水工预应力锚固设计规范SL212Word文档下载推荐.docx

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———地下洞室锚固设计；

———水工建筑物锚固设计；

———安全监测设计与试验。

对原标准修订的主要内容如下：

———增加了压力分散型和拉压复合型锚索等新型锚索的内容；

———增加了土质边坡锚固设计的内容；

———增加了岩壁吊车梁锚固设计的内容；

———将原标准水工建筑物锚固设计中的“水工建筑物的补强加固”修订为“混凝土坝锚固”；

———增加了水工隧洞混凝土衬砌环形预应力锚索等内容；

———取消原标准附录B监测内容与项目，将原标准附录A“预应力锚杆锚固试验规定”修订为“锚索承载能力试验”。

本标准与原标准相比，保留了12条，修改了71条，新增加70条。

体现了预应力锚固技术的新进展。

本标准为全文推荐。

本标准所替代标准的历次版本为：

———SL212—98

本标准批准部门：

本标准主持机构：

水利部水利水电规划设计总院

本标准解释单位：

本标准主编单位：

中水东北勘测设计研究有限责任公司

本标准出版、发行单位：

中国水利水电出版社

本标准主要起草人：

赵长海　苏加林　苏萍　高垠

杜国文　陈雷　陈立秋　景健伟郑奕芳

本标准审查会议技术负责人：

温续余

本标准体例格式审查人：

陈登毅

目次

1总则

1.0.1为适应预应力锚固技术的发展，规范预应力锚固设计，使预应力锚固设计做到安全适用、经济合理、技术先进，制订本标准。

1.0.2本标准适用于水利水电工程中的地基、边坡、地下洞室及水工混凝土结构的预应力锚固设计。

1.0.3预应力锚固设计应积极采用新技术、新工艺、新设备和新材料。

1.0.4本标准引用标准主要有：

《通用硅酸盐水泥》（GB175）

《碳素结构钢》（GB／T700）

《预应力混凝土用钢丝》（GB／T5223）

《预应力混凝土用钢铰线》（GB／T5224）

《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB／T14370）

《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB／T20065）

《岩土工程勘察规范》（GB50021）

《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487）

《水工金属结构防腐蚀规范》（SL105）

《水工混凝土结构设计规范》（SL191）

《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211）

《溢洪道设计规范》（SL253）

《水闸设计规范》（SL265）

《水工隧洞设计规范》（SL279）

《水工挡土墙设计规范》（SL379）

《水利水电工程边坡设计规范》（SL386—2007）

1.0.5水工预应力锚固设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号

2.1术语

2.1.1预应力锚固prestressedanchorage在岩体或混凝土结构物中，设置预应力锚索并施加张拉力，使岩体或混凝土结构物达到稳定或改善内部应力状态的技术措施。

