CN206034438U - 垫片型分批二次张拉预应力锚具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垫片型分批二次张拉预应力锚具，包括垂直安装在混凝土中的锚垫板，锚垫板的上方设置锚座，锚座上设置有若干个有台阶状圆柱体的锚杯，锚杯上开有供锚索穿过的锥孔，锥孔中设置有夹片，每个所述锚杯与锚座之间设置有预制钢垫片，预制钢垫片为垫片分块拼接组成的环形结构。本实用新型高效合理，操作方便，并且可以实现对单根锚索的精确补偿张拉。

Description

垫片型分批二次张拉预应力锚具

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域的一项锚固技术，具体地指一种垫片型分批二次张拉预应力锚具。

背景技术

锚固技术是岩土工程领域的一项重要课题，应用范围广，设置形式也多种多样。预应力锚索是岩土工程中的重要加固手段，在安装后，它可以立即向被加固岩土体主动施加压应力，能有效限制可能发生的有害变形和位移，从而提高岩土体的稳定性、确保工程安全。预应力锚索是一种高效经济和实用的工程技术。

对于稳定状况较差的岩质边坡，目前多采用预应力锚索加固，与其它支护措施相比，预应力锚索加固具有以下特点：①开挖后可及时提供锚固力，有利于控制地层变形的发展，避免地层的进一步扰动，提高了施工安全性；②提供的挤压性质的锚固力可有效改善地层的应力状态，从而提高岩土体的力学特性，边坡整体稳定性得到改善；③预应力锚索的位置、间距、施工时间等参数可根据需要及时调整，可以最小的支护抗力获得最佳的稳定性效果，施工快速高效；④预应力锚索可将结构物与岩土体紧密地联系在一起，形成共同工作体系，使锚固体抵抗地震及其它动力荷载的能力显著增强，设计施工安全可靠；⑤相比于挡墙、抗滑桩的结构形式，锚索结构体积较小，可节约材料、提高土地的利用率，经济效益显著；⑥预应力锚索应用的灵活性与施工的快速性使得其对于预防、整治滑坡，加固、抢修出现病害的边坡具有独特的功效，有利于确保工程的安全，保障人民生命财产安全。因此，预应力锚索加固技术在边坡工程中应用十分广泛，已成为边坡防护最为有效和经济的手段之一。

由于岩体的蠕变、钢材的松弛、降雨、温度及地下水的变化等因素的影响，锚索的预应力会产生损失，亟需一种能实现二次补偿张拉功能的预应力锚具。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种高效合理，操作方便，并且可以实现对单根锚索的精确补偿张拉的垫片型分批二次张拉预应力锚具。

为实现上述目的，本实用新型所设计的垫片型分批二次张拉预应力锚具，包括垂直安装在混凝土中的锚垫板，所述锚垫板的上方设置锚座，其特殊之处在于，所述锚座上设置有若干个有台阶状圆柱体的锚杯，所述锚杯上开有供锚索穿过的锥孔，所述锥孔中设置有夹片，每个所述锚杯与锚座之间设置有预制钢垫片，所述预制钢垫片为垫片分块拼接组成的环形结构。

