CN105089048B - 一种双端压力型预应力锚索及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双端压力型预应力锚索及锚固方法，双端压力型预应力锚索包括钢绞线、设置在锚孔出口处的锚头以及自内而外依次设置在锚孔内部的U型锚定体和钢质承载板，钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端穿过U型锚定体后固定在锚头上。本发明提供了一种结构简易、安装方便的双端压力型预应力锚索及基于该锚索的锚固方法，从而使锚固段由底部受压改为双端受压，使其受力更加合理，充分发挥预应力锚索承载力。

Description

一种双端压力型预应力锚索及锚固方法

技术领域

本发明属于边坡防护领域，涉及一种预应力锚索，尤其涉及一种双端压力型预应力锚索及锚固方法。

背景技术

压力型锚索是在无粘结钢绞线末端套以承载体以及挤压套，当锚同段注浆固结后，以一定荷载张拉钢绞线，设置在锚孔底部的承载体将拉应力通过锚固体传递给至围岩。压力型锚索可将锚固力传递到地层深部，有效利用内锚固段，且锚固体受压，能够发挥围岩的围压效应，提高围岩与锚固体接触面之间的抗剪强度，杆体采用无粘结钢绞线，具有很高的防腐蚀性能，基于以上优点，压力型锚索在边坡防护工程中得到广泛应用，尤其是在软弱围岩地层中，其能提供更稳定的锚固力。但有时在压力型锚索设计过程中，由于设计参数设置的比较保守，锚固力只能在锚固体底部一定范围内发挥作用，而无法发挥出整个锚固段的承载能力，造成工程材料的浪费，同时锚头距离边坡潜在滑动面较远，由于边坡岩体的应力扩散作用，预应力锚索的锚固作用将大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简易、安装方便的双端压力型预应力锚索及基于该锚索的锚固方法，从而使锚固段由底部受压改为双端受压，使其受力更加合理，充分发挥预应力锚索承载力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双端压力型预应力锚索，其特征在于：所述双端压力型预应力锚索包括钢绞线、设置在锚孔出口处的锚头以及自内而外依次设置在锚孔内部的U型锚定体和钢质承载板，所述钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端穿过U型锚定体后固定在锚头上。

作为优选，本发明所采用的U型锚定体包括支架、立柱以及U型端头；所述U型端头通过立柱设置在支架上；所述支架上设置有钢绞线通孔以及用于注浆的注浆管通孔；所述U型端头设置有U型槽；所述钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端依次穿过支架上的钢绞线通孔以及U型端头上的U型槽弯折后固定在锚头上；所述立柱的柱身上设置有浆液出口，所述浆液出口与注浆管通孔相贯通。

作为优选，本发明所采用的浆液出口是一个或多个。

作为优选，本发明所采用的钢绞线是无粘结PC钢绞线；所述钢质承载板采用的材质是45号钢材；所述钢质承载板的厚度不小于2cm。

一种基于如上所述的双端压力型预应力锚索的锚固方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)确定需要锚固的部位，并对锚固的部位设计需要锚固的信息；所述需要锚固的信息包括但不限于锚孔孔位、锚孔孔向、锚孔孔径、锚孔倾角以及形成锚固段的锚固段长度；

2)根据步骤1)所设计的需要锚固的信息进行钻孔，得到锚孔；

3)根据步骤1)中的锚固段长度设置钢制承载板与U型锚定体；

4)将钢绞线的一端固定于钢质承载板上，另一端穿过U型锚定体；将装配有钢绞线的钢质承载板以及U型锚定体推入步骤2)所钻得到的锚孔中，所述钢绞线在U型锚定体处弯折后伸出锚孔，并预留张拉施工长度；

