1.8 在地下洞室中，顶拱的塌落，边墙的滑动，均由不利组合的结构面引起，属局部加固的范围。对较大体积的塌落和滑动，普通锚杆难以维持稳定时，应采用预应力锚杆的锚固方案，其设计方法和边坡的加固基本一致。由于地下洞室的空间有限，周围岩体的嵌固作用较为明显。在充分分析结构面的组合状况和周围岩体的嵌固作用后，进行锚固设计，会合理地减少锚杆的数量，十分经济。 9.1.10 在地下洞室中，经常会遇到相距较近的两洞室在同一高程附近。洞室之间岩墙的稳定需用预应力锚杆实现时，为减少锚杆的预应力损失，增加锚固效果，改善两洞室边墙的应力状态，采用两端设置外锚头的对拉式锚杆是最为有利的，也十分经济。 9.2 岩壁吊车梁锚固 9.2.1 在地下厂房中将用于安装和检修发电机、水轮机等部件的吊车梁置于地下洞室两侧边墙拱部是十分经济的设计和施工方法，它可以充分利用岩壁围岩的承载能力，还能加快施工进度。目前几乎所有地下厂房的吊车梁均采用了这种做法。地下厂房岩壁吊车梁主要依靠锚杆和预应力锚杆锚 固于岩壁上，承受吊车轮压和岩体可能发生的变形。 9.2.2 在岩壁吊车梁锚固力的计算中，经常采用的方法是静力平衡法，也有一些工程采用了有限元分析法确定锚杆的锚固力。 由于岩壁吊车梁采用的安全系数十分重要，而已建工程采用值也有很大差别，例如白山水电站(尾水闸室)采用F=1.65;鲁布革地下厂房采用s F=2.0;广州抽水蓄能电站一、二期地下厂房均采用F=2.5;挪威的Saurdalss 水电站采用值为F=1.36,1.64。经综合比较分析，一些专家建议:一级工s 程可采用F=1.65，二级工程可采用F=1.5。为保证吊车梁安全运行，本标ss 准在确定分项系数设计表达式的分项系数取值方案时，对于结构安全级别为?、?、?的岩壁吊车梁，可分别采用2.0、1.8及1.65。 当采用刚体平衡法确定单位梁长中预应力锚杆承担的拉力后，可按本标准中的式(9.2.2)确定预应力锚杆的用量。式(9.2.2)中有关作用的分项系数及吊车荷载的动力系数可按DL 5077-1997的有关规定取用;预应力锚杆的材料强度分项系数,=1.2，是参考GB 50010-2002和DL/T 5057-1996s 的有关规定确定的。根据本标准建议的分项系数取值方案及式(9.2.2)进行设计时，其相应安全系数见表8。 表8 采用预应力锚杆的岩壁吊车梁分项系数设计表达式 的相当安全系数F s 相当安全系数Fs结构安全级别 结构系数, d =1.0 =0.95 =0.85 ,, , 1.98 1.89 1.69 ? ? 1.4 1.80 1.71 1.53 1.62 1.54 1.38 ? .2.3 用于岩壁吊车梁的锚固锚杆选用精轧螺纹钢筋主要目的是，该种材9 料强度大，安装方便，且有一定刚度。 9.2.4 岩壁吊车梁一般在地下厂房开挖至边墙顶部后施做，所以岩壁吊车梁不仅承受吊车起吊最大荷载时的轮压，还要承受由于岩体下挖围岩变形而引起的锚杆应力增加。因此岩壁吊车梁的锚固锚杆所承受的拉力为三个荷载，吊车的最大轮压，锚杆的预应力和厂房边墙位移引起的锚杆应力增加。上述三种荷载之和使锚杆产生的拉应力要小于0.80倍的钢材抗拉强度的标准值。 9.2.5 地下厂房开挖，尤其是岩壁吊车梁部位的开挖，均采用光面爆破技术施工，但仍存在一定的松弛区域。这个松弛区域对光爆开挖法一般小于1.0m，所以吊车梁锚杆的锚固长度在按超张拉力计算的实际长度基础上再加上1m的松弛深度影响。 