进一步地，所述垫片分块的接口处为凹凸搭接，更加牢靠，防止滑动、脱落。

更进一步地，所述锚杯顶部设置有环形凹槽，便于张拉时固定。

更进一步地，所述垫片分块的数量为两块或者四块。

更进一步地，所述预制钢垫片的厚度为5～10mm，根据计算得出的补偿张拉量预先定制。

更进一步地，所述锚杯为台阶状的圆柱体或多边形柱体结构。

边坡岩体锚固工程实践表明，用于边坡加固的预应力锚索在施工和使用过程中会不可避免地会出现一定量的预应力损失，预应力的损失客观存在的，同时也是较难定量计算的。如果把锚索保持长期稳定的预应力称为有效预应力，则锚索有效预应力大小是关系到加固工程成败的一项基本因素。目前，对保持有效预应力的常用解决办法是采用一定程度的超张拉或补偿张拉，利用超张拉值或补偿张拉来克服预应力的损失。但超张拉值过大，可能引起锚索体的破坏，提高超张拉值还使施工难度增大。为了确定合理的超张拉或补偿张拉值，必须了解锚索预应力的变化规律以及影响锚索预应力的损失的各个因素，从而能更好地指导设计和施工。各国标准均规定，必须对预应力进行长期监测。测试结果一方面用来评价工程的施工质量、为锚索及时准确的补偿张拉提供有效的信息反馈，另一方面，可对锚索运行状态进行健康和安全评估，为进一步完善设计理论提供工程依据。国内外做了大量关于锚索预应力损失的现场监测，实践研究表明，锚索预应力存在时间效应问题，而这种现象在软质岩中更为显著。由于锚索的有效预应力是关系到锚固工程成败的关键，所以锚索的有效预应力变化规律、变化趋势以及对影响预应力损失的因素研究已成为国内外岩土锚固工程界关注的焦点问题之一。在统计了国内大量的相关工程现场监测数据，并且结合现有关于研究锚索预应力变化规律和损失的文献，进行分析研究，得出结论：预应力锚索在张拉和锁定时产生损失；锁定后的变化通常可分为短期变化和长期变化两种过程，短期变化是指锁定变化，即锚索张拉锁定后在较短时间内由于索体的回弹变形、抑制件下沉等原因造成预应力损失，而长期变化则是指在长期荷载作用下，由于浆体、地层蠕变以及钢筋或钢绞线应力松弛等原因造成预应力损失。

锚索预应力损失，从施工到运营主要来源于三个方面，即张拉过程的损失，锚索锁定过程的损失和锁定以后由于时间的变化而引起的预应力损失。

1)张拉锁定过程阶段

张拉过程的预应力损失主要由预应力锚索同孔壁的摩擦和张拉千斤顶的摩阻力大小决定。锚索锚固锁定时，钢绞线的回缩量大小决定了锚索预应力损失的大小。由于预应力锚索的外锚固采用夹片自锚体系，在千斤顶回油的瞬间钢绞线不可避免地向坡内回缩，并带动夹片回缩，最终使得锚具、夹片和钢绞线之间相互卡牢而达到锁定目的，其钢绞线回缩过程也使锚索的有效预应力降低。

对于相同长度的锚索，其锁定损失值变化不大，张拉锁定造成的预应力损失大小不一，大者达30％以上。这么大的应力损失导致预应力锚索不能对边坡加固提供设计拉力值，达不到应有的加固效果。现阶段随着锚索材料的发展、锚具性能的提高，张拉锁定过程中预应力的损失主要在于施工水平等人为主观因素，所以提高施工水平、改善施工工艺对减小张拉锁定阶段的预应力损失而言是十分必要的。

2)锁定后预应力损失变化阶段

预应力锚索加固岩体的效果主要取决于锚索预应力的长期保持。为了确保岩体的长期稳定，必须长期保持足够的锚索预应力。长期荷载作用下锚索的预应力损失是预应力锚索设计中比较关注的问题，因为它关系到锚索工程的耐久性和安全性。一般认为，它与材料性质、被锚固介质的力学特性、施工工艺以及运行期间的管理水平等有关。锚固预应力变化大致可分为如下三个阶段，如图5所示：

第一阶段为预应力速损阶段。这一阶段的预应力变化特征表现为锚固预应力损失较快、时间较短，损失值仅次于锁定损失。预应力速损阶段主要受锚具、岩体压密、孔道摩阻、超张拉、施加预应力大小等因素的影响。

第二阶段为锚固预应力波动变化阶段。这一阶段的锚固预应力变化特征表现为预应力值出现小幅、频繁波动。这一阶段持续时间大约30天，无论岩体的质量好坏，从现场实测锚索预应力变化曲线中均可以找到预应力波动变化阶段。出现上述特征波动的原因主要是岩体及锚索的内部应力调整，产生压缩、回弹的反复过程，从而导致锚索预应力出现波动。在该阶段中，锚索受施工爆破、相邻锚索张拉、温度、降雨等因素的共同作用下，预应力时增时减。

第三阶段为平稳变化阶段。在经历了预应力快速下降、预应力波动变化两阶段后，虽然一般呈现下降的趋势，但是下降幅值一般都不是很大，究其原因主要是岩体在锚索锚固作用下变形已经趋于稳定变形，且变形量不大，同时锚索体本身的松弛也己基本不再发展，所以此阶段锚索预应力即锚索提供的锚固力的变化不是很大。

