DL T 5176-2003 水电工程预应力锚固设计规范.pdf

1、DL / T 5176一2003月U青在我国水电水利工程中，应用预应力锚固技术对岩体边坡、地下洞室、建筑物基础、闸墩、水工隧洞等各类结构进行加固或改善应力，取得了良好的效果和一定的经济效益，并积累了丰富经验。为推广应用预应力锚固技术，提高预应力锚固的效能和技术水平，促进水电工程锚固技术的发展，国家经济贸易委员会以电力【20001 22号文关于确认1999年度电力行业标准制修订计划项目的通知下达了编制水电工程预应力锚固设计规范的任务。水电规划设计标准化技术委员会于2000年12月在北京召开了水电工程预应力锚固设计规范编制大纲讨论会。根据大纲审查会纪要的要求，编制组全面总结了我国预应力锚固技术的应

2、用经验，完成了水电水利工程预应力锚固技术的应用、有关国家和地区预应力锚固规范简介、水工隧洞环形锚束式预应力混凝土衬砌和 Yow7dr Y,P式中:Yo结构的重要性系数，I级锚固工程采用1.1, 11级锚固工程采用1.0, 111级锚固工程采用0.9;4一设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95,偶然状况采用0.85;Yd -结构系数，仰孔采用1.3,俯孔采用1.0;Y.-豁结强度分项系数，采用1.2;Yc单根预应力锚杆张拉力分项系数，采用1.15;L,内锚固段长度，m;凡单根预应力锚杆超张拉力，kN;D-一一锚杆孔直径，mm;C-一胶结材料与孔壁的瀚结强度，MPa，当缺乏试验资料

3、时可按附录A选取。6.2.3当计算决定的内锚固段长度大于lom时，宜采取改善锚固段的岩体质量、扩大内锚固段直径或采用压力分散型内锚固段等DLIT5176一2003措施，提高胶结式内锚固段的锚固能力。6.2，4内锚固段胶结材料的性能应符合本标准5念4的规定。水泥浆胶结材料的抗压强度等级不应低于M35;树脂材料的抗压强度不应小于50MPa。6.2.5机械式内锚固段应根据单根锚杆的设计张拉力、锚固部位岩体质量，并参照己建工程经验选择其结构型式和尺寸。对于重要工程，还应对选定的机械式内锚固段结构进行现场拉拔试验，验证其锚固力。6.2.6采用机械式内锚固段时，其结构尺寸应与锚杆孔直径有较好的配合。应保证

4、安装后，其外夹片与孔壁呈整合状曲面接触。锚杆拉紧后，外夹片的齿纹与孔壁紧密咬合，并保证作用在孔壁上的压力分布均匀，在超张拉力的作用下，锚头不产生滑移。62.7锚束的结构设计应符合下列规定:1锚束采用的高强预应力钢丝、钢绞线或精轧螺纹钢筋的材质应符合本标准5念2的规定。进行预应力锚杆设计时，在设计张拉力作用下，钢材强度的利用系数宜为。石一仓65a2锚束中各股钢丝或钢绞线的长度应一致。沿锚束的长度方向应安设隔离架，对于陡倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不宜大于4.om;对于缓倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不宜大于2.om。隔离架中应预留灌浆管和排气管的通道。3有豁结预应力锚杆封孔灌浆后，锚束的保护层

5、厚度应大于2伪几m。4机械式内锚固段同钢丝或钢绞线的连结必须牢固，连结部件的强度，应满足本标准5一23的规定。6.2.8外锚头的结构设计应符合下列规定:1外锚头及其各部件的承载能力必须同单根锚杆的最大张拉力相匹配，其材料性能应符合本标准5念3的规定。2外锚头的结构型式，应有利于孔口设备的布置与安装，有利于锚杆的张拉，有利于锚杆的锁定和多余钢绞线的切除。DL / T 5176一20033当锚杆张拉时，米用的锚夹具应保证锚杆受力均匀;夹片的硬度适中，不损伤钢丝或钢绞线。锁定时，钢丝或钢绞线的回缩量不宜大于5mmo4孔口混凝土垫墩应保证传力均匀。垫墩尺寸应根据单根锚杆的最大张拉力、垫墩材料性质、锚杆

