预应力锚索张拉锁定值 压力分散型预应力锚索张拉计算实例

一、工程简介

汕昆高速公路土建工程第T22合同段部分路堑边坡设计采用锚索框架梁进行防护。见右图所示：框架以两根竖肋为一片，每片水平宽度为8m，竖肋水平间距4m, 横梁间距为3.5m，横梁根数根据边坡坡面长度计算确定，横梁水平布置，通过调整上下端自由段以适应路线纵坡坡度。相邻两片框架之间留2cm伸缩缝，缝内填充浸沥青木板。

预应力锚索框架图

框架梁采用压力分散型预应力锚索进行锚固，每孔锚索由三单元共六束钢绞线组成，钢绞线采用直径15.24mm、强度1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线。每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成。钢绞线通过特制的挤压簧（类似于夹片功能）和挤压套（类似于锚环功能）对称地锚固于钢质承载体上，其单根的连接强度大于200KN。各单元锚索的固定长度分别为L1、L2、L3，共同组成复合型锚索的锚固段，且L1=L2=L3=5m。为叙述及计算方便，命名对应锚固长度的单元为D1、D2、D3单元，其对应锚索长度为l1、l2、l3，且l1>l2>l3。详见下图所示：

锚索结构示意图 注：为计算方便，上图中L1和L3标注与设计图纸标注位置相反，现场施工时需注意

上图中，自由段长度根据边坡级数位置不同而有三种设计长度，分别为10m、15m和20m，其对应设置位置详见具体的边坡锚索框架防护设计图。

压力分散型锚索与一般拉力分散型锚索不同之处在于，压力分散型锚索由几个单元组成，各单元间锚索长度及其自由段长度不同，致使各单元间因自由段长度不同而产生伸长量不同。因此，在进行整体分级张拉前，要先计算各单元间的差异伸长量和差异荷载增量，并先进行补足荷载张拉及预张拉。

二、差异荷载增量、差异伸长量和理论伸长量计算

1、计算公式

因压力分散型锚索各单元长度长短不一，故必须先计算相邻两单元之间的差异伸长量和差异荷载增量。对于三单元共六束压力分散型锚索，其计算公式如下：

差异伸长量：

△L1-2=△L1-△L2, △L2-3=△L2-△L3;

△L1=(σ/E)* L1, △L2 =(σ/E)* L2, △L3=(σ/E)* L3,

σ=P/A 。

差异荷载增量：

△P1=(E*A*△L1-2/L1)*2

△P2=[(E*A*△L2-3/L2) (E*A*△L2-3/L1)]*2

以上各式中：

L1、L2、L3,分别为第一、二、三单元锚索的自由段长度，且L1>L2>L3；

△L1,△L2,△L3,分别为在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的伸长量；

△L1-2,△L2-3为对应单元在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的差异伸长量；

σ为在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的钢绞线束应力；

P为在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的单根钢绞线束荷载；

A为单根钢绞线束的截面面积，取A=140mm2;

E为钢绞线的弹性模量，E=1.95*105MPa=195000Pa;

△P1，△P2为进行分步补偿差异张拉的第一、二级张拉荷载增量；

各单元锚索张拉时的实际总伸长值,等于初应力以下的补偿张拉伸长量加上从初应力至最大张拉力间的伸长量，即：

△L=△L初以下 △L初至最大

2、不同长度自由段锚索差异荷载及伸长量计算

本合同段压力分散型锚索框架类型，按自由段长度不同共分为三种，即自由段长10m、15m和20m。锚索设计荷载500KN，锁定荷载550Kn。现分别列表计算三种锚索各单元的差异荷载及伸长量如下：

锚索长度计算表

表中其他计算参数：每单元钢绞线束n=2,单根钢绞线最终荷载P=500*1.1/6KN=91666.7N; 单根钢绞线截面面积A=140mm2; 钢绞线弹性模量E=195000 (Pa)。

表中各单元张拉端有效自由段长度计算详见下表：

有效自由端长度计算表

三、锚索张拉

压力分散型锚索的张拉，因各单元间锚索自由段长度不同，张拉时要注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉，根据设计荷载和锚索自由段长度计算确定差异荷载，并根据计算的差异荷载分单元张拉。张拉采用“双控法”，即采用设计张拉力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力，以控制油表读数为准，用伸长量校核，实际伸长量与理论值的偏差应在±6%范围内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉。