9.2.6 为使锚杆较好的承受垂直方向的吊车荷载，锚杆与水平线的夹角越大越好，当倾角过大，锚杆上方的岩体越薄，不利于吊车梁的稳定，所以其方向可按设计需要布置。 9.2.7 岩壁吊车梁的稳定和所受荷载大部分依靠布置在吊车梁中的锚杆承担，由于吊车梁荷载较大，再加上岩体变形比较复杂，为保证吊车梁稳定，布置一定数量的监测仪器进行观测是必要的。 10 预应力闸墩锚束设计 10.0.1 在我国的水利水电工程建设中，随着枢纽泄水建筑物的泄量不断增大，工作水头提高，泄洪孔口尺寸增大，弧形闸门所承受的推力也随之加大。例如葛洲坝泄水闸弧门推力为42000kN;水口溢洪道弧门推力为43200kN;岩滩溢洪道弧门推力为45394kN。弧门推力加大，闸墩受力也随之增大，而由于溢流宽度的限制，闸墩不可能设计得尺寸过大，这就势必恶化了闸墩的应力状态。计算结果表明，支铰附近的闸墩内，由于水推力的作用，将产生5,6MPa的拉应力，再加上运行的要求，闸墩往往处于偏心受拉的工作状态。这一应力状态，采用常规的钢筋混凝土结构是不允许的。为了解决这一问题，改善弧门支撑结构的应力条件，优化闸墩的结构设计，确保弧门安全运行，便将预应力技术应用于大型弧门的钢筋混凝土闸墩。国际上预应力闸墩的应用始于20世纪50年代修建的突尼斯梅列格溢洪道。60年代，美国修建瓦纳庞(Wanapum)溢洪道时，对预应力闸墩结构进行了比较系统的研究。70年代，我国修建葛洲坝水利枢纽时，首次应用了预应力闸墩结构，在大江、二江的泄水闸表孔闸墩中布置了30根长度为15.4,24.0m的主锚杆，每根锚杆设计张拉力为3175kN。随后，龙羊峡、鲁布格、岩滩、安康、水口、天生桥、大朝山等工程的大型弧门闸墩也采用了预应力锚杆，都取得了较好的效果。实践证明，在大型弧门的支撑结构中采用预应力锚杆，对改善闸墩的应力状态，限制闸墩的变形、降低工程造价、保证工程安全运行是最为合理的技术措施。 10.0.2 弧形门的支撑结构系空间结构，在荷载作用下，呈三向应力状态，加上混凝土收缩和温度作用，其应力分布比较复杂。在预应力闸墩的设计初期，往往采用全预应力设计，即钢筋混凝土闸墩中的主拉应力全部由施加的预压应力承担，这显然是不经济的。为了节省投资，方便施工，提出了按部分预应力进行设计的思想。并从结构强度、变形、裂缝控制、运用要求、施工条件、技术经济等方面进行综合分析比较，寻求较为合理和先进的控制标准。研究成果表明，在正常使用条件下，一般允许结构中出现一定拉应力，但其拉应力值不应大于混凝土抗拉强度标准值的1/2;或允许闸墩混凝土产生一定的裂缝，但裂缝的开度不超过0.1,0.2mm。龙羊峡水电站底孔、深孔、中孔采用了预应力闸墩，共布置预应力锚杆131根，施 加预应力总值为486626kN。预应力闸墩采用“部分预应力设计理论”，其控制标准为:在闸墩和深梁锚固区，正常情况下，主拉应力,?0.35MPa，1特殊情况下，主拉应力,?0.7MPa;在闸墩与底板交界处，,?0.7MPa，21,?1.5MPa;在预应力锚固区端部，一般不控制其应力值，但必须采取构2 造措施和配置局部承压非预应力筋，用来保证强度和控制裂缝开展宽度。 10.0.3 由于预应力闸墩中应力比较复杂，又处于三向应力状态，宜采用三维有限元分析方法进行闸墩的应力分析。重要的工程还可采用结构模型试验确定其结构型式和预应力锚杆的布置。例如五强溪、葛洲坝、岩滩、漫湾、水口、天生桥等水利水电工程的预应力闸墩，不仅进行了大量的计算分析，还专门开展了试验研究工作。 