为了避免或减少预应力的损失，可以选择适宜的时间，如锚索部分初期应力损失完成后，进行补偿张拉，且张拉时间不宜拖得太久。一般在20～30d内进行，补偿张拉次数越多，效果越好。

二次补偿张拉的原理主要是通过后期张拉使得锚索筋体的应力增加来补偿由于预应力损失而降低的预应力，具体实施时，补偿张拉产生的空隙可通过垫片调节的方式来进行调节，锚索筋体得到永久性的张拉伸长，从而使得锚索损失的预应力得到补偿。

当预应力损失为P时，预应力筋进行补偿张拉的理论伸长量ΔL可采用以下公式进行计算：

ΔL—为计算的预应力锚索补偿张拉量；P—预应力锚索的预应力损失，一般根据监测数据或者进行二次补偿张拉时实测数据获得；L—锚索自由段的有效长度；A_P—钢绞线的截面积；E_Y—钢绞线的弹性模量，一般可取195GPa。

一般来说每个预应力锚索都会有多根预应力筋组成；当构成的预应力筋自由端等长时，可根据上式对锚索进行整体补偿张拉；当构成的预应力筋不等长时，应根据上式计算的补偿张拉量对每根预应力筋分别进行张拉。

实际补偿张拉过程中，锚索实际伸长量与理论伸长量有一定偏差，因此开发的补偿张拉锚具应具有张拉荷载量测功能。当在预定荷载下，实际伸长量与理论伸长量相差超过5％时，应停止张拉、查明原因。

本实用新型具有以下优点：

(1)相较于已有的螺母式锚具结构不同，采用垫片式对张拉后的锚杯位置进行固定，实现了对锚索预应力损失的精确补偿张拉。

(2)相较与螺母式固定锚杯位置的锚具，垫片式锚具在补偿张拉施工后采用预制垫片垫入的方式来固定锚杯位置，简单快捷，避免了螺母式锚具由于生锈或卡死而导致无法调整锚杯位置的缺点。

(3)锚座为单根锚索分别设置了凹槽以容纳锚杯，当锚索产生预应力损失后可以采用千斤顶逐个顶推锚杯，从而实现对单根锚索的精确补偿张拉。

(4)钢垫片接口处采用凹凸形式搭接，更加牢靠，防止滑动、脱落。

附图说明

图1为本实用新型一种垫片型分批二次张拉预应力锚具的俯视结构示意图；

图2为图1中单个锚杯和预制钢垫片的主视结构示意图；

图3为图2中单个锚杯和预制钢垫片的俯视结构示意图；

图4为图3中预制钢垫片的拼接结构示意图；

图5为典型的预应力变化阶段示意图。

图中：锚杯1，锚垫板2，预制钢垫片3，垫片分块3-1，锚索4，夹片5，锚座6。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1至图3所示的垫片型分批二次张拉预应力锚具，包括锚垫板2、锚座6、锚杯1、锚索4、夹片5、预制钢垫片3。锚垫板2垂直安装在混凝土中，锚座6位于锚垫板2之上。锚座6为单根锚索4分别设置了凹槽以容纳锚杯1。锚杯1为台阶状的圆柱体，顶部设有环形的凹槽便于张拉时固定。锚杯1上开有供锚索4穿过的锥孔，锥孔中设置有夹片5。锚杯1底部嵌入锚座6防止水平方向移动对锚索4造成剪切破坏。当锚索4产生预应力损失后可以采用千斤顶逐个顶推锚杯1，从而实现对单根锚索4的精确补偿张拉，张拉后分别在每个锚杯1与锚座6之间的缝隙采用预设厚度的预制钢垫片3垫入。预制钢垫片3为两块或者四块垫片分块3-1拼接组成的环形结构。垫片分块3-1的接口处为凹凸搭接。

补偿张拉施工的工作过程为：

(1)根据理论公式和现场测试结果，计算锚索的理论伸长量。

(2)通过特制的千斤顶将预应力钢绞线张拉至设计荷载值，然后在锚垫板与锚杯的空隙处垫入预制的钢垫片，钢垫片垫入过程如下：首先将半片钢垫片垫入锚杯与锚垫板之间，然后将其旋转至里侧，再垫入剩下的半片钢垫片，使其二者咬合，完成后将钢垫片旋转90°，使其接口处朝向外侧。

