预应力锚索锚固力特征分析

资源类型:pdf 资源大小:558.00KB 文档分类:交通运输 上传者:徐冉

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【作者】 李亦明  肖汉江 

【关键词】预应力锚索 锚固力 MS型锚索测力计 锚固效果 

【出版日期】2005-03-30

【摘要】介绍了MS型锚索测力计在清江隔河岩水利枢纽第二级垂直升船机西侧高边坡和水布垭工程# 3公路台子上段路基挡土墙加固工程中的应用情况。对预应力锚索在张拉锁定以及后期锚固预应力的变化特征、变化趋势作了初步分析,并对岩锚施工质量及锚固效果进行了评价

【刊名】湖北水力发电

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1 工程地质概况清江隔河岩水利枢纽第二级垂直升船机及渡槽西侧边坡最大高度约 12 0m ,其中灰岩陡坡高约 6 0m ,由于边坡大部分为座落离位岩体 ,且为上硬 (石龙洞组∈13- 1页岩 )下软 (石牌组∈12 - 3页岩 )的岩体结构 ,受断层等结构面切割 ,岩体破碎 ,且溶蚀充泥严重 ,地质条件差。清江水布垭水利枢纽#3公路台子上段滑坡体位于清江左岸 ,南北长约 80 0m ,东西最宽约 30 0m ,是一基岩顺层滑坡体。滑坡体总面积 0 .2km2 。滑坡体一般厚约 35~ 4 0m ,滑坡体总方量 780× 10 4 m3。西侧受F2断层控制 ,东侧受下伏基岩产状控制 ,滑床基岩基本上为志留系中统纱帽组下段地层 ,地层倾向SWW ,倾角 2 0~ 2 2° ,滑床倾向与地层倾向一致 ,为一顺向坡结构。从纵向看 ,滑床较为平缓 ,前部至中后部视倾角2 0~ 2 5°;从横向上看 ,西部略陡 ,倾角 30~ 35° ,东部稍缓 ,倾角 2 0~ 2 5°。滑坡前缘敞开 ,后部闭合 ,呈典型圈椅特征。滑坡体上中前部为黄褐色粘土夹砂页岩碎块石 ,厚度一般 1.0~ 3.0m ;中后部为石英砂岩大块石夹碎石 ,平均厚度一般 3.0~ 5 .0m ;堆积物一般为黄色粘土夹石块、碎石和土层 ,厚 10~ 4 0m。2 锚索和锚索监测仪器布置2 .1 清江隔河岩升船机边坡锚索和锚索监测仪器布置  为监控边坡的稳定与安全 ,在X =3372 36 0 .0 0~3372 4 2 0 .0 0m之间、高程 15 5 .0 0~ 185 .0 0m边坡段采用 2 0 0 0kN级预应力锚索加固。该范围内共布置预应力锚索 4 8束 ,单束锚索长 30m ,采用 75ASTM4 16 88b(2 70级 )钢绞线 ,采用OVM15 12型锚具。所有预应力锚索均有粘结锚。为监测预应力锚索加固效果 ,对其中 5束预应力锚索安装了锚索测力计 ,在施工和运行期对锚固效果进行监测。锚索及锚索测力计平面布置见图 1。图 1 预应力锚索及锚索测力计平面布置示意图2 .2 清江水布垭#3公路台子上段路基挡土墙锚索和锚索监测仪器布置  为确保台子上段滑坡体的稳定与安全 ,在 #3公路台子上段路基坡脚结合永久护岸设混凝土挡土墙 ,挡土墙顶高程 2 0 8m ,墙高约 10m。在挡土墙 (桩号0 + 110~ 0 + 32 0段 )高程 2 0 2 .5m处 ,采用一排与水平夹角为 5 5°、长 2 1~ 2 3m ,施力 10 0 0kN的预应力锚索加固以提高其抗滑能力。共布置预应力锚索 70束 ,采用ASTMA4 16 87a钢绞线以及VLM15 7型锚具。所有预应力锚索均有粘结锚。为监测预应力锚索加固效果 ,其中 8束安装锚索测力计 ,在施工和运行期进行加固效果监测。这 8束锚索的编号分别为K6、K17、K2 0、K2 6、K4 2、K4 8、K5 5和K6 6。预应力锚索及锚索测力计布置见图 2。图 2  # 3公路台子上段路基挡土墙预应力锚索布置示意图3 锚索测力计的结构和工作原理MS型锚索测力计由承压钢筒、护筒、差动电阻式应变计、套盘和一条五芯电缆组成 ,见图 3。图 3 MS型锚索测力计结构示意图作为MS型锚索测力计弹性元件的承压钢筒 ,其四周均布有两只DI 10A及两只DI 10B型差动电阻式应变计 ,当钢筒受压产生轴向变形后 ,应变计与筒壁同步变形 ,且应变计电阻比的变化与承受的荷载成正比。