千斤顶、油表等张拉设备必须采用专用设备，并送相应资质的计量单位进行标定，并在标定有效期内使用。

本项目前期使用张拉千斤顶及油表已经过贵州省计量测试院标定，千斤顶型号为YDC1500,出厂编号为31558-29；已标定的两油表及校准方程分别为：091020油表，Y=32.2X 12.7;973928.4油表，Y=31.9X-3.6,式中：Y为张拉力,单位KN,X为油表读数，单位MPa。在施工过程中，是采用读油表读数X来检验张拉力是否达到张拉要求，即，应对应油表编号换算成:

091020油表 X=0.0310559*Y-0.3944；

973928.4油表 X= 0.031347962*Y 0.1129。

在进行整体张拉前，取10%～20%的设计张拉荷载进行预张拉，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。张拉时一般按照40KN/min的速度进行。

张拉流程

各单元锚索实际伸长值,等于分级张拉伸长值加相应的差异伸长值。

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级（预张拉不计）按上述张拉程序进行施加，即按设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%。除张拉最后一级荷载时持荷稳定10～20分钟外，其余各级持荷稳定5分钟；因锚索设计荷载为500KN,锁定荷载550KN,即设计荷载的110%；因此，应在锁定荷载级张拉持荷10～20分钟后及时锁定。锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补充张拉。各种类型锚索具体补偿张拉及分级张拉控制参数见以下各表：

四、施工工艺及注意事项

压力分散型锚索张拉，在对第一、二单元进行差异分步张拉后，分五级进行，每级荷载分别为设计荷载的0.25、0.5、0.75、1.0、1.1倍，除最后一级需要稳定10～20分钟外，其余每级需要稳定5分钟，并分别记录每一级钢绞线的伸长量。在每一级的稳定时间里必须测读锚头位移三次。

（一）、准备工作

1、注浆体、框架混凝土及锚斜托台座的混凝土强度达到设计强度的80%以上后，方可进行锚索张拉。锚斜托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直；

2、将锚垫板管内的混凝土清理干净、消除钢绞线上的锈蚀、泥浆。

3、套上工作锚板，根据气候干燥程度在锚板锥孔内抹上一层薄薄的黄油。

４、锚板每个锥孔内装上工作夹片。

（二）、千斤顶的定位安装

1、套上相应的限位板，根据钢绞线直径大小确定限位尺寸。

2、装上张拉千斤顶，并且与油泵相连接。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索轴线在一条直线上，不得压弯或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调整以满足要求；

（三）、张拉

按张拉程序首先张拉第一单元差异荷载△P1、再张拉第一、二单元差异荷载△P2，然后再分5级进行整体张拉。

1、向千斤顶张拉油缸慢慢送油，直至达到相应张拉级荷载设计值。张拉加荷、卸荷速率应平稳。张拉时,升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.1;卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。

2、测量预应力筋伸长量。按油表读数及伸长量进行双控检验张拉力及伸长量直至合格，并按设计要求达到稳定持荷时间。

张拉至最后一级时，持荷约15分钟后及时进行锚3、做好张拉详细记录。

（四）、锚固

固锁定。

1、松开送油阀，张拉活塞在预应力筋回缩下回程若干毫米，工作夹片锚固好预应力筋。

2、关闭送油阀，向回程油缸送油，活塞慢慢回程到底。卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的0.2。

3、按顺序拆除工具夹片、工具锚板、张拉千斤顶、限位板。

（五）、封端

锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补充张拉。

1、在距工作夹片大于或等于100mm处，机械切除多余的预应力筋，严禁电割、氧割。

2、最后用C25混凝土及时将锚头按设计要求进行封锚。

3、张拉时认真填写张拉记录,每孔锚索施工完成后,应向监理工程师提交必须的验收资料。

五、安全注意事项

为了贯彻“安全第一，预防为主”的方针，做到“三不生产”的原则，即不安全不生产、不消除事故隐患不生产、不落实安全防护措施不生产。现制定有关预应力张拉的安全措施如下：

