预应力锚索张拉试验总结.doc

海西高速公路网漳州至永安联络线三明段

EK0+180~EK0+425右侧

预

应

力

锚

索

总

结

报

告

承包单位：顺吉集团有限公司
二〇一三年四月二十五日

海西高速公路网漳州至永安联络线三明段A12标
EK0+180～EK0+425右侧
预应力锚索基本试验方案
一、 工程概况
EK0+180~EK0+425右侧，该坡高34米,为类土质边坡,上部坡积粉质粘土,厚度约8～14米；其下为残积砂性粘性土，厚度约7～16米，全风化花岗岩，厚度约为30米。该边坡坡体风化层及坡残积土层较厚，坡顶较平缓，地下水位较高，为控制边坡高度，因此综合考虑采用放缓结合适当加固方案。
该坡分四级防护,中间设2m平台,由下而上坡率与防护措施为:第一级1：1.0, 拱形骨架植草防护; 第二级1：1.25, 拱形骨架植草防护; 第三级1：1.25, 预应力锚索框架与拱形骨架植草交错布置; 第四级1：1.25,拱形骨架植草防护.两侧坡率按实际地形情况做适当调整.
该坡试验孔三个，SY1锚索长8米，锚固段3米；SY2锚索长13米，锚固段5米；SY3锚索长21米，锚固段8米；
二、基本试验目的与依据
1、基本试验目的
基本试验的目的在于验证设计采用的工作锚索的性能各组成部分的综合性能、锚固地层设计参数及合理性、同时考虑有关锚索体在搬运、储存、安装与施工过程中抗物理破坏的能力。
(1) 确定该边坡地层中锚索的极限承载力与安全系数;
(2) 揭示在该地层条件下影响锚索锚固力的各种影响因素及其影响程度;
(3) 检验锚索工程的施工工艺;
(4) 校核设计参数,为高边坡锚固工程的动态设计提供有关参数,确保锚固工程的安全、经济、合理。
2、试验依据
(1)、《锚杆喷射砼支护技术规程》(GB50086-2001)
(2)、《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)
(3)、《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)
(4)、《公路路基施工技术规范》 (JTJ 033—95)
(5)、高边坡锚索设计文件及相关通知。

三、锚索试验方案与计算
1、试验方案
本合同段锚索设计为压力分散型，每束4根￠15.2无粘结钢绞线，分两个单元布置，设计锁定荷载为500KN，超张拉荷载为550 KN。锚索张拉分为三个步骤：
(1) 进行整体预张拉，拉力为10%设计值（即50KN），以消除锚索非弹性变形；
(2) 分步进行差异荷载补偿张拉；
(3) 对锚索进行整体分级张拉。
(4) 试验设备：本次试验采用柳州市邱姆预应力机械有限公司生产的千斤顶，型号YGQ1000，压力表号12322.9N，其校准方程y=-0.05+0.05125X，其中: x为千斤顶拉力(KN)，y为油表读数。具体详见标定证书。测量锚索位移量采用游标卡尺。
（5）依据试验张拉设备标定的回归方程: y=-0.05+0.05125X， 及表01(详见《岩土锚杆（索）技术规程》)，编制循环加卸荷等级与位移观测间隔时间表、荷载与油表读数关系表，明确张拉顺序,其中A·fptk= 140×4×1860÷1000=1041.6KN.

表01 锚索基本试验加荷等级与观测时间

加荷标准
循环
加荷等级(A·fptk%)
加载
数最大加载量
卸载
初始荷载
─
─
─
10%
─
─
─
第一循环
10%
─
─
30%
─
─
10%
第二循环
10%
20%
30%
40%
30%
20%
10%
第三循环
10%
30%
40%
50%
40%
30%
10%
第四循环
10%
30%
50%
60%
50%
30%
10%
第五循环
10%
30%
50%
70%
50%
30%
10%
第六循环
10%
30%
60%
80%
60%
30%
10%
观测时间(min)
5
5
5
10
5
5
5