5)在锚孔内注浆，待注浆体达到规定强度后进行锚索张拉施工；

6)在锚孔出口处安装锚具及千斤顶，对钢绞线进行预紧及分级张拉施工，记录张拉千斤顶的压力表读数以及在不同张拉力下的钢铰线伸长值，直至预应力锚索达到设计承载力；

7)固定坡面锚头处钢绞线，浇筑混凝土保护外锚头。

本发明的优点是：

本发明提供了一种双端压力型预应力锚索以及基于该双端压力型预应力锚索的锚固方法，该双端压力型预应力锚索通过设置在锚固段两端的U型锚定体和钢质承载板，将锚索拉力转化为作用在锚固体两端的压应力，从而大幅提高预应力锚索的承载力。锚固体设置在边坡钻孔形成的锚孔中，在锚孔底部设置U型锚定体，钢绞线绕过底部的U型锚定体，另一端通过钢质承载板固定在锚固体的顶部，钢绞线经过张拉后固定在锚孔口。本发明属于边坡防护技术，结构简易，安装方便，材料成本低廉；由于锚固体两端都承受压应力，充分发挥整个锚固段的承载力以及锚固体抗压强度高的特点；锚固体两端受压并发生侧向变形，由于围岩的围压作用，围岩与锚固体接触面之间的抗剪强度得到增强，锚索承载力也随之提高；锚固体穿越潜在滑动面，一方面可以发挥其抗剪作用，另一方面锚固体一端的钢质承载板比设置在锚孔口的锚头更靠近潜在滑动面，从而提高滑动面法向应力，其抗剪强度以及边坡整体稳定性都随之增加。本发明可用于边坡防护工程，特别是软弱围岩地质条件下，可大幅提高预应力锚索承载力。该双端压力型预应力锚索特别适用于地质条件较差的地层中，结构简易，安装方便，锚固段两端都能承受压应力可以最大程度的发挥锚固体抗压强度大的特点，同时能够发挥围岩的围压效应，提高围岩与锚固体接触面之间的抗剪强度，使软弱围岩中预应力锚索的极限承载力也随之大幅增加，而锚固体一端的钢质承载板也比设置在锚孔口的锚头更靠近潜在滑动面，从而提高了潜在滑动面抗剪强度及边坡整体稳定性。

附图说明

图1为本发明所提供的双端压力型预应力锚索的结构示意图；

图2为本发明所采用的U型锚定体的侧面结构示意图；

图3为U型锚定体立面图；

图4为对钢绞线进行张拉后钢绞线的受力示意图；

图5为现有技术中对钢绞线进行张拉后钢绞线的受力示意图；

其中：

1-钢绞线；2-锚头；3-锚孔；4-钢质承载板；5-锚固体；6-U型锚定体；7-支架；8-立柱；9-U型端头；10-注浆管；11-潜在滑动面；12-坡面；13-锚固段；14-自由段。

具体实施方式

参见图1以及图2，本发明的目的在于提供一种双端压力型预应力锚索，该双端压力型预应力锚索包括钢绞线1、设置在锚孔3出口处的锚头2以及自内而外依次设置在锚孔3内部的U型锚定体6和钢质承载板4，钢绞线1的一端固定在钢质承载板4上，另一端穿过U型锚定体6后固定在锚头2上。

U型锚定体包括支架、立柱以及U型端头；U型端头通过立柱设置在支架上；支架上设置有钢绞线通孔以及用于注浆的注浆管通孔；U型端头设置有U型槽；钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端依次穿过支架上的钢绞线通孔以及U型端头上的U型槽弯折后固定在锚头上；立柱的柱身上设置有浆液出口，浆液出口与注浆管通孔相贯通。

钢绞线1使用无粘结P.C钢绞线进行弯折工序，在弯折的地方设置U型锚定体6，钢绞线1的一端通过挤压套固定在钢质承载板4上，另一端经张拉后固定在锚头2上，钢绞线1强度需满足锚索承载力设计要求。钢质承载板4要求采用45号钢材加工制作，其厚度不小于2cm，钢质承载板4位置根据锚固体5设计长度确定。锚固体5通过水泥浆液灌注而成，其强度必须满足设计要求。U型锚定体6设置在锚孔3底部，由支架7、立柱8和U型端头9组成，钢绞线1从支架7穿过，在U型端头9的U型槽内弯折，注浆管10穿入立柱8内，浆液可从立柱8柱身的开口(图中的圆圈)流出。

