目前,我国采取的锚索防腐蚀措施主要有三:一是利用碱性环境防护;二是采取物理防护;三是进行电力防护。通常讲的碱性环境防护,是依靠pH>7碱性水或覆盖塑料等材料,从而阻止外部腐蚀性物质与锚索体的接触;电力防护是使锚索体形成一个电路,并使锚索体表面极化成阴极的保护方法,所以又称为阴极保护,通常是为保护大批锚索而采用的一种方法。由于造价等方面的原因,目前的防腐蚀多数是以前两种方法为主。
在确定锚索防腐系统时,应重点考虑以下因素:
1)锚索服务年限。
2)地层腐蚀级别。
3)工程的重要性。
4)腐蚀破坏所产生的后果与施加防腐蚀措施所增加费用的对比。
对于锚固力较低的锚索,当处于非侵蚀性和低渗水性(K<10m/s)的地层中时,可仅使用水泥质注浆体进行防护。锚固力较高的永久性锚索,即使当锚索工作在低渗水性的地层中时,原则上也要进行物理防护。针对不同的腐蚀性地层,建议采用的锚索防护系统见表8.16。
表8.16 锚索防腐系统级别
(1)外锚固段的防护[2]国际预应力协会收集到的35例锚索破坏的实例中,有19例破坏的部位在锚头附近,占破坏锚索的一半以上,应当引起设计和施工单位的足够注视。
1)隔离防护外锚固段的防护。有不少锚索工程设计,无论粘结型锚索或者无粘结型锚索,外锚固段的锚头(具)一律用注浆或混凝土封闭,混淆了隔离防护和碱性环境防护的概念,对于隔离防护锚索危害极大。这是因为外锚固段受大气影响大,经常受到大气中成分复杂的有害气体和液体的侵蚀,又不做两种防护的有效的搭接,所以,在两种防护的交界处易于腐蚀而破坏。1987年,在“自由锚索的设计与施工”一文中曾指出过,对于不要求调节锚索预应力的自由锚索,锚头部分可以用硅酸盐水泥浆或混凝土封堵,但是必须有至少500mm长的搭接长度,在搭接长度内做成双重防护。这样做很繁琐,也不规范,对于自由锚索,规范的做法如图8.8所示。在保护帽内及锚具以下的一段钻孔要充满防锈油脂,保证整个锚索都是隔离防护,并自由伸缩,当需要调整锚索预应力时,取去保护帽即可。要注意的是,防锈油脂是专用类黄油油脂,不能用黄油或其他油脂代替。保护帽与垫板接触面上设密封垫,并有可靠的连接,防油脂流失。保护帽上有油脂补给孔,定期补充防锈油脂。通常,保护帽由工厂模压聚酯塑料制成,有时也用钢材现场加工。安装垫板前要除去垫板上的污物和锈斑,再涂一层防腐材料。
图8.8 锚头防腐示意图
2)全长粘结型锚索外锚固段的防护。锚索张拉锚定并回填灌浆后,切去多余的钢绞线,用混凝土或注浆盒注浆封堵锚具即可。从旧建筑物的拆除发现,混凝土对钢材的保护不如注浆,可能注浆的密实度比混凝土好,永久锚索的锚头最好采用注浆防护。还有一个理由,对张拉段回填灌浆后由于浆体的泌水收缩,致使锚具下的小空间及夹片间的缝隙得不到有效防护,这里推荐图8.9的封堵方法:在浇混凝土垫墩前,在钢垫板下安一根钢管,通过导向钢管进入钻孔。封堵锚头时,浆体由该钢管注入,浆液注满锚具下的所有空洞后,通过夹片的缝隙流入保护帽,当浆体从保护帽上的溢浆管出浆,即预示封堵完成。当然,封堵完的次日再检查一下溢浆管是否仍然饱满,否则还可以从溢浆管补浆。(www.xing528.com)
图8.9 粘结型锚索锚头防护
(2)全程防腐蚀措施[3]。对于自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索(图8.10),其防腐蚀措施是综合性的,即在改善锚固段应力集中前提下,采取全程有效防腐蚀、有效减小孔径、全孔一次注浆和单根张拉储备预应力等。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索已在瀑布沟水电站边坡及覆盖层、小湾电站堆积体、紫坪铺水利枢纽工程边坡、冶勒水电站主厂房、西藏金河水电站厂房边坡覆盖层、紫坪铺213国道改建工程滑坡抢险等工程中大量、成功应用,取得了良好的社会经济效益。具体实施表现为:
1)改善了锚固段应力集中状况。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索采用单孔多锚头结构,每组锚头分别承载一定荷载,克服了传统锚索荷载作用在一组锚头上的不利现象,总锚固力沿锚固段长度进行分散分布,减少了单位面积上围岩应力,改善了应力集中的状况。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索为单孔多锚头结构并具有整体性,其锚固段应力分布为在空间位置上连续分布的各组锚头产生的压应力与锚固段锚索体整体产生的拉应力综合叠加后的复杂的拉压复合应力分布。
图8.10 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索示意图
2)全程有效防腐。单锚头密封套组件与无粘结钢绞线PE套一起构成了阻水效果良好的防渗体系,使钢绞线免遭外界侵蚀,有效地解决了锚索防腐问题。
3)有效减小孔径。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的锚头数目及组合结构根据工程地质特性和锚索吨位大小进行选择,使制作成的锚索体的外径尽可能最小,满足了锚固段围岩地质体条件及锚固力对锚孔孔径的要求。1000~6000kN自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的孔径一般为100~200mm。
4)全孔一次注浆。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索采用全孔一次注浆工艺,保证了注浆质量,提高了注浆工效。该锚索在全孔注浆结束并待凝等强后进行张拉,并可重复张拉。
5)单根张拉。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索由于各根钢绞线长度不等,须采用单根张拉方法,按间隔对称分序进行。
[1]金永军,何满潮,王树仁,刘成禹.适用于软岩边坡加固的压力分散型预应力锚索锚固机理研究.土木工程学报,2006(4)。
[2]刘玉堂,翟金明,张勇.锚索的锈蚀、防护及永久锚索的合理结构.预应力技术,2005(1)。
[3]冯杨文.预应力锚索有关问题的分析研究.探矿工程(岩土钻掘工程)2005(增刊)。
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