2.1.2锚索tensilereinforcing由数股钢丝、钢绞线按一定规律编排成束的构件。

2.1.3锚杆anchor，anchorage用金属材料或树脂材料制成的用于工程加固的杆件。

2.1.4预应力锚索prestressedtendon施加预应力后的锚索。

本标准将预应力锚索、预应力锚杆统称为预应力锚索。

2.1.5永久性预应力锚索permanentprestressedtendon在永久性建筑物中布置的长期使用的预应力锚索。

2.1.6临时性预应力锚索temporaryprestressedtendon在永久性或临时性建筑物中布置的，设计使用年限不超过2年的预应力锚索。

2.1.7张拉锚杆atensileanchors施加拉力后的锚杆。

2.1.8锚索体bodyofanchors预应力锚索整体。

包括锚固段、自由段、锚头及相连接的所有部件。

2.1.9锚固段anchorfixedlength通过胶结材料或机械装置将锚索和被锚固介质粘结成整体，承受锚索拉力的区段，是预应力锚索体的内部持力端。

2.1.10自由段anchorfreelength对预应力锚索施加张拉力时，可以自由伸长的区段。

2.1.11锚头anchorhead对锚索实施张拉和锁定的支撑装置。

2.1.12有粘结预应力锚索bondedprestressingtendon锚索锁定灌浆后，自由段钢绞线与被锚固介质之间不能产生相对滑动的预应力锚索。

2.1.13无粘结预应力锚索unbondedprestressingtendon锚索锁定灌浆后，自由段钢绞线与被锚固介质之间可以相对滑动的预应力锚索。

2.1.14预应力钢材强度利用系数utiliｚationfactorofthestrengthofprestressedanchors当预应力锚索的张拉力达到设计值时，锚索材料的平均应力值与锚索材料抗拉强度标准值的比值。

2.1.15设计张拉力designtensile根据锚固设计需要，并考虑一定的安全裕度和岩石流变、混凝土徐变及钢材松弛可能引起的预应力损失后，确定的每根锚索应施加的张拉荷载。

2.1.16设计锚固力designanchoringforce由各种因素造成的预应力损失均完成后，锚索中永久保存的荷载。

2.1.17超张拉力extradesigntensile为消除由于锚索与孔壁的摩擦、锚具的压缩和锚索的回缩而引起的预应力损失，施工时将设计张拉力提高后的张拉荷载。

2.1.18预张拉pretension预应力锚索张拉作业前，为使锚索中各股钢丝或钢绞线受力均匀，所进行的初期张拉作业。

2.1.19补偿张拉compensatorytension预应力锚索锁定后，为补偿预应力损失而进行的再次张拉作业。

2.1.20拉力型锚索tensionedgrouttendon锚索受力时，锚固段注浆体处于受拉状态的预应力锚索。

2.1.21压力型锚索pressuredgrouttendon锚索受力时，锚固段注浆体处于受压状态的预应力锚索。

2.1.22拉力分散型锚索tensionedmultiple-headtendon在同一根锚索的锚固段中，若干组不等长的钢绞线在不同位置与孔壁粘结，将拉力分散的预应力锚索。