6、孔口周围的地质情况及其力学性质，通过计算确定。垫墩混凝土的强度等级不应低于C30o5垫墩顶面应设置钢垫板，其平面尺寸可略小于垫墩上平面尺寸，厚度不宜小于20mma钢垫板和垫墩的承力面，应垂直于锚杆孔的轴线，其角度偏差不宜大于士20。6.3锚杆体的防护设计6.3.，预应力锚固工程中的锚杆体，可按表6.3.1中的标准进行防腐、防锈处理。表6.3.1预应力锚杆的防腐、防锈标准工作环境预应力锚杆的工作时间lik时性预应力锚杆水久性预应力锚杆无侵蚀性按A级进行防护张拉后15d内，按C级进行耐久性防护中等侵蚀性张拉前按A级或B级防护张拉前按A级或B级防护:张拉后按C级进行耐久性防护强侵蚀性张拉前按B级进行

7、防护;张拉后按C级进行耐久性防护张拉前按B级进行防护:张拉后按C级进行耐久性防护a,户材抖为液态防护刁X为塑态防护刁曰习，口:匀.硬匕石田竺冬，如石灰水、防腐油卜，如凝胶、树脂、防锈油脂等。卜，如水泥浆、水泥砂浆、波纹管及其他措施巴昌沈6.3.2锚杆体防腐、防锈处理时，所使用的材料及其附加剂中不得含有硝酸盐、亚硫酸盐、硫氰酸盐。氯离子含量不得超过水泥重量的0.02%.6.3.3预应力锚杆采用水泥砂浆或水泥浆做为封孔灌浆或胶结材料时，胶结材料掺入的减水剂、早强剂、膨胀剂中对钢材有腐蚀DL / T 5176一2003作用的物质含量应符合本标准6.3.2的规定。6.3.4无豁结预应力锚杆内锚固段所使

8、用的胶结材料应满足本标准6.3.3的规定。对于张拉段也必须采用水泥浆或水泥砂浆进行全孔封闭灌浆防护。6.3.5永久性预应力锚杆封孔灌浆后，对于外锚头应采用水泥砂浆包裹封闭，对于观测的预应力锚杆，应设置密封的保护罩。6.4张拉力的控制和张拉程序设计6.4.1对于岩体锚固工程，锚束中的各股钢丝或钢绞线的平均应力，施加设计张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的60%;施加超张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的70 % o6.4.2对于水工建筑物的锚固工程，锚束中各股钢丝或钢绞线的平均应力，施加设计张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的65%;施加超张拉力时，不宜大于钢材抗拉强度标准值的75%06.

9、4.3预应力锚杆张拉程序设计，应符合下列规定:1对由多股钢丝或钢绞线组成的预应力锚杆，在正式张拉前应按20%的设计张拉力对各股钢丝或钢绞线进行预张拉。2锚杆的张拉力应分级施加，逐级增加至超张拉荷载。3每级张拉荷载，应持荷5min。锚杆锁定后，当预应力损失超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉。被偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至超张拉荷载，最多进行两次。4对于布置多根预应力锚杆工程，应优化张拉程序设计。当邻近锚杆产生应力松弛的幅度超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉。6.4.4超张拉力的数值，应根据锚夹具的性能和造孔质量确定，一般情况下超张拉力不宜超过设计张拉力的巧%。6.4.5当被锚固后

10、的岩体可能继续变形时，除应按岩体稳定需要确定设计张拉力外，还应按岩体可能继续变形值的大小确定锚杆的实际安装荷载。DL / T 5176一20036.4.6张拉设备的选择应满足下列要求:1张拉设备的出力应满足超张拉的要求，其最大出力宜为设计张拉力的150% 02张拉设备的行程，宜大于锚杆的弹性伸长与接触变形之和。3张拉设备应按计量法规定进行标定。DL / T 5176一20037边坡锚固7.0.1按GB 50287的规定，依据已查明的地质资料，在对边坡可能失稳或破坏型式分类的基础上，采用极限平衡理论进行稳定性分析，确定失稳边坡的范围、滑动面位置和下滑力的大小。7.0.2当采用预应力锚杆进行锚固时

