预应力锚索试验孔总结.docx
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预应力锚索试验孔总结
厦沙高速公路A1合同段
8束预应力锚索试验
总
结
报
告
施工单位:
中铁十七局集团第六工程有限公司
日期:
二〇一六年七月十二日
预应力锚索基本试验总结报告
一、编制目的与依据
1、基本试验目的
基本试验的目的在于验证设计采用的工作锚索的性能各组成部分的综合性能、锚固地层设计参数及合理性、同时考虑有关锚索体在搬运、储存、安装和施工过程中抗物理破坏的能力。
（1）、确定该边坡地层中锚索的极限承载力和安全系数;
（2）、揭示在该地层条件下影响锚索锚固力的各种影响因素及其影响程度;
（3）、检验锚索工程的施工工艺;
（4）、校核设计参数,为高边坡锚固工程的动态设计提供有关参数,确保锚固工程的安全、经济、合理。
2、试验依据
（1）、《锚杆喷射砼支护技术规程》（GB50086-2001）
（2）、《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:
2005）
（3）、《公路路基设计规范》（JTGD30—2015）
（4）、《公路路基施工技术规范》（JTGF10—2006）
（5）、高边坡锚索设计文件及相关规定
二、工程概况
1、厦沙公路泉州德化段A1合同段DK0+370～DK0+650段右侧边坡系原国道已开挖边坡，现拟建线路位于国道左侧，部分与国道并线，原国道边坡于坡脚第一阶设一浆砌片块石挡土墙，挡墙高3m左右，上部第二、三阶边坡为1：
2.0左右坡率放坡，并采用拱形骨架植草。
该段地层情况为：
场地上覆土层主要为残坡积粘性土，下伏基岩为凝灰熔岩及风化层。
根据现场踏勘情况，该填方已发生变形现象：
第一阶挡墙出现多处裂缝，裂缝宽约1cm，墙面多处出现空鼓，第二、三阶边坡上的拱形骨架中的土体多被淘蚀，形成深约10－20cm的圆坑，骨架多处破碎。
坡顶后部出现三道张拉裂缝，裂缝宽约2～5cm左右。
根据勘察报告以及现场监测资料分析，边坡的变形原因主要是：
该工点地质情况较为复杂，坡残积土层较厚，土体强度指标较低；受降雨影响后，雨水大量渗入坡体，使得边坡的岩土体强度指标进一步降低，稳定性下降，故而发生局部坡残积土体滑动，造成边坡发生滑移开裂现象。
2、DK0+370～DK0+460段共设置锚索抗滑桩18根，抗滑桩直径2×2.5m，长度20m，抗滑桩设置在原坡脚挡墙内侧8m距离的坡面，间距5m，距桩顶1m处设置2孔预应力锚索，锚索长度60米，锚索均为孔径165mm，8根无粘结钢绞线，锚固段长度均为12m，单孔设计拉力均为900KN，实际锁定张拉力750KN；同时距桩顶1.5m处设一预留锚索孔道，孔径与施工锚索孔相同。
3、锚索施工前，根据锚固地层、锚固吨位做破坏性抗拔试验。
本次设计该工点锚索采用2个试验孔，试验孔锚索长度设计为60米，锚固段长度12米，其自由段不注浆，锚固段注浆遇土质或砂土状强风化岩层且富水时须采用二次高压劈裂注浆法。
试验孔具体位置应由监理和设计代表现场确定，使试验孔可代表工程孔锚固地层实际情况。
试验孔自由段不注浆，锚固段与自由段之间设置止浆袋，锚固段外侧应设引排气管，排气管伸入锚固段内5～10cm，其注浆方法与充满标准和工程孔相同。
试验时应记录各级荷载及锚头位移等详细数据，并在工程锚索（杆）施工前及时向设计单位提交试验报告，以验证与调整设计。
三、试验锚孔的现场施工情况
我部于2016年7月15日对该两个试验锚索进行了压浆施工，7月20日浇筑C25混凝土试验锚墩，于8月22日对该两个试验锚索进行了张拉基本试验。
1、试验锚孔的放样及定位
按照设计院现场确定的预应力锚索2个基本试验孔位置，采用拉线尺量，结合水准测量进行放线，并用铁钎和油漆标记准确定位锚孔位置。
1-SY-1孔深钻进60米，锚固长度为12米；1-SY-2孔深钻进60米，锚固长度为12m。
按照设计文件及相关规范，两个试验孔1-SY-1，1-SY-2的孔轴线倾角均为30°。
2、试验锚孔的施工
（1）在指定的基本试验孔位置进行搭设平台、钻机就位，采用测角量具控制角度，钻机导轨倾角误差不超过±1°，方位误差不超过±2°。
接通风管、电路，然后采用干钻法进行钻孔并记录详细的地质资料。
钻进过程中严禁开水冲钻及冲洗孔壁，同时应严格控制钻进速度，防止钻孔偏斜、扭曲或变径。