10.0.4 闸墩预应力锚杆在立面布置上，大都沿弧门水推力合力方向布置，尽可能使预应力合力与水推力合力重合。但也应考虑闸墩内部应力尽可能达到均匀分布。为使支铰区附近应力集中得以扩散，多呈扇形状态布置。统计国内闸墩预应力锚杆在立面布置的扩散角为5?,15?。例如岩滩闸墩为8.3?，水口闸墩为10?。 锚杆沿弧门推力方向的平面布置，主要有平行、交叉、弯曲和倾斜等四种布置方式，详见图8。 图8 闸墩内预应力锚杆平面布置方式 (a)交叉布置;(b)平行布置;(c)弯曲布置;(d)倾斜布置 这四种布置在国内外均有实例。例如岩滩闸墩中的锚杆采用平行布置，葛洲坝二江闸墩中的锚杆采用交叉布置，安康闸墩中的锚杆采用弯曲布置。近年发展趋势是以平行布置为主。上游锚头稍向闸墩内移动，以便改善施工预留孔口的拉应力。漫湾水电站闸墩锚杆采用倾斜布置，将下游锚头的 位置移到弧门推力作用线附近，不仅可以提高颈部的预压应力，而且使锚块上游面水平方向受压，并使施工预留孔的拉应力明显减小。最近的研究结果还表明，弧门推力在闸墩内产生的拉应力是外侧大，内部小。因此，锚杆布置应尽量靠闸墩外侧布置，以得到更有效的预应力效果。 此外，当锚杆上游端在闸墩上开孔或留槽锚固时，锚杆应长短相间布置，以避免应力集中，恶化闸墩应力状态。 10.0.5 锚块是闸墩预应力锚杆外锚固端，在受弧门水推力和主锚杆张拉力的作用下，应力状态极为复杂。为使锚块应力条件得到改善，将锚块设计成不同型式，有些工程还采用了钢锚块，采用钢筋混凝土锚块也有简单型和复杂型。当采用钢筋混凝土锚块时，为抵消在垂直于主锚杆方向上出现较大范围和较大量值的次生拉应力，应在锚块上布置适当数量的次锚杆。次锚杆布置有两种，一种为水平布置，一种为垂直布置。有些工程水平和垂直次锚杆同时布置。主锚杆和闸墩块中次锚杆布置见图9。 图9 闸墩中主锚杆和锚块中次锚杆布置图 1—主锚杆;2、3—水平次锚杆;4、5—垂直次锚杆;6—斜锚杆 10.0.6 由于闸墩尺寸较小，采用在闸墩施工过程中预留锚杆安装通道的施工方法。待闸墩钢筋混凝土浇筑完成后，在预留的通道中，安装锚杆，实施张拉，最后封孔灌浆。为了安装方便，保证灌浆效果，预留的锚杆通道要有足够的空间。预留空间的大小同锚杆张拉荷载有关。一般情况下，当主锚杆张拉力为3500kN时，预埋管外径宜采用107mm，内径不小于100mm;次锚杆单束张拉力为2000kN时，预埋管宜采用外径为92mm，内 径为85mm。 锚杆通道采用预埋法施工，预埋管的材料可为钢管，也可以采用波纹管。采用钢管，钢材用量大，造价高，而采用波纹管，可降低造价。水口工程闸墩预埋锚杆通道由钢管改为波纹管后，每米可节省58元，仅预埋管一项就节省投资91万元。 闸墩锚杆的锚固端型式，不仅要考虑对闸墩应力状态的影响，而且还要考虑施工方便。目前已建工程锚固端的布置主要有两种型式，一种为在闸墩上游预留锚固井，例如水口、安康工程;另一种型式是在闸墩边部预留锚固槽，布置交叉锚杆时宜采用这种类型，例如葛洲坝工程。 10.0.7 由于闸墩和锚块尺寸较小，承受的荷载又较大，所以必须有足够的强度，还应布置一定数量的钢筋。已建工程经验表明，闸墩混凝土强度等级不宜小于C30，锚块钢筋混凝土强度等级不宜小于C40。 图10 锚块的结构形式 11 预应力水工隧洞环形锚束设计 11.0.1 压力引水隧洞在内水压力作用下，衬砌承受拉应力，由于混凝土的抗拉强度和延展性很低，当内水压力较大，衬砌的拉应力超过允许值时，衬砌就要开裂，从而增大了衬砌的透水性，还可能危及其他建筑物的安全。