荷载传递路线为锚杯→预制钢垫片→锚座→锚垫板→混凝土构件。

应用实例：在某铁路支挡工程中，使用的锚索为钢绞线。其截面积为98.7mm2，它的极限张拉荷载P_u为184kN，使用状态为0.6P_u(即110.4kN)，锚索的自由段长度为15m，施工完成后一段时间，根据监测，其五根钢绞线的预应力损失程度分别为12％、10％、9％、12％、11％。以预应力损失10％的钢绞线为例，由理论公式计算出锚索的理论伸长量为：

同样，根据上述公式，计算其预应力损失为9％、11％、12％的钢绞线需要进行补偿张拉的理论伸长量，如表1所示。

表1不同钢绞线需进行补偿张拉的理论伸长量(mm)

预应力损失量	9％	10％	11％	12％
					理论伸长量	7.7	8.6	9.4	10.3

根据表1的计算结果，当预应力损失为9％、11％、12％时，分别采用7.7mm、9.4mm、10.3mm厚的预制钢垫片垫入，顺利达到了预期效果。

补偿张拉施工结束后持续监测一段时间，效果良好。

边坡岩体锚固工程实践表明，用于边坡加固的预应力锚索在施工和使用过程中会不可避免地会出现一定量的预应力损失，预应力的损失客观存在的，同时也是较难定量计算的。如果把锚索4保持长期稳定的预应力称为有效预应力，则锚索4有效预应力大小是关系到加固工程成败的一项基本因素。目前，对保持有效预应力的常用解决办法是采用一定程度的超张拉或补偿张拉，利用超张拉值或补偿张拉来克服预应力的损失。但超张拉值过大，可能引起锚索4索体的破坏，提高超张拉值还使施工难度增大。为了确定合理的超张拉或补偿张拉值，必须了解锚索预应力的变化规律以及影响锚索预应力的损失的各个因素，从而能更好地指导设计和施工。各国标准均规定，必须对预应力进行长期监测。测试结果一方面用来评价工程的施工质量、为锚索及时准确的补偿张拉提供有效的信息反馈，另一方面，可对锚索运行状态进行健康和安全评估，为进一步完善设计理论提供工程依据。国内外做了大量关于锚索预应力损失的现场监测，实践研究表明，锚索预应力存在时间效应问题，而这种现象在软质岩中更为显著。由于锚索的有效预应力是关系到锚固工程成败的关键，所以锚索的有效预应力变化规律、变化趋势以及对影响预应力损失的因素研究已成为国内外岩土锚固工程界关注的焦点问题之一。锚索预应力损失，从施工到运营主要来源于三个方面，即张拉过程的损失，锚索锁定过程的损失和锁定以后由于时间的变化而引起的预应力损失。

为了避免或减少预应力的损失，可以选择适宜的时间，如锚索部分初期应力损失完成后，进行补偿张拉，且张拉时间不宜拖得太久。一般在20～30d内进行，补偿张拉次数越多，效果越好。

Claims (5)

1.一种垫片型分批二次张拉预应力锚具，包括垂直安装在混凝土中的锚垫板(2)，所述锚垫板(2)的上方设置锚座(6)，其特征在于：所述锚座(6)上设置有若干个有台阶状圆柱体的锚杯(1)，所述锚杯(1)上开有供锚索(4)穿过的锥孔，所述锥孔中设置有夹片(5)，每个所述锚杯(1)与锚座(6)之间设置有预制钢垫片(3)，所述预制钢垫片(3)为垫片分块(3-1)拼接组成的环形结构。

2.根据权利要求1所述的垫片型分批二次张拉预应力锚具，其特征在于：所述垫片分块(3-1)的接口处为凹凸搭接。

3.根据权利要求1或2所述的垫片型分批二次张拉预应力锚具，其特征在于：所述锚杯(1)顶部设置有环形凹槽。

4.根据权利要求1或2所述的垫片型分批二次张拉预应力锚具，其特征在于：所述垫片分块(3-1)的数量为两块或者四块。

5.根据权利要求1或2所述的垫片型分批二次张拉预应力锚具，其特征在于：所述预制钢垫片(3)的厚度为5～10mm。