11、，应在充分考虑岩体自身强度和其他措施的阻滑作用基础上，确定由预应力锚杆施加的阻滑力大小。锚固后岩质边坡的稳定状况应满足式(7.0.2)的规定:YoV YQ4k-贵爷(7刀2)式中:Y0 7-结构的重要性系数，I级边坡工程采用1.1, 11级边坡工程采用1.01 111级边坡工程采用0.9;v一一设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95,偶然状况采用0.85;YQ下滑力作用分项系数，采用1.1;Yd一结构系数，采用1.15-1.0;Yt抗滑力作用分项系数，采用1.1;二预应力锚杆根数;Pk一单根预应力锚杆提供的阻滑力，kN;4k预应力锚杆承担的不稳定块体下滑力，kNo7.0.3大型

12、边坡的锚固设计，宜对边坡稳定性进行专门研究，并对影响边坡稳定性的因素进行敏感性分析。7.0.4锚杆长度应按式(7.0.4)确定。1片乙1十肠十肠(7刀4)式中:2一预应力锚杆长度，m;DL / T 5176一2003L,内锚固段长度，胶结式内锚固段长度应按式(6.2.2)确定，机械式内锚固段，应根据锚杆与内锚固段的搭接长度确定，m;L2-一张拉段长度，m:4外露段长度，ms7.0.5预应力锚杆与水平面的夹角可按式(7.0.5)确定。=。士45。十里、 l 2)(7.0.5)式中:0-锚固角，即预应力锚杆轴线与水平面的夹角;0滑动面(软弱结构面)倾角:W内摩擦角。当确定的锚固角为一“P+5“时，

13、锚杆与水平面的夹角应调整至刀共-50或刀多50。当受到施工现场或施工设备限制时，可适当调整锚固角度，但必须通过技术经济比较，以确定最佳的锚固角度。7.0.6在边坡锚固设计时，应做好截水、排水设计。施工用水的排、放布置也应合理。DL / T 5176一20038基础锚固8.0.1当水工建筑物与基础的结合面或基础中软弱结构面之间的抗滑力不足时，可采用预应力锚杆提高抗滑力、增加稳定性。8.0.2各种水工建筑物基础的预应力锚固设计，应针对不同的工程对象，按相应的标准进行抗滑稳定、抗倾覆稳定分析计算，确定锚固范围和锚固力的大小。其结果应满足相应标准规定的要求。8.0.3对水工建筑物基础施加预应力后，在锚

14、固荷载和各种荷载组合下，建筑物基础所承受的最大压应力，应小于基础容许的压应力。基础中的拉应力也应满足相应标准的规定。8.0.4根据软弱结构面的位置和产状，应按式(7.0.4)的规定计算锚杆长度，并根据结构物的布置和施工条件确定锚杆布置。8.0.5基础加固的预应力锚杆，应遵守本标准6.3.1的规定，按刚性防护标准(C级)进行防护。8.0.6对于岩体裂隙发育或较为软弱破碎的基础，应在锚固之前对锚固区域的岩体进行固结灌浆。固结灌浆的设计应符合相应标准的规定。DL / T 5176一20039地下洞室锚固9.1围岩锚固9.1.1经稳定分析，对地下洞室中较大范围的压剪破坏区和塑性区及各种结构面组成的不稳

15、定块体，可采用预应力锚杆进行整体或局部锚固。9.1.2由预应力锚杆、砂浆锚杆、钢筋网喷射混凝土和围岩本身提供的单位面积上的支护抗力之和应满足式(9.1.2)的规定。q-P。干P2十尸3+Po (9.1.2)式中:P,预应力锚杆提供的支护抗力，kN;P2砂浆锚杆提供的支护抗力，kN;P钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力，kN;几围岩具有的支护抗力，kN;9一一引起围岩失去稳定的下滑力，kNo9.1.3由预应力锚杆提供的单位面积上的支护抗力应满足式(9.1.3)的规定。Your Ywk-牛答Y, Y.(9.1.3)式中:yo -结构的重要性系数，I级地下工程采用1.1, 11级地下工程采用1.0,m级