钻孔所用的钻杆统一规格，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆数好，放整齐，做到钻杆用完孔深恰好到位。
为避免孔底残渣影响试验，均比设计孔深度多0.2米。
并在钻孔完成后，反复回钻3～5次，用高压风清孔，确保孔底无残渣，并保证注浆时水泥浆与孔壁的粘结。
钻孔过程中，未遇到特殊情况，顺利完成。
实际孔位和设计孔位误差控制在±10cm以内。
（2）钢绞线采用Φ15.24mm、强度1860MPa的高强低松弛无粘结钢绞线。
锚索分四个单元，每单元由两根等长无粘结钢绞线组成；内锚由钢质承载体组成。
钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套，利用挤压器将挤压套冷加工固定在锚索的端头，承载体采用45﹟钢加工制作，其厚度不小于２cm。
锚索制作时，严格按照设计要求：
每根钢绞线顺直，不扭不交叉，排列整齐，每个单元对称布置。
钢绞线采用机械切割，锚固段每1-1.5米设置一个架线环，注浆管穿在锚索中间，绑扎固定直至最前端位置。
锚索安装时，严格执行技术规范，使每根锚索顺利安装到位。
锚索安装完成后，在每个单元锚索标上明显标记，保证压力分散型锚索荷载的施压。
（3）锚索注浆采用P042.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45，注浆采用孔底返浆方式，注浆压力一般为2MPa左右，施工时做好了详细注浆施工记录。
（4）锚索试验锚墩是为基本试验提供反力的装置，在施工过程中严把质量关，确保锚墩具有足够的强度，按设计要求配比浇制。
经基本试验使用证明，锚墩质量好，能够满足试验要求。
（5）试验前对锚墩、锚索伸出段进行了详细的检查：
锚垫板与锚索垂直，锚索长短单元做好记号，千斤顶与锚索平行。
（6）锚索试验过程中，均未遇到特殊情况，锚索张拉试验顺利。
有试验锚索破坏原因均为锚固体被拉动，位移不收敛。
现场人员情况
岗位
人员数量
备注
施工负责人
1
质检负责人
1
安全负责人
1
技术员
2
压浆、张拉施工人员
6
设备维修工
1
机械设备进场情况
序号
机械名称
规格型号
额定功率
数量
进场情况
1
液压千斤顶
150t
1
已进场
2
液压泵
ZB0/320-4/800B
1
已进场
检测设备进场情况
仪器名称
规格型号
进场日期
数量
标准测力仪
LC-3/2000KN
1台
五、锚索试验方案与计算
1、试验方案
本段锚索设计为拉压复合分散型，每孔8根￠15.24mm无粘结钢绞线，分四个单元布置，设计锁定荷载为900KN，超张拉荷载为1350KN。
锚索张拉分为二个步骤：
（1）进行整体预张拉，拉力为10%设计值（即90KN），以消除锚索非弹性变形；
（2）分步进行差异荷载补偿张拉；
（3）试验设备：
本次试验采用的千斤顶型号为150t，压力表为上海正宝压力表厂制造，器具编号为1#，其校准方程Y=0.03332X-0.18，其中:
X为千斤顶拉力（KN），Y为油表读数。
具体详见标定证书。
测量锚索位移量采用游标卡尺。
（4）依据试验张拉设备标定的回归方程:
Y=0.03332X-0.18MPa，（详见《岩土锚杆（索）技术规程》），编制循环加卸荷等级与位移观测间隔时间表、荷载与油表读数关系表，明确张拉顺序。
施加应力与压力表读数对应数值表
百分值%
施加应力X（KN）
压力表读数Y=0.03332X-0.18MPa
备注
设计锚固力
900
29.81
△P1
12.375
0.23
3-X-1补足张拉力
△P2
25.401
0.67
3-X-2补足张拉力
△P3
39.151
1.12
3-X-3补足张拉力
25%
225
7.32
整体张拉
50%
450
14.81
75%
675
22.31
100%
900
29.81
110%
990
32.81
120%
1080
35.81
130%
1170
38.80
140%
1260
41.80
150%
1350
44.80
（5）在试验过程中出现下列现象其中之一即视为锚固体破坏：
①后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生位移量增量的两倍；
②锚头位移不收敛；
③锚头总位移量超过设计允许位移量。
2、荷载计算
