CN105714819B - 一种预应力锚索外锚头多重防护装置及其固定方法 - Google Patents
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Abstract
一种预应力锚索外锚头多重防护装置及其固定方法，该多重防护装置设于水泥墩内，包括设于锚孔端口内侧的波纹管，钢绞线位于波纹管内且波纹管内还设有自由段灌浆管；波纹管的外端口设有垫板，垫板内侧设有排气管,外侧设有锚板，钢绞线穿过锚板并与锚板固定；锚板外侧设有缓冲板和防腐油储存罐；防腐油储存罐外接锚头防腐油路和孔口段防腐油路。将预应力锚索的内锚头及钢绞线束体放入锚孔，将波纹管套在该钢绞线束体外周并对准安放在锚孔内1‑2m；安装自由段灌浆管、波纹管外端内侧的排气管，并在水泥墩与所述主体外壁交界面处安装橡胶板；安装锚头防腐油路和孔口段防腐油路；在垫板外侧安装锚板，在锚板外侧安装缓冲板、防腐油储存罐。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩土工程设备，特别是一种预应力锚索外锚头多重防护装置及其固定方法。
背景技术
预应力锚固技术最早于1934年在阿尔及利亚的舍尔法大坝中使用，我国的预应力锚固技术最早于1964年在梅山水库右岸坝基中得到了应用，此后，锚索技术在众多的工程中得到了推广应用。目前，预应力锚固技术成为岩土工程中应用最广的加固处理措施之—。而我国水利、水电、交通、矿山和其它基本建设工程正在经历一个前所未有的大发展阶段，为保证地面和地下工程的稳定性，均使用了大量的预应力锚索。
预应力锚索是一种可承受拉力的结构系统。它的一端被固定在稳定地层中(或结构中)，另一端与被加固物紧密结合，形成一种新的结构复合体。预应力锚索结构由外锚头1和内锚头2通过钢绞线3贯穿连接组成(见图1)，钢绞线3靠近外锚头1的部分为自由段A，另一部分及内锚头2为锚固段B。锚索破坏原因众多，归纳起来如下：(1)整体破坏问题，其中有一根锚索整个结构都发生了破坏，即地层中锚固系统的破坏(整体支护力不足、锚索强度不够)；(2)锚固段问题，注浆体被压碎、腐蚀锈胀、索束从注浆体中拨出以及注浆体与周围岩土体剪切破坏等；(3)自由段问题，支架与索束硬接触断丝、索束腐蚀以及索束耐久性差等；(4)外锚头问题，锚垫板与周围岩土体接触破坏、锚具强度不足以及外锚头腐蚀等。
预应力锚索外锚头的结构设计方面，在水利水电相关规程规范中规定：(1)锚头应由锚墩、孔口承压板、工作锚及封孔保护等部件组成；(2)锚头部位钢绞线的长度应由锚墩和承压板厚度，工作锚、工具锚和张拉设备的高度另加0.3～0.5m裕量之和确定；(3)锚头各部件的承载能力，应与单根锚索的最大张拉力相匹配；(4)锚索锁定时，钢丝或钢绞线长度的回缩量不应大于5mm；(5)孔口锚墩形式和结构尺寸应根据预应力锚索的设计张拉力和孔口地质条件确定；(6)混凝土锚墩顶面应铺设钢垫板，钢垫板与混凝土面应紧密接触，与工作锚接触面应平整、光洁。
预应力锚索外锚头防腐措施方面，在水利水电相关规程规范中也有所规定，但均为定性要求。如锚具应有防腐蚀措施，且能满足工程建设的耐久性要求；预应力锚索安装前应对锚索体做防锈处理；无粘结锚索锚头部位张拉锁定后，应及时对锚头涂以防腐材料，再用混凝土封闭，封闭厚度不应小于100mm，；预应力锚索外锚头采用混凝土结构封锚时，其混凝土强度等级、钢筋数量及规格均应符合设计规定。