为了充分利用混凝土抗压强度较大的特点和围岩的承载能力，在施工过程中采用不同的措施对衬砌施加一种与内水压力相反的径向压力，以抵消一部分或全部由内水压力产生的拉应力，这种衬砌称之为预应力衬砌。这种衬砌结构不仅可以减少衬砌厚度，还可以使衬砌不开裂，并且衬砌中的应力条件也有很大的改善。 在混凝土衬砌施工过程中，衬砌中布置一定数量的环形锚束。当衬砌混凝土达到设计强度后，对环形锚束施加张拉力，因而可使衬砌获得一定 数值的预压应力。再将对环形锚束施加的张拉力用灌浆的办法固定在衬砌中，即可形成永不消失的预压应力。20世纪70年代以后，国际上采用这种办法建造了很多预应力水工隧洞，我国在90年代也用这种办法建设了清江隔河岩水电站压力隧洞、天生桥一级水电站压力隧洞和小浪底水利枢纽排沙洞，均取得了较好的效果。 环锚式预应力衬砌的最主要优点是，衬砌中应力条件好，而且造价低，施工方便，并可缩短工期，有广泛的应用前景。 11.0.2 对于环形锚束式预应力混凝土衬砌，可将对环形锚束施加的张拉力做为荷载之一与内水压力、外水压力和其他荷载一起作为基本荷载按弹性理论进行衬砌的应力计算。对一些重要工程还可以用有限元分析法或模型试验对衬砌中的预应力大小、预应力保持程度及在内水压力作用下衬砌中的应力状态进行复核。 11.0.3 水工压力隧洞的环形锚束是绕在衬砌周围的预应力筋。当锚束张拉时，预应力沿周围孔道的预应力损失是很大的，所以如何计算孔道的摩阻损失是十分关键的问题。DL/T 5057-1996第8.1.9条对预应力钢筋与孔道之间的摩擦引起的预应力损失，给出了计算方法，孔道间的摩擦系数也在该条中给出了采用值，其摩阻损失可按该规定确定。 我国小浪底水利枢纽排沙洞，洞径6.5m，长度1100m，共三条，运用 3最大水头122m，单洞泄流能力675m/s，洞内平均流速15m/s，采用环形锚束式预应力衬砌，衬砌厚度650mm。为了比较，进行了有黏结预应力筋和无黏结预应力筋孔道摩阻损失的测定。其结果为，有黏结预应力筋方案, ,0.2，k=0.0015，预应力沿程分布波动大;而无黏结预应力筋方案,=0.05， k=0.0007，预应力沿程比较均匀。可见采用无黏结预应力筋做环形锚束可以大大减小预应力摩阻损失，提高预应力效果。 11.0.4 关于预应力混凝土衬砌中环形锚束张拉控制应力的允许值SL/T 191-1996第8.1.2规定“对于后张法预应力钢筋的张拉控制应力允许值为0.7f”。考虑到要部分补偿由于预应力松弛、摩擦阻力等因素造成的预应力ptk 损失，小浪底排沙洞，天生桥一级水电站引水洞和隔河岩水电站引水洞均采用了较高的预应力筋强度利用系数，详见表9。经综合比较，本标准建议预应力混凝土衬砌中环形锚束的张拉控制应力以0.75f为宜。 ptk 表9 预应力混凝土衬砌环形锚束钢材强度利用系数 工程名称 张拉应力控制标准 0.75f小浪底排沙洞 ptk 天生桥一级水电站引水洞 0.80f锁定后为0.64f ptkptk 隔河岩水电站引水洞 QM锚具为0.75f，HM锚具为0.80f ptkptk 11.0.5 为了取得较好的预应力效果，方便施工，预应力锚束尽可能靠外侧布置，但必须满足预应力筋保护层厚度的要求。对于环形锚束的环向布置，应尽可能保证对衬砌形成均匀的预压应力。 11.0.6 为了减少锚具槽的数量，保证衬砌应力均匀，一般采用一环锚束一对张拉槽。