具体加荷等级与观测时间表
加荷标准
循环
加荷等级（A·fptk%=1041.64KN%）
加载
数最大加载量
卸载
初始荷载
─
─
─
10%
(104.16)
─
─
─
第一
循环
10%
(104.16)
─
─
30%
(312.48)
─
─
10%
(104.16)
第二
循环
10%
(104.16)
20%
(208.32)
30%
(312.48)
40%
(416.64)
30%
(312.48)
20%
(208.32)
10%
(104.16)
第三
循环
10%
(104.16)
30%
(312.48)
40%
(416.64)
50%
(520.8)
40%
(416.64)
30%
(312.48)
10%
(104.16)
第四
循环
10%
(104.16)
30%
(312.48)
50%
(520.8)
60%
(624.96)
50%
(520.8)
30%
(312.48)
10%
(104.16)
第五
循环
10%
(104.16)
30%
(312.48)
50%
(520.8)
70%
(729.12)
50%
(520.8)
30%
(312.48)
10%
(104.16)
第六
循环
10%
(104.16)
30%
(312.48)
60%
(624.96)
80%
(833.28)
60%
(624.96)
30%
(312.48)
10%
(104.16)
观测
时间
(min)

5

5
5
10
5
5
5

施加应力与压力表读数对应数值表
百分值
(1041.6%)
施加应力X（KN）
压力表读数y=-0.05+0.05125XMP
补偿值
52
2.6
10%
104.16
5.3
20%
208.32
10.6
30%
312.48
16.0
40%
416.64
21.3
50%
520.8
26.6
60%
624.96
32.0
70%
729.12
37.3
80%
833.28
42.7
90%
937.44
48.0
100%
1041.6
53.3

（6）在试验过程中出现下列现象其中之一即视为锚固体破坏：
① 后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生位移量增量的两倍；
② 锚头位移不收敛；
③ 锚头总位移量超过设计允许位移量。

2、荷载计算
(1)差异伸长量计算
因破坏荷载未知，故计算差异伸长量采用超张拉设计荷载550KN进行计算。
按平均分配法计每根钢绞线拉力为550/4=137.5KN。根据设计文件，锚索张拉采用差异分步张拉，根据试验孔的锚索长度不同，分别计算差异伸长量，钢绞线伸长量△L（mm）按以下公式计算：

△L =，式中：

P——预应力筋的平均张拉力（取137.5KN）；
L——预应力筋的长度（mm）；
E——预应力筋的弹性模量（取1.933×105MPa,从试验报告取平均值所得）；
A——预应力筋的截面积（取140mm2）。
(2)差异荷载计算
△P1 =E·A·（△L1-2/L1）·2

a: SY1锚索:
已知：E=1.933×105MP； A=140 mm2
锚索长L1=8m，L2=6.5m （锚固长度为3米）
补偿张拉力P=500*1.1/4=137.5KN
∆L1=P*L1/EA=0.0406m，∆L2=P*L2/EA=0.033m
∆L1-2=∆L1-∆L2=0.0076m
∆P1=EA*∆L1-2*2/ L1= =51.5KN
b: SY2锚索:
锚索长L1=13m，L2=10.5m （锚固长度为5米）
补偿张拉力P=500*1.1/4=137.5KN
∆L1=P*L1/EA=0.066m，∆L2=P*L2/EA=0.0533m
∆L1-2=∆L1-∆L2=0.0127m
∆P1=EA*∆L1-2*2/ L1= =52.9KN
c: SY3锚索:
锚索长L1=21m，L2=17m （锚固长度为8米）
补偿张拉力P=500*1.1/4=137.5KN
∆L1=P*L1/EA=0.1067m，∆L2=P*L2/EA=0.0864m
∆L1-2=∆L1-∆L2=0.0203m
∆P1=EA*∆L1-2*2/ L1= =52.3KN

（2）SY1、SY2、SY3各单元补偿荷载及各锚索初始荷载列于下表
表02 各单元补偿荷载及各锚索初始荷载表
序号
锚孔深度
锚固段长度
第一次补偿值(△P1)
初始荷载
备注
SY1
8m
3m
51.5KN
104.16KN

SY2
13m
5m
52.9KN
104.16KN

SY3
21m
8m
52.3KN
104.16KN

四、锚索张拉顺序要求
每个循环张拉至最高一级时，稳压10min，其他各级稳压5min。
① 先张拉第一单元至△P1。
② 再加上第二单元张拉至初始荷载104.16KN
③接着张拉第一个循环至30%AFPTK=312.48KN稳压10min，接着卸载至10%AFPTK=104.16KN。
⑤ 然后再接着张拉第二循环、第三循环、第四循环等等，直到压力表读数不升高，油缸不收敛，证明锚索已破坏，然后开始卸载至0，测出其位移量，至此张拉结束。