通过国内典型工程预应力锚索防护措施调研和研究可见，锚索外锚头腐蚀主要受混凝土保护墩开裂、局部围岩体出现新裂缝、混凝土墩台与围岩体位错、锚索孔回填水泥砂浆不密实等影响，采用混凝土包裹防护却未有效的阻止外锚头的锈蚀。国内外锚索失效案例分析也表明，单纯的混凝土浇筑防护没有阻止外锚头位置锈蚀的发生，或者不能起到理想的防锈效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力锚索外锚头多重防护装置，其具有多层防护结构，能够很好地阻止水、空气与钢绞线及锚头相互接触，能很好地防止外锚头腐蚀。
本发明的另一目的是提供一种预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，其能够提供多层防护结构，对外锚头进行防腐，操作简单，防腐效果好。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种预应力锚索外锚头多重防护装置，该预应力锚索包括外锚头和内锚头，通过钢绞线贯穿连接；该钢绞线的一部分和内锚头位于锚孔内；该锚孔外部设有水泥墩，将该钢绞线的另一部分和外锚头包覆于内，该多重防护装置设于该水泥墩内，包括设于该锚孔端口内侧的波纹管，该钢绞线位于该波纹管内且该波纹管内还设有通向该水泥墩外部的自由段灌浆管；该波纹管的外端口设有垫板，该垫板内侧设有通向水泥墩外部的排气管；该垫板外侧设有锚板，该钢绞线穿过该锚板并与该锚板固定；该锚板外侧依次设有缓冲板和防腐油储存罐，该缓冲板和防腐油储存罐通过贯穿的螺纹杆与该锚板固定连接，该螺纹杆外端设有固定螺母；该钢绞线末端穿过该缓冲板和防腐油储存罐内部的通孔，该通孔与该防腐油储存罐内的防腐油相互隔离；该防腐油储存罐外接锚头防腐油路和孔口段防腐油路，该锚头防腐油路起始于该防腐油储存罐，绕经该锚板，闭合于该防腐油储存罐；该孔口段防腐油路起始于该防腐油储存罐，绕经该锚孔内侧，闭合于该防腐油储存罐。
进一步的，所述锚孔外壁上嵌设有橡胶板，并且所述外壁与所述水泥墩的分界面位于该橡胶板的侧面中部；所述波纹管穿设于橡胶板内。
进一步的，所述防腐油储存罐为圆筒形，内部具有相互垂直的隔板，将所述防腐油储存罐内部分隔为四个独立的储油空间；所述锚头防腐油路在外部连通其中的两个储油空间；所述孔口段防腐油路在外部连通另外两个储油空间。
进一步的，所述波纹管为PE材料，伸入所述锚孔内侧1-2m。
进一步的，所述垫板内侧设有垂直于所述波纹管的钢筋网。
进一步的，所述水泥墩截面为梯形，且沿着所述波纹管向外的方向，外径递减。
一种所述的预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，包括下列步骤：
A.在待加固主体的外壁钻锚孔，并清洗孔壁，保证孔壁清洁、干净；
B.对准安放预应力锚索的内锚头及钢绞线束体，使其与该锚孔中心线平行；
C.将波纹管套在该钢绞线束体外周并对准安放在锚孔内1-2m，并使其与该锚孔内壁及钢绞线束体保持一定间距，并与该锚孔中心线平行；
D.测量和放样水泥墩位置，并在水泥墩内布置钢筋网；安装自由段灌浆管、波纹管外端口的垫板内侧的排气管，并在水泥墩与所述主体外壁交界面处安装橡胶板；
E.安装锚头防腐油路和孔口段防腐油路，然后安装水泥墩浇筑模板和垫板，开始浇筑水泥墩；
F.水泥墩养护14天后拆除水泥墩浇筑模板，养护28天后开始在垫板外侧安装锚板，并采用千斤顶预张拉钢绞线束体，调整钢绞线束体偏心，然后正式张拉钢绞线束体直至设计要求；
G.在锚板外侧安装螺纹杆，将缓冲板套在螺纹杆上使其安装在锚板外侧，保证该缓冲板与钢绞线束体、锚板接触密实；
H.将锚头防腐油路两端及孔口段防腐油路两端均与防腐油储存罐连通，将防腐油储存罐套在螺纹杆上使其安装在缓冲板外侧，然后用固定螺母将防腐油储存罐、缓冲板、锚板紧密固定在一起；