为避免张拉槽在一个方位出现，对张拉槽以采用逐环左、右、上、下错开布置方式为宜。隔河岩水电站的压力引水发电洞，为了优化锚束和锚具槽的布置，从改善锚具入手，进行了专门的研究与比较工作。1号和3号压力发电洞采用QM型锚具，而2号、4号压力发电洞采用了HM型锚具。HM锚具的优点在于，张拉时无需台座，因而一环锚束只需一个张拉槽，锚束无需交叉入槽，孔道布置平顺，累积包角小，偏转段曲率半径较大，减少了孔道由于摩擦阻力产生的损失，提高了预应力效果，改善了衬砌截面内应力状态，不仅使衬砌厚度由900mm减小到750mm，还实现了一台张拉千斤顶对锚束两端同时张拉。两种锚具部分设计指标见表10。 表10 QM锚与HM锚部分设计指标 锚束布置 锚具单束锚控制张拉力 单束构成 实施长度 间距 类型 kN 洞号 束数 m mm QM1号 144 332 400~ A=2090 0.75fptk, =15.2mm 158 368 480 锚 3号 2A=12?139mm HM2号 150 340 f=1670MPa ptk0.80fA=2230 440 ptk150 340 锚 4号 小浪底排沙洞采用了无黏结预应力筋，隧洞每延米布置8根，分内、外层，每层4根绕双周后锁定，锚具槽间距500mm，其中心线夹角分别为90?和120?交错布置，极大地改善了衬砌的应力状况。 11.0.7 锚具槽的施工质量，关系到锚固效果，也关系到预应力保持。不仅要确定合理的位置，选择良好的体型，施工质量也是至关重要的。 11.0.8 由于环形锚束分布于衬砌中，当锚束张拉时，衬砌的某些部位将产生较大的挤压应力，再加上锚具槽附近应力条件也比较复杂，所以要求 衬砌混凝土的设计强度宜采用C35。锚束张拉时，衬砌混凝土的强度也应达到设计值的75,以上。 11.0.9 环形锚束的张拉工艺和张拉程序十分重要，它关系到衬砌中的预应力形成和预应力保持。对一个工程而言，锚束数量是很多的。例如小浪底排沙洞，预应力衬砌总长度达2169m，共布置锚束4320束。如此数量的锚束，如果不通过试验确定合理的张拉工艺和张拉程序，对衬砌的预应力的影响也是可想而知的。 12 水工建筑物的补强与锚固 12.0.1 为满足防洪、取水或增加发电量的需要，对已建坝体进行改造和加高是经常采用的方法。坝体加高后，如何解决坝体抗滑稳定是一个很重要的问题。通过预应力锚杆，对坝体提供足够的正应力，则是解决坝体稳定的重要途径之一，而且也是十分经济的办法，如图11(a)所示;由于运行或其他的原因，已修建的水工建筑物，出现裂缝和其他局部破坏，影响工程的安全运行，需要采取加固补强措施，而应用预应力锚固技术也是非常简便可行的方法，如图11(b)所示。例如，丰满水电站建成于20世纪40年代，已运行了60多年，坝体混凝土先天不足、老化。1987年开始对坝体进行加固，除采用灌浆补强防渗外，还在坝体外增加外包混凝土，并在上游增设防渗面板等处理措施。为解决防洪和减少弃水，在坝顶加高1.2m。同时为满足坝体、坝基抗滑稳定要求，采用了预应力锚固技术。预应力锚杆有从廊道锚向坝基，还有部分锚杆布置在坝体中，对提高坝体稳定起到了良好的作用。 图11 坝体加高与补强示意图 (a)坝体加高锚固;(b)防止裂缝扩展锚固 12.0.2 对于采用预应力锚固技术加高的坝体，应按相应的规范进行应力和稳定分析。抗滑稳定分析时，应计入预应力锚杆的锚固作用。施加锚固力后，必然要增大基础的正应力，正应力增大的幅度，也必须满足本标准8.0.3条的规定。 