锚固体5设置在边坡钻孔形成的锚孔3中，在锚孔3底部设置U型锚定体6，钢绞线1绕过底部的U型锚定体6，另一端通过钢质承载板4固定在锚固体5的顶部，钢绞线1经过张拉后固定在锚孔3口。该双端压力型预应力锚索特别适用于地质条件较差的地层中，结构简易，安装方便，锚固段两端都能承受压应力可以最大程度的发挥锚固体5抗压强度大的特点，同时能够发挥围岩的围压效应，提高围岩与锚固体5接触面之间的抗剪强度，使软弱围岩中预应力锚索的极限承载力也随之大幅增加，而锚固体一端的钢质承载板也比设置在锚孔口的锚头更靠近潜在滑动面，从而提高了潜在滑动面抗剪强度及边坡整体稳定性。

基于本发明所提供的双端压力型预应力锚索的锚固方法包括以下步骤：

A)根据设计要求的孔位、孔向、孔径及进行钻孔。

B)根据设计锚固段13的长度确定钢质承载板4与U型锚定体6之间的距离，并将钢绞线1在U型锚定体6处弯折，钢绞线1的一端固定于钢质承载板4上，另一端伸出锚孔3，并预留一定的张拉施工长度。

C)在锚孔内注浆，待注浆体达到规定强度后方可进行锚索张拉施工。

D)在锚孔3口安装锚具及千斤顶，对钢绞线1进行预紧及分级张拉施工，记录张拉千斤顶的压力表读数以及在不同张拉力下的钢铰线伸长值，直至预应力锚索达到设计承载力。

E)固定坡面12上锚头2处的钢绞线1，切除多余长度，浇筑混凝土保护外锚头2。

采取本发明结构简易，安装方便，特别适用于软弱围岩地质条件下的边坡防护工程，可有效提高压力型预应力锚索的承载力及边坡整体稳定性。

参见图4，对钢绞线进行张拉后，中单向箭头代表钢绞线受力方向，从图中可以看出锚固体5两端均会受压，并发生侧向变形，由于围岩的围压作用，围岩与锚固体5接触面之间的抗剪强度得到增强，比传统的压力型锚索只在锚固段5底部受压(参见图5)，其锚索承载力也会随之提高。同时，从图4中可以看出锚固体一端的钢质承载板比图5中设置在锚孔口的锚头更靠近潜在滑动面11，从而减少了应力扩散距离，滑动面法向应力也得到相应提高，其抗剪强度以及边坡整体稳定性都随之增加。

因此，基于如上分析，同时根据剪切面破坏的Mohr-Coulomb强度准则，抗剪强度为剪切面内摩擦角，c为剪切面黏聚力，σ为剪切面法向应力，可以得到如下结论：

(1)是为了增加锚固体与围岩之间的法向应力，从而增加锚固体与围岩之间的抗剪强度以及锚索设计承载力，即可以增加作用在潜在滑动面11上的法向应力；

(2)可直接增加滑动面上的法向应力。

以上两个方面都能使锚索的锚固作用得到充分发挥，提高了边坡潜在滑动面上的抗剪强度，最终达到提高边坡整体稳定性的效果。

下面以一个具体实施例对本发明所提出的装置进行详细的说明：

实施例1：

某高速公路线路经过一岩质边坡，经勘探作业后发现该边坡存在一条明显的深层滑动带，且处于活跃期，极大威胁着高速公路的施工及运营安全，设计方拟采用压力型预应力锚索进行支护加固，以提高边坡整体稳定性。由于滑坡体巨大且滑动带位置较深，经设计计算的单孔锚固力需达到350kN以上，采用传统的压力型预应力锚索加固虽可以满足承载力要求，但不仅需要较长的锚索长度保证锚固段锚固于稳定坡体内，而且需要的锚索数量也十分巨大，锚索布置间距较小，不利于施工开展。