I.通过自由段灌浆管，回填水泥砂浆，直至排气管内出现同浓度水泥砂浆为止；在防腐油储存罐、缓冲板、锚板外部安装混凝土二次回填浇筑模板，进行混凝土二次回填浇筑。
进一步的，所述防腐油储存罐为圆筒形，内部具有相互垂直的隔板，将所述防腐油储存罐内部分隔为四个独立的储油空间；所述锚头防腐油路在外部连通其中的两个储油空间；所述孔口段防腐油路在外部连通另外两个储油空间。
进一步的，所述水泥墩及混凝土二次回填浇筑的结构整体截面为梯形，且沿着所述波纹管向外的方向，外径递减。
本发明的有益效果是：本发明预应力锚索外锚头防护装置能很好地阻止水、空气与钢绞线及锚头相互接触，能很好地防止外锚头腐蚀，其对预应力锚索长期耐久性起到很好地保障作用，具有非常重要的意义。
附图说明
图1是现有的预应力锚索的结构示意图。
图2是本发明预应力锚索外锚头多重防护装置的结构示意图。
图3是本发明的防腐油储存罐处的截面示意图。
图4是本发明的外锚头处的截面示意图。
图5是本发明的水泥墩与主体外壁交界面处的截面示意图。
具体实施方式
以下配合附图对本发明进行进一步的说明，然而并非用以限制本发明的实施范围。
如图1、图2所示，本发明提供一种预应力锚索外锚头多重防护装置，应用于水利水电工程、交通运输工程、公路、铁路工程、地面工程及地下工程的预应力锚索外锚头防护。该预应力锚索与现有技术中的预应力锚索一样，包括外锚头1和内锚头2，通过钢绞线3贯穿连接。该钢绞线3的一部分和内锚头2位于锚孔4内。该锚孔4外部设有水泥墩5，将该钢绞线3的另一部分和外锚头1包覆于内，该多重防护装置设于该水泥墩5内，包括设于该锚孔4端口内侧的波纹管6(例如PE材料)，伸入该锚孔4内侧1-2m。该钢绞线3位于该波纹管6内且该波纹管6内还设有通向该水泥墩5外部的自由段灌浆管7。该波纹管6的外端口设有垫板8，该垫板8内侧设有通向水泥墩5外部的排气管9。该垫板8外侧设有锚板10，该钢绞线3穿过该锚板10并与该锚板10固定。该锚板10外侧依次设有缓冲板11和防腐油储存罐12，该缓冲板11和防腐油储存罐12通过贯穿的螺纹杆13与该锚板10固定连接，该螺纹杆13外端设有固定螺母14。该缓冲板11(橡胶)起到避免水泥墩5开裂而引起的水、空气等渗入的作用。该钢绞线3末端穿过该缓冲板11和防腐油储存罐12内部的通孔，该通孔与该防腐油储存罐12内的防腐油相互隔离。该防腐油储存罐12外接锚头防腐油路15和孔口段防腐油路16，该锚头防腐油路15起始于该防腐油储存罐12，绕经该锚板10，闭合于该防腐油储存罐12。该孔口段防腐油路16起始于该防腐油储存罐12，绕经该锚孔4内侧，闭合于该防腐油储存罐12。
为了防止水泥墩5和主体外壁的错位，该锚孔4外壁上嵌设有橡胶板17，并且该外壁与该水泥墩5的分界面位于该橡胶板17的侧面中部，该波纹管6穿设于橡胶板17内。
如图2-图5所示，该防腐油储存罐12为圆筒形，内部具有相互垂直的隔板，将该防腐油储存罐12内部分隔为四个独立的储油空间。该锚头防腐油路15在外部连通其中的两个储油空间，该孔口段防腐油路16在外部连通另外两个储油空间。这样采用分格式存储防腐油可以保证锚头与孔口段防腐油路分开储存防腐油。分格式防腐油储存罐12内防腐油与锚头防腐油路15和孔口段防腐油路16分别是两套独立的供应防腐油的闭合回路，当防腐油路中出现裂缝时，防腐油则流出来，分格式防腐油储存罐12内防腐油就会沿着已损坏的防腐油路向外流出，此过程就是利用防腐油路孔径小，利用毛细原理将分格式防腐油储存罐12内防腐油吸出来，阻止外水接触钢绞线及锚头等易腐蚀部位，起到阻止水泥墩内部和垫板与岩土体接触面的开裂而引起水、空气等渗入的作用。