2.1.23压力分散型锚索pressuredmultiple-headtendon在同一根锚索的锚固段中，采用若干组承载体将锚固段注浆体的压力分散的预应力锚索。

2.1.24拉压复合型锚索tension-compressioncombinedan-chors同一根锚索锚固段，由若干组拉力型和压力型锚索组成的预应力锚索。

2.1.25回缩量retractionrange预应力锚索锁定时，自由段钢丝或钢绞线回缩的量值。

2.2符号

L———预应力锚索长度；

L1———锚固段长度；

L2———自由段长度；

L3———锚头部位钢绞线长度；

Pm———单根预应力锚索超张拉力；

P———单根预应力锚索设计张拉力；

C———胶结材料与孔壁的粘结强度；

D———锚索孔直径；

n———同根锚索预应力钢丝或预应力钢绞线根数；

A———单根预应力锚索所控制的面积；

q———引起围岩失去稳定的下滑力；

P1———需要预应力锚索提供的支护抗力；

P2———由砂浆锚杆提供的支护抗力；

P3———由钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力；

P0———围岩具有的支护抗力；

β———锚固角（预应力锚索轴线与水平面的夹角）；

α———滑动面（软弱结构面）与水平面的夹角；

φ———内摩擦角；

σx———计算截面处的张拉应力；

σK———锚索张拉应力控制值；

σ1———考虑偏转器摩阻损失后剩余的张拉应力；

A———偏转器的摩阻损失系数；

σ———有效应力；

K———钢绞线的摆动系数；

μ———钢绞线与套管的摩擦系数；

θ———张拉端至计算截面曲线孔道的切线夹角；

FPTK———钢绞线抗拉强度标准值。

3一般规定

3.1基本资料

3.1.1预应力锚固设计应具备以下基本资料：

1建筑物级别及工程布置图。

2水工建筑物的基本参数，荷载组合和运行特性。

3锚固区域地形地质条件。

4施工条件。

5有关材料的物理力学指标。

3.1.2布置预应力锚索区域的地质勘察应按GB50487的规定进行。

锚固设计时应具备以下地质资料：

1锚固工程部位的地质平面、剖面图。

2锚固区岩（土）体的范围和边界条件。

3围岩质量、主要构造的产状、各种结构面的组合关系、地应力及地下水的资料。

4锚固工程所涉及部位的岩（土）体物理力学性质及参数和可能失稳结构面的c值和φ值等。

5被锚固区域的地下水水质腐蚀性离子指标等。

3.1.3重要部位的锚固，应经原位试验获取必要的物理力学试验参数。

3.2材料

3.2.1锚索材料可根据工程性质、工程规模、锚固部位等情况，选择高强度、低松弛的预应力钢丝、钢绞线、无粘结预应力筋、螺纹钢筋或高强材料制成的中空预应力锚杆。

3.2.2采用高强预应力钢绞线或高强预应力钢丝作为锚索材料时，其力学性质应分别符合GB／T5224和GB／T5223的规定。

3.2.3采用无粘结预应力筋做锚索时，所用材料性质应符合以下规定：

1制作无粘结预应力筋的钢材，其材料性能应符合GB／T5224或GB／T5223的规定。

2无粘结预应力筋涂料层应采用专用防腐油脂，其性能应满足以下要求：

1）在-20～＋70℃温度范围内，不流淌、不裂缝变脆，并有一定韧性。

2）使用期内化学性能稳定。

3）对周围材料无侵蚀作用。

4）不透水、不吸湿，防水性能好。

5）防腐性能好。

6）润滑性能好，摩阻力小。

3无粘结预应力筋外包层应采用聚乙烯或聚丙烯，严禁使用聚氯乙烯。

外包层材料性能应符合以下要求：

1）在-20～＋70℃温度范围内，低温不脆化，高温化学稳定性好。

2）应具有足够的韧性、抗破损性。

4）防水性能好。

3.2.4采用高强螺纹钢筋做预应力锚杆材料时，其材料性能应符合GB／T20065的规定。

3.2.5预应力锚索的锚头和预应力钢筋连接器的性能和质量应符合GB／T14370的有关规定。

3.2.6锚固段和预应力锚索封孔灌浆应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其质量应符合GB175的规定。

