CN101624828A - 一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构 - Google Patents

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何思明
罗渝
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Abstract

一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，锚索由抗拉强度大于3500Mpa的碳纤维束组成，且碳纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外侧为灌注的水泥砂浆，水泥砂浆外侧为锚索钻孔，碳纤维束端部设置有承压钢板。它具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀、寿命长的特点。

Description

一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构
技术领域
本发明涉及岩土工程中应用于滑坡防治的预应力锚索结构，特别是采用碳纤维锚索的滑坡防治预应力锚固新型结构。
背景技术
预应力锚索是一种新型滑坡防治结构，最早应用于矿山，后来逐渐在水库大坝加固、地下洞室加固、边坡加固、滑坡防治等各种工程中应用，成为一种重要的滑坡防治措施。由于这类工程属永久性工程，传统施工中的钢锚索不仅单位体积质量大、运输不便、不易开卷、安装速度慢，而且存在易锈蚀等缺点，尽管现在采用了如水泥浆结石层防护，镀锌、锡、铜等金属防护，涂有机涂料、塑料、防锈油等非金属涂层防护等多种措施，但在水泥产生的碱性条件、有水和大气存在的酸性条件中，仍然不能从根本上杜绝锈蚀现象。尤其是在海水浸蚀地层、火山灰地层、化学腐蚀环境等特殊锚固工程中，或是薄层混凝土包裹时，钢筋锈蚀得更加厉害，重点锚固工程不得不定期进行防锈处理，甚至更换、重新施工，无形中增加了许多后期费用，影响综合经济效益。同时，锚索施工场地一般都比较狭窄、险峻，而钢锚索密度大，现场运输、开卷、安装极不方便，这也是钢锚索无法提高安装速度的根本原因。
为彻底解决钢材锈蚀问题，国外于20世纪80年代就开始研究、试验非金属锚杆，如瑞典维德曼公司(Wiedemann)1987年首推玻璃纤维锚杆，它由嵌固在聚酯或环氧树脂中的优质玻璃纤维制成，纤维含量约为70％，破坏荷载与钢丝绳相当，有树脂型和中空灌浆型2种。德国拜尔公司(Bayer)90年代初研制出获专利的玻璃纤维复合材料Polystal制成的锚杆，受拉件为玻璃增强纤维，填充料为不饱和聚酯树脂，轴向破坏荷载与单股钢丝绳相当，但成本高6倍左右。加拿大最初一直使用从德国进口Polystal制作锚索，但由于材料成本高，无市场竞争力，因此，由几家公司共同研制出玻璃纤维复合材料DAPPAM，专门作为生产矿山锚固支护用的锚杆，该产品已于1989年在温哥华市投人生产，其性能与Polystal相似，密度仅为2.1g/cm3，轴向破坏荷载与钢锚索相当，但成本比Polystal低30％。日本于1987年开发出碳纤维和聚酰亚胺纤维等高强纤维合成的钢化塑料锚杆，基体采用乙烯酯树脂，破坏荷载与钢锚索相等，在1994年3月作为“防滑工程等的边坡稳定用、耐久性好的灌浆锚杆技术”，得到日本建筑研究中心认定。此外，奥地利等国也有复合材料的锚索出售，并在地表滑坡整治、水电大坝、地下矿山等进行过应用、测试，取得很好的技术经济效益。可见，非金属锚杆的应用具有良好的前景，已成为一种国际趋势。而国内虽然有单位正在研究类似产品，但到目前为止，尚未查阅到相关报道。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，与传统钢绞线相比，碳纤维具有以下优点：
(1)质量轻，其比重仅为钢绞线的
Figure G2009100600974D00021
易于运输、开卷，安装，可大幅度降低劳动强度，提高作业效率，减少运输、安装成本；
(2)碳纤维抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是普通钢绞线抗拉强度(1860Mpa)的2倍。对于同等设计荷载的预应力锚索结构，所需碳纤维的截面面积是普通钢绞线的一半，因而可以减小锚索钻孔的孔径，大幅度降低造孔成本；
(3)埋设在地下特殊环境条件下(如电腐蚀、化学腐蚀环境等)的普通预应力锚索结构，容易受周围环境介质的侵蚀，导致钢绞线锈蚀，耐久性大幅度降低，而碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱中环境下不溶不胀，耐蚀性良好，可以大幅度提高预应力锚索结构的耐久性；