根据现场情况，采用一种双端压力型预应力锚索，参见图1～图3，该装置使用无粘结低松弛高强度P.C钢绞线1，抗拉强度不小于1200MPa，U型锚定体由专门生产厂家定制，钢质承载板4要求采用45号钢材加工制作，其厚度不小于2cm，钢质承载板4位置根据锚固体5设计长度确定。锚固体5采用M50砂浆灌注而成，自由段14用M40砂浆灌注。

其锚固方法的具体实施步骤如下：

A)按设计孔径Φ150mm，孔深设计长度+0.5m，倾角-15°进行钻孔。

B)根据设计锚固段13的长度确定钢质承载板4与U型锚定体6之间的距离，并将钢绞线1在U型锚定体6处弯折，一端固定于钢质承载板4上，另一端伸出锚孔3，并预留1.5m的张拉施工长度。

C)在锚孔内注浆，水泥浆液水灰比为1.0，注浆压力2.5MPa，待锚固体5达到规定强度后方可进行锚索张拉施工。

D)在锚孔3口安装锚具及千斤顶，对钢绞线1进行预紧并按设计拉力的10％逐级加荷，记录张拉千斤顶的压力表读数以及在不同张拉力下的钢铰线伸长值，张拉至设计拉力的1.1倍时，保持10～15min，观察其变化趋于稳定后卸荷至锁定荷载进行锁定。锁定后，如有明显的应力损失，应进行补偿张拉。

E)固定坡面12上锚头2处的钢绞线1，切除多余长度，浇筑混凝土保护外锚头2。

实施效果：挑选双端压力型预应力锚索总数量的3％在锚头2以及钢质承载板4处安装锚索轴力计，监测施工后锚索两端轴力平均值分别达到230kN和160kN，其单组锚索的总锚固力达到390kN，远满足设计承载力要求。同时，由于钢质承载板4更靠近潜在滑动面10，提高了滑动面处的法相应力及抗剪强度，边坡整体稳定性也随之提高，施工完成后至今，边坡性状良好，未发生大的滑移破坏。

Claims (1)

1.一种基于双端压力型预应力锚索的锚固方法，所述双端压力型预应力锚索包括钢绞线、设置在锚孔出口处的锚头以及自内而外依次设置在锚孔内部的U型锚定体和钢质承载板，所述钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端穿过U型锚定体后固定在锚头上；

所述U型锚定体包括支架、立柱以及U型端头；所述U型端头通过立柱设置在支架上；所述支架上设置有钢绞线通孔以及用于注浆的注浆管通孔；所述U型端头设置有U型槽；所述钢绞线的一端固定在钢质承载板上，另一端依次穿过支架上的钢绞线通孔以及U型端头上的U型槽弯折后固定在锚头上；所述立柱的柱身上设置有浆液出口，所述浆液出口与注浆管通孔相贯通；

所述浆液出口是一个或多个；

所述钢绞线是无粘结PC钢绞线；所述钢质承载板采用的材质是45号钢材；所述钢质承载板的厚度不小于2cm；

其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

1）确定需要锚固的部位，并对锚固的部位设计需要锚固的信息；所述需要锚固的信息包括但不限于锚孔孔位、锚孔孔向、锚孔孔径、锚孔倾角以及形成锚固段长度；

2）根据步骤1）所设计的需要锚固的信息进行钻孔，得到锚孔；

3）根据步骤1）中的锚固段长度设置钢制承载板与U型锚定体；

4）将钢绞线的一端固定于钢质承载板上，另一端穿过U型锚定体；将装配有钢绞线的钢质承载板以及U型锚定体推入步骤2）所钻得到的锚孔中，所述钢绞线在U型锚定体处弯折后伸出锚孔，并预留张拉施工长度；

5）在锚孔内注浆，待注浆体达到规定强度后进行锚索张拉施工；

6）在锚孔出口处安装锚具及千斤顶，对钢绞线进行预紧及分级张拉施工，记录张拉千斤顶的压力表读数以及在不同张拉力下的钢铰线伸长值，直至预应力锚索达到设计承载力；

7）固定坡面锚头处钢绞线，浇筑混凝土保护外锚头。