当地下水有腐蚀性时，应采用特种水泥。

3.2.7锚墩混凝土材料应满足SL191的规定，钢垫板材质应符合GB700的相关规定。

3.3锚固设计的基本要求

3.3.1锚固设计应包括以下内容：

1确定锚固范围和锚固深度。

2选择锚固方式。

3计算锚固力。

4确定预应力锚索数量，选择布置方式。

5确定锚索结构型式及各项参数。

6绘制工程锚固设计布置图和结构图，并编制技术要求。

7提出处于复杂地质条件下的锚固段处理措施。

8进行锚固监测设计。

3.3.2预应力锚索的锚固范围和施加的锚固力应根据工程地质勘察资料、软弱结构面的位置、产状和力学性质或结构物的受力状况等，按稳定分析结果确定。

3.3.3单根预应力锚索的设计张拉力及超张拉力，应根据以下因素确定：

1保证被锚固结构物安全运行需要的总锚固力。

2围岩流变或混凝土徐变及钢材松弛可能产生的应力损失。

3锚固介质和胶结材料力学指标。

4预应力锚索材料力学指标。

5锚夹具的类型、张拉设备出力和施工场地条件。

3.3.4预应力锚索的数量，应根据总锚固力和单根预应力锚索设计锚固力确定。

3.3.5对边坡、地下洞室和基础锚固所采用的预应力锚索，其长度应根据潜在破坏面的位置和在稳定的介质中的安全胶结长度等条件确定。

3.3.6对于水工建筑物加固采用的预应力锚索，其长度应根据结构物尺寸和应力分析结果确定。

3.3.7岩体锚固中的预应力锚索应按以下原则布置：

1锚索的布置应能提供均匀的锚固力。

应根据锚索的数量、施工条件、工艺要求，选用方形、梅花形、矩形或菱形布置。

2预应力锚索的轴线方向，宜按最优锚固角布置。

3当采用群锚时，相邻预应力锚索的锚固段宜错开布置，必要时可调整锚索角度。

3.3.8水工建筑物中的预应力锚索应按以下原则布置：

1闸墩中的预应力锚索，应根据闸墩的结构形式、锚块形式、闸墩的应力分布和施工条件，经综合比较确定。

2混凝土预应力衬砌中的环形锚索，应根据应力分析的结果、采用的锚索材料种类和施工条件确定。

3混凝土坝体和坝基、闸室、消力池（塘）和挡墙等其他水工建筑物中的预应力锚索，应根据稳定分析和应力分析结果布置。

3.3.9永久性预应力锚索，应根据工程的重要性、周围介质和渗透水的化学性质等条件，对预应力锚索进行防腐、防锈保护设计。

3.3.10在重要工程或工程的重要部位，应布置一定数量的试验性锚索，以合理确定设计张拉力、超张拉力及可能产生的预应力损失，还应测定被锚固介质可能产生的压缩变形等，并复核设计选定参数的合理性。