12.0.3 采用预应力锚杆进行补强和加固的坝体，往往修建年代久远，坝 体强度较低，所以选择预应力锚杆设计张拉力时，应考虑原结构物的强度情况。加固的预应力锚杆内锚固段应锚固在稳定部位。在锚杆布置的设计中，为减小坝体的附加应力，并力求锚固力分散于坝体内，锚固段应错开布置。 12.0.4 一般情况下，对采用预应力锚杆加固防止裂缝扩展的工程，均要进行封闭裂缝的灌浆。如灌浆压力过大，势必会加大裂缝的宽度。为了使灌浆起到封闭裂缝的作用，一定要适度选择灌浆压力。 13 试 验 与 监 测 13.1 锚 杆 试 验 预应力锚杆工作条件比较恶劣，而且施加的荷载比较大。目前国内应用的预应力锚杆已达到了10000kN级，一般都在1000kN级以上，一旦失效或出现问题，后果严重。此外，由于水利水电工程地质条件复杂，勘测阶段又很难揭露得十分清楚，各项力学指标也很难准确地确定。因此，对于重要的工程，一般都在施工初期，在现场选择有代表性的地段进行胶结材料与被锚固介质的黏结强度和控制性结构面的c、, 值试验。用这种方法取得的数据可以真实地反映各种因素的影响。在此基础上验证锚固设计的合理性。对于重要的锚固工程、锚杆数量较多、设计张拉力较大时，还应通过现场试验确定预应力锚杆预应力的保持程度。对于岩体质量较差的锚固工程还应进行锚固力的相互影响的现场试验。 13.2 锚杆体的原位监测 随着工程建设的发展，各种测试仪器的进步，在大型的水利水电工程建设中，原位监测越来越受到重视。监测工作的主要作用是，通过监测可以对工程的安全运行作出定量的评价;通过监测可以进行施工期的安全预报，防患于未然;还可以通过监测验证设计的合理性，促进设计水平的提高和科技的进步。对于预应力锚固工程而言，监测工作尤为重要。因为锚固本身是属隐蔽性工程，影响锚固效果的因素很多，设计时很难做到情况完全清楚。所以对于预应力锚固工程，必须开展原位监测。预应力锚固工程的监测主要有施工期监测和运行期监测。各阶段的监测主要有两项内容，锚杆体本身的监测及对锚固介质或锚固对象的监测。 施工期监测，是解决施工期安全问题，是属临时性的，所以要采用简便、快捷的观测仪器。一方面可节省仪器造价，另一方面可减少对施工的干扰。建议采用收敛计或水准测量的仪器进行。收敛计价格便宜，高精度水准仪施工单位都有。这两种仪器也易于操作，每次量测时间只有0.5,1.0h。 工程运行期监测，是很重要的观测项目。锚固工程一旦失效就会对工 程运行带来严重的危害，所以对运行期观测不仅要有一定的数量，仪器也要布置在有代表性的部位，选择的观测仪器要有长期稳定性。目前，国际和国内通用的观测仪器为多点位移计和测斜仪。由于这两种仪器价格比较昂贵，再加上仪器安装施工质量要求高，所以安排观测仪器的数量应以满足工程运行要求为度，根据工程的重要程度适当安排为宜。 运行期观测仪器的埋设质量，是观测设计成败及能否获得有用的观测资料的关键。为了保证观测仪器长期、正常工作，必须选择性能稳定、适应恶劣工作环境的仪器。埋设时首先要做好埋设设计，在设计文件中应明确规定技术要求、质量要求和验收办法。施工方法要正确，保护措施要稳妥，电缆布线要合理。 有条件的工程，在设计时应考虑永久性监测和施工期监测有机结合的问题。这不仅是出于经济的考虑，更主要是出于对工程施工和运行的安全考虑。运行期观测仪器应尽早埋设。一旦埋设应立即进入工作状态，以便获得完整的、真实的资料。依靠这些资料可以及时的对工程的安全程度做出客观的、科学的评价。