如图2所示，该垫板8内侧设有垂直于该波纹管的钢筋网18，以加强水泥墩5的结构强度，另外，该水泥墩5整体呈锥形(圆锥或棱锥)，因此截面为梯形，且沿着该波纹管6向外的方向，外径尺寸递减，即其外表面向其轴线靠近。水泥墩5可以起到防止外锚头1外露部件与水、空气等接触的作用。
本发明外锚头防护装置第一层防护为锚孔4内的波纹管6，控制锚索预应力避免一定深度范围内岩土体产生新的裂缝或破碎而引起水、空气等渗入；第二层防护为水泥墩5与主体外壁交界处的橡胶板17，阻止锚索与岩土体动态调整过程的位错或剪切变形引起的接触面开合；第三层防护为分格式防腐油储存罐12和防腐油管路，应用毛细原理阻止外水接触钢绞线及锚头等易腐蚀部位，起到阻止水泥墩内部和垫板与岩土体接触面的开裂而引起水、空气等渗入。本发明预应力锚索外锚头防护装置能很好地阻止水、空气与钢绞线及锚头相互接触，能很好地防止外锚头腐蚀。
本发明还提供一种上述预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，包括下列步骤：
A.在待加固主体的外壁钻锚孔4，并清洗孔壁，保证孔壁清洁、干净；
B.对准安放预应力锚索的内锚头2及钢绞线3束体，使其与该锚孔4中心线平行；
C.将波纹管6套在该钢绞线3束体外周并对准安放在锚孔4内1-2m，并使其与该锚孔4内壁及钢绞线3束体保持一定间距，并与该锚孔4中心线平行，以保证水泥砂浆在预应力钢绞线3束体、PE波纹管6和锚孔4内壁间充填密实；
D.测量和放样水泥墩5位置，并在水泥墩5内布置钢筋网18；安装自由段灌浆管7、波纹管6外端口的垫板内侧的排气管9，并在水泥墩5与该主体外壁交界面处安装橡胶板17；
E.安装锚头防腐油路15(带转换接头的充满防腐油的铜管)和孔口段防腐油路16(带转换接头的充满防腐油的铜管)，然后安装水泥墩5浇筑模板和垫板8，开始浇筑水泥墩5；
F.水泥墩5养护14天后拆除水泥墩浇筑模板，养护28天后开始在垫板8外侧安装锚板10，并采用千斤顶预张拉钢绞线3束体，调整钢绞线3束体偏心，然后正式张拉钢绞线3束体直至设计要求；
G.在锚板10外侧安装螺纹杆13，将缓冲板11套在螺纹杆13上使其安装在锚板10外侧，保证该缓冲板11与钢绞线3束体、锚板10接触密实；
H.将锚头防腐油路15两端及孔口段防腐油路16两端均与防腐油储存罐12连通，将防腐油储存罐12套在螺纹杆13上使其安装在缓冲板外侧，然后用固定螺母14将防腐油储存罐12、缓冲板11、锚板10紧密固定在一起；
I.通过自由段灌浆管7，回填水泥砂浆，直至排气管9内出现同浓度水泥砂浆为止；在防腐油储存罐12、缓冲板11、锚板10外部安装混凝土二次回填浇筑模板，进行混凝土二次回填浇筑。自由段水泥砂浆，可以起到阻止围岩体开裂、水泥墩内部和垫板与岩土体接触面的开裂而引起水、空气等渗入的作用。
需要指出的是，上述实施方式仅仅是可能的实施例，是为了清楚地理解本发明的原理而提出的。可以在不背离本发明原理和范围的情况下对上述本发明的实施方式进行许多变化和修改。所有这些修改和变化都包括在本发明揭示的范围中，并且受到所附权利要求的保护。
Claims (9)
1.一种预应力锚索外锚头多重防护装置，该预应力锚索包括外锚头和内锚头，通过钢绞线贯穿连接；该钢绞线的一部分和内锚头位于锚孔内；该锚孔外部设有水泥墩，将该钢绞线的另一部分和外锚头包覆于内，其特征在于：该多重防护装置设于该水泥墩内，包括设于该锚孔端口内侧的波纹管，该钢绞线位于该波纹管内且该波纹管内还设有通向该水泥墩外部的自由段灌浆管；该波纹管的外端口设有垫板，该垫板内侧设有通向水泥墩外部的排气管；该垫板外侧设有锚板，该钢绞线穿过该锚板并与该锚板固定；该锚板外侧依次设有缓冲板和防腐油储存罐，该缓冲板和防腐油储存罐通过贯穿的螺纹杆与该锚板固定连接，该螺纹杆外端设有固定螺母；该钢绞线末端穿过该缓冲板和防腐油储存罐内部的通孔，该通孔与该防腐油储存罐内的防腐油相互隔离；该防腐油储存罐外接锚头防腐油路和孔口段防腐油路，该锚头防腐油路起始于该防腐油储存罐，绕经该锚板，闭合于该防腐油储存罐；该孔口段防腐油路起始于该防腐油储存罐，绕经该锚孔内侧，闭合于该防腐油储存罐。