1、施工前充分做好准备工作,熟悉设计图纸、领会设计意图,认真做好各项工程施工组织计划,充分考虑施工期间气候对施工工艺的影响。

2、张拉所用千斤顶和压力表在张拉前要经过有资质的检测部门进行标定。张拉前要检查油泵、千斤顶的机械性能，使之处于良好的使用状态。只有在张拉机具运行正常可靠后才能进行正式安装张拉。

3、张拉所用的夹片和锚具、锚垫板进场时，必须具有出厂合格证和质量证明书，并按规范要求的抽检频率对其进行力学性能检测，使用前还要对其外观进行检查，严格杜绝使用外观有裂纹和其他缺陷的夹片、锚具。夹片与锚环孔不应粘附泥浆和其他杂物，且不允许锈蚀（若有轻微浮绣，应彻底清除）。锚具安装到位后应及时张拉，以防止应锈蚀而产生滑丝、断丝。工作锚板夹片与工具锚夹片不能混用（工作锚具不能重复使用）。

4、张拉所用的预应力钢绞线除按规定送检外，还要检查其外观，杜绝使用外观有裂纹和已受伤的钢绞线。对表面有绣的钢绞线，张拉前应彻底除锈，以减少摩擦损失。

5、张拉人员必须详细了解张拉施工工艺及张拉设备操作规程。在张拉时严格按照张拉施工工艺进行张拉并严格遵守张拉设备操作规程。

6、张拉前，要求严格检查张拉作业工作平台脚手架是否固定牢靠。

7、张拉区域周围应设置明显的警示标志和标牌，非作业人员不得进入张拉作业区,千斤顶出力方向严禁站人,施工操作者及测量人员应站在侧面,严禁越过安全区。严禁非操作人员进入张拉区。张拉前应检查张拉系统安全可靠，张拉时应有安全措施，张拉人员站在千斤顶旁边张拉作业，严禁任何人张拉端前面。

8、张拉作业时,千斤顶前端与锚具贴密,外余部分不应有约束。张拉力的作用线应与钢绞线中心一致，不得偏扭。张拉过程中严禁拆卸管路,严禁碰、敲锚具组件。

9、张拉时，油泵应徐徐加压，使千斤顶加载平稳、均匀、缓慢，卸载时，应慢慢打开油阀，使油压缓缓下降。油泵运转时，若有不正常现象，应立即停车。张拉时，严禁工作压力超过额定压力。

10、预应力钢绞线的锚固，应在张拉控制应力处于稳定状态下进行。

11、切割多余钢绞线，一般应用砂轮切割机，如确需用加热方法切割时，应采取保护方法使锚具夹片不受热，以确保夹片不因受热退火而滑丝。

六、质量控制

(1)杜绝不合格的钢绞线及锚具产品进入工地。

(2)应对孔位、孔径、孔深、孔斜和方位角应进行严格检查,偏差应符合规定。

(3)锚索制作中应对下料长度、隔离架位置、绑扎间距、灌浆管的内口位置及编号进行检查。锚索的存放和临时防护应符合规范要求。

(4)锚索安装前应核对编号和孔号,检查索体的顺直性,PE防护套的完好性,进浆管密封性,内口位置和通畅性。

(5)张拉作业是锚索施工的关键工序,张拉前应着重检查张拉系统、浆体、锚墩和结构混凝土强度,张拉力、压力表读数关系曲线与计算公式,各项都符合规范和设计要求时才能进行张拉。

在张拉时应遵循以下原则:

①张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致,锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物;

②加载速率要平缓,速率宜控制在设计预应力值的0.1/min左右;

③卸荷载速率宜控制在设计预应力值的0.2/min;

④在张拉时,应采用张拉系统出力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力,当实际伸长值与理论伸长值差别较大时,应暂停张拉,待查明原因并采取相应措施后方可继续进行;

⑤锚索应力锁定必须在压力表稳定后进行;张拉锁定完成48 h内,若发现预应力损失大于设计预应力的10%,应进行补偿张拉。

(6)施工过程中及时整理、汇总检查和检验记录。

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