4锚固体系设计

4.1锚索体的选择

4.1.1应根据锚固工程的使用年限、单根预应力锚索的设计锚固力、锚索的布置及施工条件，经综合比较选择锚索体的形式。

4.1.2预应力锚索的锚固段、自由段、锚头及各种连接部件，应按等强度的原则进行结构设计。

4.1.3预应力锚索的长度由被加固岩（土）体的位置决定，伸入稳定岩（土）体的长度不应小于锚固段的设计长度。

预应力锚索的总长度为锚固段、自由段和锚头及外露段长度之和。

4.1.4拉力型、压力型和拉压复合型预应力锚索的各股钢丝或钢绞线的长度应一致，拉力分散型和压力分散型锚索的各股钢绞线的长度应根据分散单元的数量进行专门设计。

4.1.5永久性锚固工程应选用胶结式预应力锚索。

当单根预应力锚索的设计锚固力小于1000kN，锚固区岩石抗压强度大于60MPa，需要迅速实现张拉的锚固工程或难以使用胶结式锚固段时，可选择机械式锚固方式。

4.1.6当计算的锚固段长度大于10m时，宜选择拉力分散型、压力分散型或拉压复合型锚固方式。

4.1.7预应力锚索的材料选择，应遵守以下规定：

1永久性预应力锚索宜选择高强度、低松弛的钢绞线或钢丝。

2一般情况下，应优先采用有粘结预应力锚索；

承担观测任务和有补偿张拉要求的预应力锚索，应采用无粘结钢绞线作为锚索材料。

3当要求预应力锚索具有一定的刚度，或对于预应力锚索安装有特殊需要时，可采用高强螺纹钢筋。

4当锚固区域岩体较为破碎，成孔困难时，也可选用自钻式预应力锚杆。

4.2锚索体设计

4.2.1锚索体设计应包括：

选择锚索体材料，确定设计锚固力、设计张拉力、锚索根数、锚索体结构（隔离架、对中支架位置，排气管、灌浆管、止浆环等布置）、锚索孔径及锚索体防护措施等。

4.2.2采用预应力钢丝或钢绞线做锚索体时，钢材强度利用系数不宜大于材料抗拉强度标准值的60％；

采用高强螺纹钢筋或高强中空自钻式杆材时，钢材强度利用系数不宜大于材料抗拉强度标准值的65％。

4.2.3根据地质勘察资料分析，当岩（土）体加固后还可能产生较大变形或位移时，应降低预应力钢材的强度利用系数。

4.2.4沿锚索长度方向，应安设隔离架。

对于陡倾角方向布置的锚索，隔离架间距不宜大于4.0m；

对于缓倾角方向布置的锚索，隔离架间距不宜大于2.0m。

4.2.5隔离架的外径应小于锚索孔直径20mm。

隔离架的穿索孔数应与该根锚索钢绞线股数一致，应保证每股钢绞线顺直。

隔离架中还应设有安装灌浆管和排气管的通道。

4.2.6隔离架可采用钢板或代用材料制作，其材质应符合相应规范的规定，厚度不宜小于10mm。

4.2.7封孔灌浆后，锚索的水泥浆或水泥砂浆保护层厚度应大于20mm。

4.3锚固段的结构设计

4.3.1胶结式锚固段提供的锚固力，应大于预应力锚索的超张拉力。

锚固段长度可按式（4.3.1-1）确定，并按式（4.3.1-2）复核。

胶结长度的安全系数可按表4.3.1-1选取。

对于重要工程或岩石条件复杂的锚固工程，还应通过现场拉拔试验进行验证。

L1＝KPm/πDC（4.3.1-1）

L1＝KPm/πdc1n（4.3.1-2）

式中L1———锚固段长度，mm；

Pm———单根预应力锚索（杆）超张拉力，N；

K———锚固段长度的安全系数，按表4.3.1-1选取；

D———锚索孔直径，mm；

C———胶结材料同孔壁的粘结强度，MPa，无试验材料时，可按表4.3.1-2分析选取；

c1———胶结材料与预应力钢丝或钢绞线的握裹力，可取2.0MPa；

d———单股预应力钢丝或预应力钢绞线直径，mm；

n———同根锚索预应力钢丝或预应力钢绞线根数。

表4.3.1-1胶结式锚固段抗拔安全系数

工程性质与锚索孔方向

永久性锚索

临时性锚索

仰孔

俯孔

安全系数K

2.0

1.5

1.6

1.2

表4.3.1-2水泥浆（砂浆）与围岩粘结强度

围岩类别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

粘结强度（MPa）

1.5～1.2

1.2～0.8

0.8～0.3

≤0.3

4.3.2锚固段长度不宜大于10m。

当计算的锚固段长度大于10m时，宜采取改善锚固段岩体质量、扩大锚固段孔径或采取拉力分散型或压力分散型锚索等措施，并对锚固段结构进行专项设计。

4.3.3应根据锚固工程的需要和锚固段的岩体强度、锚固段结构等因素，选择水泥浆、水泥砂浆或树脂做为胶结材料。

水泥浆及水泥砂浆胶结材料的抗压强度不宜低于35MPa，树脂胶结材料的抗压强度不宜低于50MPa。

4.3.4拉力分散型或压力分散型锚索的锚固段单元分级数量及各单元钢绞线长度，应根据锚索总长度、锚固段地质条件、钻孔直径、注浆体抗压强度等因素综合确定。

每个单元的锚固力应分别计算。

各锚固单元锚固力之和应大于单根锚索设计的总锚固力。

4.3.5压力型或压力分散型锚索的各锚固单元承载体或承压板应采用专门厂家制造的定型产品，其制作质量应满足设计要求。

4.4锚头的结构设计

4.4.1锚头应由锚墩、孔口承压板、工作锚及封孔保护等部件组成。

观测锚索还应包括监测锚固力的测力装置。

4.4.2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。

对于观测锚索还应加上测力传感器的高度。

4.4.3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，其材料性能应符合GB／T14370的规定。

4.4.4锚索锁定时，钢丝或钢绞线长度的回缩量不应大于5mm。

4.4.5孔口锚墩型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。

锚墩的承压面应与预应力锚索张拉方向相垂直。

锚墩混凝土强度等级不宜低于C30，其抗冻性应满足SL211的要求。

锚墩中还应预留灌浆孔和排气孔。

4.4.6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。

钢垫板厚度可根据锚索的张拉荷载确定，但不宜小于20mm。

4.5预应力锚索的防护设计

4.5.1应根据工程的重要程度、被锚固区域的地下水性质、设计锚固力等因素对预应力锚索进行防化学腐蚀、防应力腐蚀、防静电腐蚀等专项防护设计。

4.5.2锚固区域环境对预应力锚索的腐蚀程度可划分为无腐蚀或弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀。