2.根据权利要求1所述的预应力锚索外锚头多重防护装置，其特征在于：所述锚孔外壁上嵌设有橡胶板，并且所述外壁与所述水泥墩的分界面位于该橡胶板的侧面中部；所述波纹管穿设于橡胶板内。
3.根据权利要求1或2所述的预应力锚索外锚头多重防护装置，其特征在于：所述防腐油储存罐为圆筒形，内部具有相互垂直的隔板，将所述防腐油储存罐内部分隔为四个独立的储油空间；所述锚头防腐油路在外部连通其中的两个储油空间；所述孔口段防腐油路在外部连通另外两个储油空间。
4.根据权利要求1所述的预应力锚索外锚头多重防护装置，其特征在于：所述波纹管为PE材料，伸入所述锚孔内侧1-2m。
5.根据权利要求1所述的预应力锚索外锚头多重防护装置，其特征在于：所述垫板内侧设有垂直于所述波纹管的钢筋网。
6.根据权利要求1所述的预应力锚索外锚头多重防护装置，其特征在于：所述水泥墩截面为梯形，且沿着所述波纹管向外的方向，外径递减。
7.一种权利要求1至6中任一项所述的预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，其特征在于：包括下列步骤：
A.在待加固主体的外壁钻锚孔，并清洗孔壁，保证孔壁清洁、干净；
B.对准安放预应力锚索的内锚头及钢绞线束体，使其与该锚孔中心线平行；
C.将波纹管套在该钢绞线束体外周并对准安放在锚孔内1-2m，并使其与该锚孔内壁及钢绞线束体保持一定间距，并与该锚孔中心线平行；
D.测量和放样水泥墩位置，并在水泥墩内布置钢筋网；安装自由段灌浆管、波纹管外端口的垫板内侧的排气管，并在水泥墩与所述主体外壁交界面处安装橡胶板；
E.安装锚头防腐油路和孔口段防腐油路，然后安装水泥墩浇筑模板和垫板，开始浇筑水泥墩；
F.水泥墩养护14天后拆除水泥墩浇筑模板，养护28天后开始在垫板外侧安装锚板，并采用千斤顶预张拉钢绞线束体，调整钢绞线束体偏心，然后正式张拉钢绞线束体直至设计要求；
G.在锚板外侧安装螺纹杆，将缓冲板套在螺纹杆上使其安装在锚板外侧，保证该缓冲板与钢绞线束体、锚板接触密实；
H.将锚头防腐油路两端及孔口段防腐油路两端均与防腐油储存罐连通，将防腐油储存罐套在螺纹杆上使其安装在缓冲板外侧，然后用固定螺母将防腐油储存罐、缓冲板、锚板紧密固定在一起；
I.通过自由段灌浆管，回填水泥砂浆，直至排气管内出现同浓度水泥砂浆为止；在防腐油储存罐、缓冲板、锚板外部安装混凝土二次回填浇筑模板，进行混凝土二次回填浇筑。
8.根据权利要求7所述的预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，其特征在于：所述防腐油储存罐为圆筒形，内部具有相互垂直的隔板，将所述防腐油储存罐内部分隔为四个独立的储油空间；所述锚头防腐油路在外部连通其中的两个储油空间；所述孔口段防腐油路在外部连通另外两个储油空间。
9.根据权利要求7或8所述的预应力锚索外锚头多重防护装置的固定方法，其特征在于：所述水泥墩及混凝土二次回填浇筑的结构整体截面为梯形，且沿着所述波纹管向外的方向，外径递减。
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