对于环境温度的变化产生的热胀冷缩变形 ,经改进工艺后已不影响应变计电阻比的测值 ,故观测值无须进行温度修正。锚索受力P按以下公式计算 :P =F(Z0 -Zi)式中 :P———测力计轴向载荷 (kN) ;F———测力计常数 (kN/0 .0 1% ) ;Z0 ———受载前电阻比 (0 .0 1% ) ;Zi———受载后电阻比 (0 .0 1% )。4 监测成果分析4 .1 锚索张拉、锁定荷载监测成果隔河岩升船机边坡、水布垭台子上段挡土墙锚索张拉、锁定荷载监测成果见表 1。表 1 锚索张拉、锁定荷载监测成果表工程部位设计编号油压表荷载 /kN测力计荷载 /kN相差百分比 / %锁定荷载 /kN锁定损失率 / %隔河岩升船机边坡K3 2 2 3 12 113 5 .2 92 0 911.0 4K2 5 2 2 5 0 2 167 2 .692 12 2 2 .0 8K3 12 2 2 3 2 1881.5 7 2 15 5 1.5 1K3 5 2 2 3 12 1692 .782 13 5 1.5 7K482 2 5 0 2 15 44 .2 7 2 10 12 .46水布垭台子上段挡土墙K6115 0 113 7 1.13 10 80 5 .0 1K17 115 0 113 61.2 2 10 85 4.49K2 0 115 0 114 2 0 .70 10 93 4.2 9K2 6115 0 113 90 .9610 60 6.94K42 115 0 113 90 .9610 795 .2 7K48115 0 114 80 .17 10 75 6.3 6K5 5 115 0 114 0 0 .87 10 90 4.3 9K66115 0 114 7 0 .2 610 5 97.67注 :①相差百分比 =(油压表荷载 -测力计荷载 ) /油压表荷载× 10 0 % ;②锁定损失率 =(测力计荷载 -锁定荷载 ) /测力计荷载× 10 0 %隔河岩升船机边坡 5台锚索测力计 ,设计荷载为2 0 0 0kN ,锚索张拉测试荷载与油压表测试荷载相差百分比在 1.5 7%~ 5 .2 9%之间 ,锁定损失率在1.0 4 %~ 2 .4 6 %之间。锁定荷载满足设计要求。水布垭台子上段挡土墙 8台锚索测力计 ,设计荷载为 10 0 0kN ,锚索张拉测试荷载与油压表测试荷载相差百分比在 0 .2 6 %~ 1.2 2 %之间。锁定时的测试荷载均大于设计荷载 ,锁定损失率在 4 .2 9%~ 7.6 7%之间。从以上测试结果可以看出 ,张拉测试荷载与油压表测试荷载相差百分比 ,隔河岩升船机边坡的锚索大于水布垭台子上段挡土墙锚索 ,其主要原因为 :锚索张拉设备与锚索测力计的标定设备不同。锚索锁定损失率 ,隔河岩升船机边坡的锚索小于水布垭台子上段挡土墙锚索 ,其主要原因为 :采用的锁定方法不同 ,隔河岩升船机边坡的锚索采用三级卸荷锁定法 ,而水布垭台子上段挡土墙锚索采用一级卸荷锁定法。4 .2 锚索测力计监测成果特征分析(1)锚固力的变化过程清江隔河岩升船机边坡和清江水布垭台子上段挡土墙预应力锚索锚固力的监测成果特征统计见表 2。清江隔河岩升船机边坡安装的锚索测力计 ,锚固力最大损失率为 13.9% ,最小损失率为 8.8%。实测锚固力均达到设计锚固力 (2 0 0 0kN)的 90 .5 %以上。K3、K4 8锚固力、温度历时变化曲线见图 4、图 5。清江水布垭台子上段挡土墙安装的锚索测力计 ,锚固力最大损失率为 12 .1% ,最小损失率为 1.2 %。实测锚固力均达到设计锚固力 (10 0 0kN)的 96 .1%以上。K2 0、K6 6锚固力、温度历时变化曲线见图 6、图 7。