16、地下工程采用0.9:9f一设计状况系数，持久状况采用1.0，短暂状况采用0.95,偶然状况采用0.85;Yq需预应力锚杆承担的下滑力分项系数，采用1.05;Yd一结构系数，采用1.3;DL I T 5176一2003Y.-一预应力锚杆材料分项系数，采用1.2;4k一一需要预应力锚杆承担的下滑力，kN;凡单根预应力锚杆的支护抗力，kN;一预应力锚杆的根数。9.1.4预应力锚杆应穿过破裂区或塑性区，内锚固段必须布置在没有扰动的弹性区内。内锚固段长度应满足本标准中式(6.2.2)的规定。9.1.5预应力锚杆的间距不宜大于预应力锚杆张拉段长度的112a9.1.6预应力锚杆应均匀布置。锚杆宜沿洞室轮廓线

17、的法向布置。9.1.7属于局部范围压剪破坏区、塑性区和由各种结构面组成的不稳定块体，应按局部锚固进行设计。9.1.8位于顶拱部位的不稳定块体，应按预应力锚杆承担全部不稳定块体重力确定锚固力。9.1.9位于边墙部位的塌滑体，应计入不稳定块体周围岩体的嵌固作用，并按岩质边坡的稳定要求，计算需要锚杆提供的锚固力。9.1.10对有相邻洞室的岩墙，应优先采用对拉式预应力锚杆。9.2岩壁吊车梁锚固9.2.1地下厂房中布置在两侧岩壁上的吊车梁可采用预应力锚杆或砂浆锚杆进行锚固。9.2.2岩壁吊车梁的锚固力应通过刚体静力平衡法或弹塑性有限元法分析计算确定。按刚体平衡法进行设计时，单位梁长预应力锚杆的用量可按式

18、(9.2.2)确定。Y.W (YcrS+ YQSQK)蕊生丛(922)Yd YsA,式中:Y一结构的重要性系数，I级工程采用1.1.n级工程采用DL / T 5176一20031.0, 111级工程采用0.9;w一设计状况系数，持久状况采用1.0,短暂状况采用0.95,偶然状况采用。.85;SGK永久作用(如梁自重等)在预应力锚杆中产生的拉力标准值;SQK可变作用(如吊车竖向荷载和吊车横向水平荷载)在预应力锚杆中产生的拉力标准值;yd-永久作用分项系数，采用1.05 ;YQ可变作用分项系数，采用1.10，吊车竖向荷载的动力系数可采用1.05;Yd一结构系数，预应力锚杆采用1.4;Ye预应力锚杆

19、材料强度分项系数，采用1.2;石k预应力锚杆材料强度的标准值，按DL5057确定:A,单位梁长所需预应力锚杆截面积。9.2.3岩壁吊车梁的预应力锚杆或砂浆锚杆材料宜选用高强、精车L的螺纹钢筋。9.2.4由设计张拉力、最大起吊荷载和围岩变形在岩壁吊车梁预应力锚杆中产生的应力，三者之和应不大于0.80倍的钢材抗拉强度的标准值。9.2.5岩壁吊车梁预应力锚杆或砂浆锚杆的锚固深度，应根据锚杆所承受的最大拉力，按本标准式(6.2.2)计算，并加上lm的围岩松弛区的影响长度。9.2.6岩壁吊车梁预应力锚杆或砂浆锚杆与水平面的夹角，可根据需要布置。9.2.7对岩壁吊车梁的预应力锚杆或砂浆锚杆的受力状况，应进

20、行监测。DL / T 5176一200310预应力闸墩锚固设计10.0.1对弧门闸墩，当门轴总推力超过25000kN时，通过技术经济比较，可采用预应力式闸墩。10.0.2闸墩中的预应力锚杆应按下列原则进行设计:1锚块与闸墩和与大梁相连的颈部，以及闸墩锚固区上游混凝土中的主拉应力，应满足DUf 5057的规定。2混凝土支撑结构的强度及变形应满足结构及运行的要求。10.0.3预应力闸墩宜采用三维有限元法进行应力分析，并按各种荷载组合所控制的工况进行结构设计。必要时可采用结构模型试验加以验证。10.0.4闸墩预应力锚杆的布置，应符合下列规定:1预应力锚杆合力应通过支铰中心，其方向应同弧门支铰推力方向