因压力分散型锚索各单元长短不一，故必须先计算各单元差异伸长量和差异荷载增量，其计算公式如下：
差异伸长量：
ΔL1-2=ΔL1-ΔL2，ΔL2-3=ΔL2-ΔL3,ΔL3-4=ΔL3-ΔL4,
ΔL1=（α/E）*L1，ΔL2=（α/E）*L2，ΔL3=（α/E）*L3，ΔL4=（α/E）*L4，
α=P/A
差异荷载增量;
ΔP1={（EAΔL1-2）/L1}*2
ΔP2={（EAΔL2-3）/L2+（EAΔL2-3）/L1}*2
ΔP3={（EAΔL3-4）/L3+（EAΔL3-4）/L2+（EAΔL3-4）/L1}*2
其中：
L1，L2，L3,L4---分别为第一，二，三，四单元锚索的长度，且
;
ΔL1、ΔL2、ΔL3、ΔL4--各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的伸长量；
ΔL1-2，ΔL2-3，ΔL3-4--各单元锚索在给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下的差异伸长量；
α----给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下钢绞线束应力；
P-----给定最终张拉（设计锁定）荷载作用下单根钢绞线束荷载；
A-----单根钢绞线束的截面面积；
E-----钢绞线的弹性模量；
ΔP1，ΔP2，ΔP3---分布差异张拉之第一，第二，第三步级张拉荷载增量。
锚索张拉时的实际伸长量ΔL（mm）为：
ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL3
ΔL---锚索实际伸长值（mm）
ΔL1—从初应力至最大张拉力间的实测伸长值（mm）;
ΔL2—初应力以下的推算伸长值（mm）,可采用相邻级的伸长值。
2、根据设计代表、监理工程师及施工单位实地勘测，对D匝道抗滑桩试验孔1-SY-1，1-SY-2进行张拉。
以1-SY-1为例，具体数据及计算如下：
钢绞线根数N=8，钢绞线强度；F=1860Mpa，单根钢绞线截面积A=140mm2,钢束长=60米，锚固段=12米，各单元长度L1=60m，L2=60-12/4=57,L3=60-12/4*2=54m,L4=60-12/4*3=51m。
钢绞线弹性模量E=1.95*
Mpa,预应力锚索单孔设计张拉力为900KN,给定最终张拉力荷载作用下单根钢绞线束荷载P=900/8=112.5KN。
各单元伸长量：
ΔL1=（P*L1）/（E*A）=（112.5*60*1.1）/（1.95*
*0.00014）=271.98mm
ΔL2=（P*L2）/（E*A）=（112.5*57*1.1）/（1.95*
*0.00014）=258.38mm
ΔL3=（P*L3）/（E*A）=（112.5*54*1.1）/（1.95*
*0.00014）=244.78mm
ΔL4=（P*L4）/（E*A）=（112.5*51*1.1）/（1.95*
*0.00014）=231.18mm
差异伸长量：
ΔL1-2=ΔL1-ΔL2=271.98-258.38=13.6mm
ΔL2-3=ΔL2-ΔL3=258.38-244.78=13.6mm
ΔL3-4=ΔL3-ΔL4=244.78-231.18=13.6mm
差异荷载增量：
ΔP1={（EAΔL1-2）/L1}*2={（195000*140*13.6）/60000}*2=12.375KN
={（195000*140*13.6/57000+（195000*140*13.6/60000）}*2=25.401KN
={（195000*140*13.6/54000+（195000*140*13.6/57000）+（195000*140*13.6/60000）}*2=39.151KN
2#实验孔预应力锚索
同步张拉伸长量（100%行程）：
ΔL=（P*L）/（E*A）=（900*60）/（8*195000*0.00014）=247.253mm
（2）1-SY-1，1-SY-2各单元补偿荷载及各锚索初始荷载列于下表
各单补偿荷载及各锚索初始荷载
实验孔号
锚孔深度
锚固段长度
第一次补偿值（ΔP1）
第二次补偿值（ΔP2）
第三次补偿值（ΔP3）
初始荷载
备注
1-SY-1
60
12
12.375
25.401
39.151
90
1-SY-2
60
12
12.375