表 2 锚索锚固力变化特征统计表工程部位设计编号锁定荷载/kN第一阶段第二阶段第三阶段时间 /d荷载 /kN损失率 / %时间 /d荷载 /kN损失率 / %时间 /d荷载 /kN损失率 / %锚固力比例 / %隔河岩升船机边坡K3 2 0 91112 0 2 5 3 .2 85 193 87.3 93 5 190 68.895 .3K2 5 2 12 2 112 0 782 .185 2 0 115 .2 10 0 5 190 0 10 .5 95 .0K3 5 2 15 5 112 13 3 1.0 85 2 0 116.7 85 81890 12 .3 94.5K482 10 1112 0 5 72 .185 2 0 14 4.1113 11810 13 .990 .5水布垭台子上挡土墙K610 80 1110 2 45 .2 85 9799.44 60 9967.899.6K1710 85 1110 493 .3 85 10 2 95 .2 44 910 186.2 10 1.8K2 0 10 93 1110 72 1.985 10 10 7.64 5 896112 .196.1K2 610 60 1110 40 1.985 10 2 73 .14 3 910 3 42 .5 10 3 .4K42 10 791110 43 3 .3 85 9769.5 466982 9.0 98.2K4810 75 1110 462 .7 85 10 3 2 4.0 43 710 10 6.0 10 1.0K5 5 10 90 1110 65 2 .3 85 10 40 4.64 4810 40 4.610 4.0K6610 5 91110 3 42 .485 10 461.2 43 910 461.2 10 4.6 锚固力比例 =现存锚固力 /设计锚固力× 10 0 %图 4 K3锚索锚固力、温度历时变化曲线图 5 K48锚索锚固力、温度历时变化曲线图 6 K2 0锚索锚固力、温度历时变化曲线图 7 K66锚索锚固力、温度历时变化曲线(2 )温度对锚索锚固力的影响从图 5可以看到温度与锚固力变化的趋势较一致 ,即 :温度上升 ,锚固力增加 ;温度下降 ,锚固力减小。为进一步研究温度对锚固力的影响 ,我们对锚索锚固力和温度的观测资料进行了相关性分析 ,温度与锚索锚固力变化相关成果统计见表 3。分析结果表明 ,大部分锚索锚固力与温度之间存在着良好的相关关系 ,清江隔河岩升船机边坡锚索温度与锚固力之间相关系数R值在 0 .2 84~ 0 .939之间 ;清江水布垭台子上段挡土墙锚索温度与锚固力之间相关系数R值在 0 .913~0 .995之间。表 3 温度与锚索锚固力变化相关成果统计表工程部位设计编号统计时段/d温度变化范围 /℃锚固力变化范围 /kN 相关系数隔河岩升船机边坡K3 5 79~  93 5 2~ 3 11862~ 193 80 .2 84K2 5 64 9~ 10 0 5 3~ 3 11844~ 1944 0 .65 0K3 15 0 2~  85 83~ 3 2 1890~ 2 0 110 .870K48775~ 113 10~ 3 2 1788~ 192 80 .93 9水布垭台子上挡土墙K63 3 9~  48413~ 3 8  990~ 10 3 5 0 .984K173 2 8~  473 12~ 43 10 18~ 10 490 .92 4K2 0 3 3 7~  482 11~ 43  961~ 10 170 .987K2 63 5 1~  463 11~ 43 10 3 4~ 10 60 0 .995K42 3 45~  46614~ 41  982~ 10 180 .93 6K483 49~  46112~ 3 910 10~ 10 3 2 0 .92 9K5 5 3 2 7~  472 12~ 4110 40~ 10 82 0 .913K663 5 1~  463 11~ 4110 46~ 10 780 .989  清江水布垭台子上段挡土墙K2 6锚索锚固力、温度关系曲线见图 8,K2 6锚索温度、实测锚固力、温度计算锚固力过程线见图 9。从图 8、图 9分析可见 ,锚固力的变化主要受温度影响 ,实测锚固力与温度计算锚固力过程线基本相同。图 8 K2 6锚索锚固力、温度关系曲线图 9 K2 6锚索温度、实测锚固力、温度计算锚固力过程线5 结论(1)从锚索锚固力变化特征统计表 2分析可知 ,在预应力锚索加固工程中 ,预应力锚索锁定后 ,锚固力的变化主要分以下三个阶段 :第一阶段 :锚索锁定后 1~ 11d ,锚固损失率在1.0 %~ 5 .2 %

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