各种腐蚀程度可参照GB50021判定，并根据腐蚀程度按表4.5.2的规定进行防护设计。

表4.5.2预应力锚索防护设计标准

环境对锚索的腐蚀程度

永久性预应力锚索

临时性预应力锚索

无腐蚀或弱腐蚀

A级

C级

中等腐蚀

B级

强腐蚀

D级

注：

A级：

液态防护，如石灰水、防腐油。

B级：

塑态防护，如凝胶、树脂、防锈油脂等。

C级：

刚性防护，如水泥砂浆、水泥浆，无粘结预应力锚索加设波纹管等。

D级：

双层防护，全孔进行固结灌浆，加设波纹管并灌注特种水泥浆或水泥砂浆。

4.5.3当锚固区域地下水发育，且具有腐蚀性时，锚固前可采取固结灌浆措施。

4.5.4当锚固区域的地层中含有易产生腐蚀的化学物质时，应优先采用无粘结预应力钢绞线做为锚索材料，并应加设波纹管，管内充填水泥砂浆或水泥浆，管外水泥浆包裹厚度不宜小于10mm。

水泥砂浆或水泥浆应具有抗化学腐蚀性能。

4.5.5锚索体防腐、防锈处理时，所使用的材料及其附剂中，不应含有硝酸盐、亚硫酸盐、硫氰酸盐。

水泥中氯离子含量不应超过水泥重量的0.02％。

4.5.6预应力锚索采用水泥浆或水泥砂浆做为封孔灌浆或胶结材料时，水泥的质量应符合GB175的规定。

4.5.7无粘结预应力锚索的防腐性能应满足3.2.3条的规定。

4.5.8预应力锚固区域内存在杂散电流时，应采取绝缘隔离防护或阴极防护措施。

4.5.9预应力锚索安装前应对锚索体做防锈处理。

锚索安装后，应及时做好锚头的防锈处理。

锚索张拉锁定并完成二次注浆后，应及时封闭锚头。

预应力锚索（杆）防锈处理应遵守SL105的相关规定。

4.5.10无粘结锚索锚头部位的防护应遵守以下规定：

1当永久性预应力锚索张拉锁定后，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。

2采用盒具保护时，盒内应填充防腐材料。

4.6张拉程序设计

4.6.1预应力锚索张拉之前，应对每股钢绞线实行预张拉，预张拉后逐股锁定钢绞线。

预张拉施加的张拉力可按设计张拉力的10％控制。

4.6.2为保证预应力锚索锁定后能保存设计需要的设计张拉力，可进行超张拉。

一般情况下超张拉力的数值宜为设计张拉力的110％，特殊情况不宜超过设计张拉力的115％。

4.6.3预应力锚索张拉程序设计应遵守以下规定：

1张拉力应分级施加，逐级增加至超张拉荷载，一般情况下可分四～五级施加。

2每级张拉荷载下应持荷5min，并测定预应力锚索的实际伸长值。

3达到超张拉力时，应持荷5min测定伸长值后锁定。

锁定完成后应测定钢丝或钢绞线实际回缩量。

4.6.4以下工程部位布置的预应力锚索，应通过试验或原位监

测结果对预应力锚索的张拉程序进行专门设计：

1大型地下洞室群锚区域的预应力锚索。

2膨胀性岩（土）层中布置的预应力锚索。

3高地应力岩层中布置的预应力锚索。

5边坡锚固设计

5.1岩质边坡锚固

5.1.1采用预应力锚索加固的岩质边坡，其稳定性应满足SL386—2007第3.4.2条的规定。

对边坡失稳后可能造成重大损失的重要锚固工程，经论证，其稳定安全系数应大于1.5。

5.1.2预应力锚索的布置应根据可能失稳的软弱结构面位置、产状、需要加固的范围和单根锚索的锚固力确定。

5.1.3预应力锚索