预应力锚固的施工包括钻孔、锚杆的制作与安放、张拉、防护等工序。其施工程序见图1-38。
图1-38 预应力锚固施工程序
水工预应力锚固施工应符合SL46—94《水工预应力锚固施工规范》的规定,钻孔作业中,该规范未作规定的事项,应符合SL62—94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》的有关规定。
(一)钻孔
钻孔是锚固工程施工中控制工期且费用最高的作业。锚杆孔有荷载较小的短锚杆孔和传递较大拉应力的长锚杆孔,孔径也有大有小,锚杆孔的钻凿应根据设计要求采用适宜的钻孔方法,以确保钻孔精度。
1.钻孔精度
钻孔的孔深、孔径均不得小于设计值,钻孔的倾角、方位角应符合设计要求。其允许误差值如下:
(1)有效孔深的超深不得大于20cm。
(2)机械式锚固段的超径不得大于孔径的3%,最大不得大于5mm。
(3)孔壁要求平直,以减少沿孔壁的摩擦系数,孔斜误差不得大于3%;凡有特殊要求时其孔斜误差不宜大于0.8%。
(4)孔口坐标误差不得大于10cm。
2.钻孔机械
应当根据岩土类型、钻孔直径和长度、锚杆类型和要求的钻进速度选择合适的钻机。
在岩石或混凝土中钻短锚杆的钻孔(孔径小于45mm,长度小于4m),一般采用气动冲击钻机,也可使用高效移动式单臂或多臂凿岩台车。承载力大的锚杆,一般要求采用大直径(60~168mm)的深钻孔(5~50m),这时可以用冲击钻、旋转钻或两者相结合进行钻孔。
对于机械式锚固段宜选用金刚石钻头钻孔。
3.钻进
(1)钻孔时,应加强钻具的导向控制以减少孔斜误差。具体措施是:①加大钻杆刚度,加长岩心管长度,并及时校正变形的岩心管;②加强钻机平台的牢固度,认真校核钻具轴线,确保开孔段钻孔倾角准确,孔壁平顺;③在每一个钻杆接头处增设一个弹子盘支撑,使全孔沿程都有可靠的支撑点,确保钻杆只能在钻孔中心作圆周运动,不能自由抖动及敲打孔壁。
(2)在钻孔过程中,应及时检测孔斜误差,并视钻孔需要,合理采取纠偏措施。
(3)钻孔中,要对锚固区段的位置和岩土分层厚度进行验证。锚固段应设在较新鲜的岩层中,施工中发现锚固岩层过分软弱,则要会同设计采取灌浆或更换锚固地层。
(4)钻孔完成后,锚固段内如有沉渣或粘土附着,应用清水充分清洗孔壁。
4.预留孔
新浇混凝土结构内的锚孔宜采用预留孔。预留孔的方式,可按现场条件选用埋管法或拔管法。埋管的管模必须架立牢靠,并加妥善保护,施工中应严防碰撞、折损,如发现有位移、损伤,应及时校正,待修复合格后才能继续浇筑混凝土;拔管的管模支撑及固定措施均不得妨碍拔管操作,拔管时间通过现场试验确定。埋管及拔管的管模敷设均应防止接头处发生折转或错动,并妥善保护接头,防止漏浆。
5.锚孔围岩灌浆
钻孔结束后,应利用锚孔进行围岩固结灌浆,以保护孔壁,减少渗透,加强锚杆的永久性支护;同时还可以加固围岩,减少预应力损失。锚孔围岩灌浆时,为防止串孔,应采用单钻单灌自下而上分段进行,段长不宜大于8m。实践证明,锚孔围岩灌浆不宜简单重复。如一次施灌不能满足设计要求时,可采取下列补救措施:①提高水泥细度,改善浆液可灌性;②改用化学灌浆;③改用先放锚束后低压注浆。
锚孔围岩灌浆时,如发生严重串孔,应会同设计人员采取补救措施。
6.扫孔
锚孔围岩灌浆后还须扫孔,恢复锚束孔道的正常作用。扫孔时间的选择,首先应考虑不损坏缝内充填的水泥结石,其次是易于扫孔作业,一般以1~3d为宜。扫孔应清洗干净,孔内不得残留废渣、岩心。
(二)锚束制作和运输
数股钢丝、钢绞线或钢筋,按一定规律编排成束的锚杆称锚束。锚束的制作宜在加工车间或厂棚内进行。
1.锚束下料
锚束下料长度,应按不同锚具、结构形式及工艺要求分别确定。
两端镦头的锚束下料长度要求极其严格,否则将导致全束钢丝长度出入较大,使锚束受力不均。规范规定,锚束长度误差应不大于下料长度的1/5000,且不得超过5mm。为了确保下料精度及断口平整,镦头端必须采用机械切割机切割。
除镦头锚外,其他类型锚头的锚束下料长度与切割方法,可按施工要求选定。
2.编束
编束时每根钢丝(钢绞线)的相对位置必须正确,不得相互交叉、内外层交叉,排列要平顺,绑扎要牢固,以免导致受力不均匀,甚至在高应力状态下造成断丝、应力腐蚀等现象。
因锚束安放及张拉力方式不同,锚束制作时,应考虑各道工序施工操作的方便性,并应照顾到施工工艺的全过程,如分股张拉的锚束,锚束编排应便于分股张拉;对采用封孔灌浆作为永久防护的锚束,必须预留进浆、排气管道并确保畅通。
镦头作业环境温度宜在5℃以上,镦头必须经检验合格后方能进行编束。
3.锚束验收和临时保护
锚束制作完成应进行验收;成品应堆放在干燥通风的支架上,分层平铺,不得叠压,支架支点间距不宜大于2m。
4.锚束运输