五、锚索张拉读数记录及记录表
锚索张拉试验依据表( 循环加卸荷载等级与位移观测表)实施，每次加荷后至少观测5min，在观测时间内，测读锚头位移不少于3 次。锚头位移量不大于0.1mm 时，可施加下一级荷载否则需延长观测时间，直至锚头位移量2 小时小于2.0mm 时，可施加下一级荷载，同时分别记录每级荷载对应锚索的伸长量，绘制荷载—位移（Q—S）曲线。锚索张拉时，采用下表进行现场数据纪录：
锚索编号: 试验类别: 基本试验 锚固段长度: 米
加荷等级
施加
油表
观测
锚头位移数（mm）
锚墩位移数（mm）
备注
应力
读数
时间
(记录3次)
(记录3次)
（KN）
（MPa）
（min）
1
2
3
1
2
3

预张拉
10%

初始
荷载
ΔP1

10%

第一
循环
30%

10%

第二
循环

30%

40%

30%

10%

第三
循环

30%

40%

50%

40%

30%

10%

第四
循环

30%

50%

60%

50%

30%

10%

第五
循环

30%

60%

70%

60%

30%

10%

第六
循环

30%

60%

80%

60%

30%

10%

破坏

六、张拉施工注意事项
1、计算锚索各级张拉力对应的张拉千斤顶油压表读数。预应力锚索张拉施工使用的检测加荷设备张拉千斤顶（测力计、计时表等）在使用前应经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。锚索使用张拉千斤顶的额定压力必须大于试验压力。
2、在每级加荷等级观测时间内，锚头移量不大于0.1mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至锚头位移增量2.0h小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。
3、锚索试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：
锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出；
锚头总位移量超过设计允许位移值；
后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍；
锚索材料拉断。
4、整理试验报告，并绘制荷载一位移（Q-S）曲线。

七、试验锚孔的现场施工情况
我部于2013年 1月21日对该三个试验锚索进行了压浆施工，3月23浇筑C25混凝土试验锚墩，于5月25日对该三个试验锚索进行了张拉基本试验。
1、试验锚孔的放样及定位
按照监理现场确定的预应锚索框架3个基本试验孔位置，SY1孔深钻进8米，锚固长度为3m；SY2孔深钻进13米，锚固长度为5m；SY3孔深钻进21米，锚固长度为8m。
按照设计文件及相关规范，三个试验孔SY1，SY2、SY3的孔轴线倾角均为200。
2、试验锚孔的施工
（1）在指定的基本试验孔位置进行搭设平台、钻机就位，接通风管、电路，然后采用干钻法进行钻孔并记录详细的地质资料。钻孔直径130mm，钻孔所用的钻杆统一规格，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆数好，放整齐，做到钻杆用完孔深恰好到位。为避免孔底残渣影响试验，均比设计孔深度多0.2米。并在钻孔完成后，反复回钻3～5 次，用高压风清孔，确保孔底无残渣，并保证注浆时水泥浆与孔壁的粘结。钻孔过程中，未遇到特殊情况，顺利完成。实际孔位与设计孔位误差控制在±10cm以内。
（2）锚索采用Φ15.2mm 的高强低松弛无粘结钢绞线，强度等级1860MPa。
锚索分两个单元，每单元由两根等长无粘结钢绞线组成；内锚由钢质承载体组成。钢绞线通过特制的挤压簧与挤压套，利用挤压器将挤压套冷加工固定在锚索的端头，承载体采用45﹟钢加工制作，其厚度不小于２cm。锚索制作时，严格按照设计要求：每根钢绞线顺直，不扭不交叉，排列整齐，每个单元对称布置。钢绞线采用机械切割，锚固段每1.5米设置一个架线环，注浆管穿在锚索中间，绑扎固定直至最前端位置。锚索安装时，严格执行技术规范，使每根锚索顺利安装到位。锚索安装完成后，在每个单元锚索标上明显标记，保证压力分散型锚索荷载的施压。
（3）锚索注浆采用P05 2.5 普通硅酸盐水泥，配合比为 水泥：水：减水剂＝1：0.38：0.002，注浆采用孔底返浆方式，注浆压力为2MPa左右，施工时做好了详细注浆施工记录。
（4）锚索试验锚墩是为基本试验提供反力的装置，在施工过程中严把质量关，确保锚墩具有足够的强度，按设计要求配比浇制。经基本试验使用证明，锚墩质量好，能够满足试验要求。
（5）试验前对锚墩、锚索伸出段进行了详细的检查：锚垫板与锚索垂直，锚索长短单元做好记号，千斤顶与锚索平行。
（6）锚索试验过程中，均未遇到特殊情况，锚索张拉试验顺利。所有试验锚索破坏原因均为锚固体被拉动，位移不收敛。