25.401
39.151
90
六、锚索张拉顺序要求
每个循环张拉至最高一级时，稳压10min，其他各级稳压5min。
1、进行整体预张拉，拉力为10%设计值（即90KN），以消除锚索非弹性变形；
2、先张拉第一单元至△P1。
3、再同时张拉第一、二单元至△P2，第一、二、三单元同时至△P3。
4、然后再接着按设计预应力四个单元整体张拉，并量取其伸长值。
即△P1→△P2→△P3→25%P→50%P→75%P→100%P→110%P→120%P→130%P→140%P→150%P。
七、锚索张拉伸长量
（1）根据无粘结预应力钢绞线力学性能检验报告，可得钢绞线弹性模量E=1.95*105Mpa，单元面积为A=140mm2
（2）根据以上计算由公式：
α=P/A和ΔL1=（α*L）/E1，可以得ΔL=（P*L）/（E*A）,（以1-SY-1为例）在只张拉第一单元时△P1=12.375KN,L=60m，可得ΔL1=13.600mm
同时张拉第一、二单元时，△P2=25.401KN,L=57m,可得Δ
=23.6mm
同时张拉第一、二、三单元时，△P3=244.66KN,L=20m,可得Δ
=29.9mm
四单元同步张拉伸长量（25%行程）P=225KN,L=51m,可得ΔL=52.541mm
四单元同步张拉伸长量（50%行程）P=450KN,L=51m,可得ΔL=105.08mm
四单元同步张拉伸长量（75%行程）P=675KN,L=51m,可得ΔL=52.5mm
四单元同步张拉伸长量（100%行程）P=900KN,L=51m,可得ΔL=70mm
四单元同步张拉伸长量（110%行程）P=990KN,L=51m,可得ΔL=70mm
四单元同步张拉伸长量（120%行程）P=1080KN,L=51m，可得ΔL=84mm
四单元同步张拉伸长量（130%行程）P=1170KN,L=51m，可得ΔL=93mm
四单元同步张拉伸长量（140%行程）P=1260KN,L=51m，可得ΔL=98mm
四单元同步张拉伸长量（150%行程）P=1350KN,L=51m，可得ΔL=105mm
试验孔号
张拉荷载（KN）
油表读数（Mpa）
理论锚头位移量
实际锚头位移量
1-SY-1
12.375
0.23
25.401
0.67
39.151
1.12
225
7.32
450
14.81
675
22.31
900
29.81
990
32.81
1080
35.81
1170
38.80
1260
41.80
1350
44.80
试验孔号
张拉荷载（KN）
油表读数（Mpa）
理论锚头位移量
实际锚头位移量
1-SY-2
12.375
0.23
25.401
0.67
39.151
1.12
225
7.32
450
14.81
675
22.31
900
29.81
990
32.81
1080
35.81
1170
38.80
1260
41.80
1350
44.80
八、张拉施工注意事项
1、计算锚索各级张拉力对应的张拉千斤顶油压表读数。
预应力锚索张拉施工使用的检测加荷设备张拉千斤顶（测力计、计时表等）在使用前应经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。
锚索使用张拉千斤顶的额定压力必须大于试验压力。
2、在每级加荷等级观测时间内，锚头移量不大于1mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至锚头位移增量2.0h小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。
3、锚索试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：
锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚索从锚固体中拔出；锚头总位移量超过设计允许位移值；
4、后一级荷载产生的锚头位移增量超过前一级荷载产生位移增量的2倍；锚索材料拉断。
九、试验结论
（1）设计张拉110%的锁定力满足要求。
（2）本边坡地层地质条件基本能满足动态设计要求。
（3）注浆材料满足要求，锚索施工工艺比较理想。
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