(1)水平运输中,各支点间距不得大于2m,转弯半径不宜过小,以不改变锚束结构为限。(www.xing528.com)
(2)锚束垂直运输时,除主吊点外,其他吊点应能在锚束入孔前快速、安全脱钩。
(3)运输、吊装过程中,应避免损伤锚束及其保护涂层。
(4)由车辆串联运输,应另设置直接受力的连接杆件,以避免车队行进、制动时,使锚束直接受到牵引与挤压而导致损伤。
(三)锚束的安放
1.安放前检验
预应力锚固属隐蔽工程,锚束安放入孔前应作好安放前检验,内容包括:孔内必须清除干净;锚束及其涂层无损伤;锚束中进浆、排气管必须畅通;阻塞器完好;承压垫板完好、无变形等。
2.胶结式锚固段的安放
向下倾斜的锚孔,当孔内无积水,并能在30min内完成放杆时,可采用先填浆后放锚束的施工方法;当孔内积水很难排尽时,可采用先放锚后填浆的施工方法,放束后应及时填浆。
水平孔及仰孔安放锚束时,必须设置阻塞器,防止浆液外流,并采用先放束后灌浆的施工方法。
3.机械式锚固段的安放
机械式锚固段只靠外夹片对孔壁的嵌固承担锚固力,故严格要求外夹片的外径必须与锚孔直径相匹配。放束时锚束应顺直、均匀用力。锚束就位后应先抽动活结,使外夹片弹开,嵌紧孔壁。
4.镦头锚对穿锚束的安放
镦头锚对穿锚束安放时,要对锚具螺纹妥善保护,严防损伤;张拉端孔口应增设防护罩,固定端活动锚具内外螺纹应衔接好。
(四)锚杆的张拉
锚杆的张拉就是通过张拉设备使锚杆体的自由段产生弹性变形,从而对锚固结构产生所要求的预应力值。
1.张拉准备
(1)锚杆张拉前,应对张拉设备进行标定,并绘制压力表读数-张拉力关系曲线,以指导现场张拉作业。
(2)施工量测用的压力表精度应不低于1.5级。配套标定张拉设备用的测力装置及压力试验机,其误差不得大于±2%。压力表常用读数不宜超过表盘刻度的75%。
(3)胶结式锚固段、承压垫座混凝土、混凝土柱状锚头等承载强度未达到设计要求时,不得进行张拉。
2.张拉
(1)一般采用超张拉,其张拉程序由零逐级增加到超张拉力,并经持荷稳压后才卸荷到设计张拉力进行封孔。其张拉程序如下:
式中:m为超张拉系数,要求mσcon不得大于钢材极限强度值的75%,参考值1.05~1.15;t为稳压持荷时间,一般为5min;σcon为设计张拉力。
(2)张拉时采用应力控制及伸长值校核的操作方法,当实际伸长值大于计算伸长值10%或小于5%时,应暂停张拉,查明原因并采取措施予以调整后,方可继续张拉。
(3)张拉时,升荷速率每分钟不宜超过设计应力1/10;卸荷速率每分钟不超过设计应力的1/5。
(4)胶结式锚固段必要时可作反复张拉;机械式锚固段严禁反复张拉。
(5)使用多台轻型千斤顶整体张拉同一束时,应保证各台千斤顶同步工作。各台千斤顶的合力点应与锚束轴线重合。
(6)凡具备补偿张拉条件者(一般应力松弛幅度超过设计张拉力10%时),宜在预应力损失完成后,进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至超张拉荷载。
3.安装
最后一次超张拉或补偿张拉后,控制卸荷到设计荷载进行安装(锁定),再封孔灌浆。
(五)锚杆的防护
预应力锚杆的防护有临时防护和永久防护。
1.临时防护
锚束在永久防护完成前,应作好临时防护。
(1)储存条件。预应力钢材和锚束禁止直接堆放在地面或露天储存;防止受潮,受腐蚀气体侵蚀;并避免与有害物质直接接触。
(2)孔内防护。排除孔内积水,并注满石灰水,保持孔内水质的pH值大于10;设自动注水设施,使石灰水水面超出孔口套管并始终浸没锚头,避免在水面波动范围内造成严重锈蚀。
2.永久防护
锚束完成全部张拉后对全束进行永久防护。
(1)粘结型。采用水泥浆封孔灌浆,用高速搅拌机制浆,集中供浆,纯水泥浆水灰比宜采用0.3~0.4,水泥砂浆水灰比宜采用0.5。灌浆时必须留有排气孔道,以保证封孔灌浆不出现连通气泡、脱空现象。对于向下倾斜的锚孔,灌浆时进浆管必须插至孔底,以浆排水,不挠动浆液;对于水平孔与仰孔,灌浆时将排气管插入孔底,密封孔口,使浆液不漏出孔外。
当采用有压灌浆时,最后5m孔段应进行循环灌浆,要求回浆浓度与进浆浓度相同后方能结束灌浆。
封孔灌浆必须形成密实的、完整的保护层。隔离架间距不宜大于2m,隔离架支板外露高度不得小于5mm。
(2)无粘结型。无粘结型锚束的防护更为重要。防护措施是在钢丝或钢绞线表面涂防腐材料,套塑料管,再在套管与孔壁之间灌水泥浆。涂层、套管要伸入到锚固段浆体内,其埋入长度不宜小于0.5m。孔口设启闭方便的防护罩,以防护孔口装置和锚夹具。防护措施必须可靠、耐久,防腐材料应有良好的化学稳定性。
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