(4)普通钢绞线在长期荷载作用下容易发生松弛和应力腐蚀，导致预应力损失；而碳纤维材料无蠕变，耐疲劳性好，可以降低预应力锚索结构的预应力损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀、专用于滑坡防治的一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构。
本发明的目的是这样实现的：一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束组成，且炭纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外侧为灌注水泥砂浆，砂浆外侧为锚索钻孔，炭纤维束端部设置有承压钢板。
本发明旨在解决传统预应力钢绞线易腐蚀、耐久性差、比强度低、现场运输、制作、安装强度大等缺点，而提出采用碳纤维材料代替传统钢绞线，形成一种新型的碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，新型结构能够有效地避免普通钢绞线预应力锚索的缺陷，使滑坡预应力锚固工程结构更加安全、可靠、耐久。
本发明施工步骤如下：
测量放样→施钻成孔→压力型碳纤维锚索制作、安装→锚孔灌注水泥砂浆→混凝土锚墩浇注→锚索张拉锁定→封锚。
压力型碳纤维(CFRP)预应力锚索滑坡防治结构，是以高强度炭纤维束(＞3500Mpa)代替传统的钢绞线(1860Mpa)，形成一种新型的滑坡防治预应力锚索结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)质量轻，其比重仅为钢绞线的
Figure G2009100600974D00031
易于运输、开卷，安装，可大幅度降低劳动强度，提高作业效率，减少运输、安装成本；
(2)碳纤维抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是普通钢绞线抗拉强度(1860Mpa)的2倍。对于同等设计荷载的预应力锚索结构，所需碳纤维的截面面积是普通钢绞线的一半，因而可以减小锚索钻孔的孔径，大幅度降低造孔成本；
(3)埋设在地下特殊环境条件下(如电腐蚀、化学腐蚀环境等)的普通预应力锚索结构，容易受周围环境介质的侵蚀，导致钢绞线锈蚀，耐久性大幅度降低，而碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱中环境下不溶不胀，耐蚀性良好，可以大幅度提高预应力锚索结构的耐久性；
(4)普通钢绞线在长期荷载作用下容易发生松弛和应力腐蚀，导致预应力损失；而碳纤维材料无蠕变，耐疲劳性好，可以降低预应力锚索结构的预应力损失。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是图1所示锚索的断面图。
具体实施方式
图1示出，锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束1组成，且炭纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管2，聚氯乙烯套管2外侧为灌注水泥砂浆3，砂浆外侧为锚索钻孔6，炭纤维束端部设置有承压钢板4。压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，采用高强度碳纤维替代传统的钢绞线，碳纤维材料具有比传统钢绞线材料更多的优点，主要体现在质轻、高强度(不小于3500Mpa)、高弹性模量(300Gpa以上)、耐化学腐蚀性、热膨胀系数小等方面，能够有效地解决传统钢绞线抗拉强度低、耐久性能差、应力损失大、施工强度高等缺点。
实施例：针对一个具体的滑坡防治工程，通过勘查、设计工作，确定采用压力型碳纤维预应力锚索结构进行防治，根据设计文件，首先采用测量设备对预应力锚索孔位进行实地测量定位；根据单根锚索的孔径、孔深进行钻探成孔；同时在室内加工、制作压力型碳纤维锚索，由于采用的碳纤维锚索是无粘结的，需要在碳纤维束外侧包裹PVC套管，在端部设置承受钢板；清孔并进行预应力锚索安装；灌注M30水泥砂浆；现浇预应力锚索锚墩；待混凝土、砂浆强度达到70％设计强度时，进行预应力张拉，并锁定；最后对预应力锚索锚头进行封锚处理(参见图1，图中有锚头5、锚索钻孔6、滑动面7、自然坡面8。锚索结构滑动面以下部分为锚固段，滑动面以上部分为自由段)。

Claims (1)

1、一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，其特征是：所述锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束(1)组成，且炭纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管(2)，聚氯乙烯套管(2)外侧为灌注水泥砂浆(3)，水泥砂浆(3)外侧为锚索钻孔(6)；炭纤维束端部设置有承压钢板(4)。
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