八、 试验结果分析及结论
1、 试验结果分析
（1）试验情况简述：
试验孔SY1：该试验孔总长8m，锚固段为3m，试验时张拉至(第一循环后)312.48KN（油表读数16.0）时，千斤顶伸长至23.5mm，锚头位移急剧增加，而油表读数不增加，产生位移不收敛的现象，原因是锚固体被拉动所致。
试验孔SY2：该试验孔总长13m，锚固段为5m，试验时张拉至(第三循环后)520.8KN（油表读数26.6）时，千斤顶伸长至63.6mm，锚头位移急剧增加，而油表读数不增加，产生位移不收敛的现象，原因是锚固体被拉动所致。
试验孔SY3：该试验孔总长21m，锚固段为8m，试验时张拉至(第五循环后)654KN（油表读数31.3）时，千斤顶伸长至128.5mm，锚头位移急剧增加，而油表读数不增加，产生位移不收敛的现象，原因是锚固体被拉动所致。

（2）读数记录：
循环加卸荷载等级与位移观测表实施，每次加荷后至少观测5min，在观测时间内，测读锚头位移不少于3 次。锚头位移量不大于0.2mm 时，可施加下一级荷载否则需延长观测时间，直至锚头位移量2 小时小于2.0mm 时，可施加下一级荷载，同时分别记录每级荷载对应锚索的伸长量，绘制荷载—位移（Q—S）曲线。各锚索现场张拉结果读数见试验记录表。
EK0+180～EK0+425右侧边坡基本试验结果统计表
试
验
孔
编
号
锚孔
长度
（m）
锚固段
长度
（m）
锚孔
孔径
（mm）
破坏
情况
试验
位移
伸长量
（mm）
破坏
荷载
（KN）
极限
荷载
（KN）
设计
荷载
（KN）
粘结
强度（KN/m2）
相应
工程孔
安全
系数
设计值类比荷载
(KN)
类比荷载安全
系数

SY1
8
3
130
位移
不收敛
23.5
312.48
296.8
500
242.4
0.60
125
2.37
SY2
13
5
130
位移
不收敛
63.6
520.8
484.7
500
242.4
0.99
208
2.37
SY3
21
8
130
位移
不收敛
128.5
654
621.3
500
190.2
1.24
333
1.86

说明：

（1）抗拔试验取得的各试验孔的破坏荷载的95%为极限荷载，按下列公式计算锚
固体与岩土之间的粘结强度值Γ：
Γ= Ru/（π*D*L0）
Ru= P×95%
Γ:锚固体与岩土之间的粘结强度；
D：锚孔直径，为130mm；
L0：试验孔锚固长度；
Ru:极限荷载，取试验孔破坏荷载的95%；
P：试验孔破坏荷载，由抗拔试验取得；
（2）设计值类比荷载安全系数K由极限荷载与类比荷载的比值确定。
K = N*L0 /L
N： 设计荷载；
L0：试验孔锚固长度；
L： 设计锚固长度；
（3）相应部位工程孔锚固体安全系数K0 值，由下列公式确定：
K0= Ru /Nt
Ru：极限荷载，取试验孔破坏荷载的95%
Nt:锚索设计荷载
（4）从锚孔钻造施工过程中看：EK0+180~EK0+425右侧第3级边坡坡体全风化岩与砂土状强风化岩分布较广，适宜采用预应力锚索作为加固防护措施。
（5）从试验结果看：本次试验达到了试验目的。从钻孔情况看锚固地层以全风化岩与砂土状强风化岩为主，提供的锚固力能满足动态设计工作锚要求。

2、 试验结论
（1）锚索基本试验证明，后两个试验孔符合设计拉力要求；
（2）类比荷载安全系数能满足设计要求；
（3）锚索SY2,SY3地质均进入全风化岩与砂土状强风化岩，能满足设计拉力要求；锚索SY1只进入外层全风化岩，此深度不能满足设计拉力要求。
（4）本边坡地层地质条件基本能满足动态设计要求；
（5）注浆材料满足要求，锚索施工工艺比较理想。

l 附件
1、锚索抗拉拔破坏试验记录表
2、荷载、位移曲线图（Q-S曲线图）
3、千斤顶标定证书

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