21、一致。2预应力锚杆在平面上的布置，应力求使闸墩内部应力分布均匀。闸墩中，预应力锚杆的间距不宜小于500mm，预应力锚杆与闸墩边缘的距离不宜小于600mmo10.0.5可采用混凝土锚块或钢锚块。当采用混凝土锚块时应设置一定数量的次锚杆次。锚杆一般为水平向布置。10.0.6闸墩预应力锚杆穿索孔道的直径，应根据锚杆的直径确定，并留有一定的空间和灌浆通路。穿索孔道可采用预埋波纹管或预埋钢管。10.0.7预应力闸墩中，锚固区域的混凝土强度等级不得低于C30。锚块的混凝土强度等级不得低于C40.DL / T 5176一200311预应力水工隧洞环形锚固设计11.0.1当水工隧洞承受的内水压力较高，对衬砌结

22、构有防裂要求，洞线所通过的地层地质条件较差时，可通过技术经济比较采用环形锚束式预应力混凝土衬砌。11.0.2环形锚束式预应力混凝土衬砌，应根据SD 134要求，并将锚束施加的预应力值作为荷载之一，按弹性理论进行结构应力分析，必要时还应通过有限元计算或模型试验加以复核。11.0.3环形锚束式预应力混凝土衬砌，锚束与孔道管摩擦引起的预应力损失可按DLIT5057的规定计算。11.0.4锚束材料可使用低松弛无豁结预应力钢绞线或低松弛有钻结预应力钢绞线。设计时，钢材强度利用系数不宜大于0.75.11.0.5预应力锚束宜布置在靠近混凝土衬砌外缘。每断面宜采用整环锚束的布置方案。环形锚束间距应由计算确定，

23、一般不宜大于500mma11.0.6宜采用HM锚具。每环锚束的锚具槽宜错开布置。11.0.7锚具槽及穿束孔道的位置与线型应准确，绑扎牢固，接头密封、平顺，严防漏浆。11.0.8环形锚束式预应力衬砌混凝土的强度等级不宜低于C30a当衬砌混凝土达到设计强度等级的75%时，方可进行环形锚束的张拉。11.0.9环形锚束张拉前应进行张拉工艺试验，张拉程序和张拉工艺应保证衬砌形成均匀的预压应力。11.0.10环形锚束张拉完成后，应立即对孔道进行回填灌浆，对锚具槽回填混凝土。回填材料宜具有微膨胀特性。11.0.11环形锚束张拉后的回填和固结灌浆应按SD 134要求进行。26DL / T 5176一20031

24、2水工建筑物的补强与锚固12.0.1加高混凝土坝体或对水工混凝土建筑物的裂缝、缺陷进行补强时，经过技术经济比较，可采用预应力锚杆进行锚固。12.0.2采用预应力锚杆锚固坝体，在抗滑稳定复核中，抗滑稳定安全系数和坝体应力应满足本标准8.0.2的规定。12.0.3对水工混凝土建筑物的裂缝或缺陷采用预应力锚杆锚固时，应选择适合于原建筑物强度要求的锚固力。其内锚固段应错开布置。12.0.4对水工混凝土建筑物裂缝进行预应力锚固后，需要灌浆时，应控制灌浆压力。DL / T 5176一200313试验与监测13.1锚杆试验13.1.1重要锚固工程，在施工初期宜在现场进行胶结材料与被锚固介质的1k结强度试验和

25、预应力锚杆的预应力损失试验。试验内容和数量根据设计需要确定。13.1.2锚杆试验应按本标准附录B规定的方法进行。无特殊要求时，不应在工作锚杆中进行破坏性试验。13.1.3锚杆试验的平均拉拔力不应低于预应力锚杆的超张拉力。如果平均拉拔力达不到上述要求时，应调整预应力锚杆的设计参数。13.1.4预应力锚杆数量较多、锚杆间距较近、锚固部位的岩体质量较差、单根锚杆张拉力较大的重要锚固工程，宜进行锚固力的相互影响现场试验。13.2锚杆体的原位监测13.2.1预应力锚固工程应根据工程的重要性和实际条件，对预应力锚杆的工作状况和锚固效果进行施工期和运行期的原位监测。13.2.2预应力锚固工程的施工期监测应符合下列规定:1监测项目包括锚杆张拉力、张拉过程中锚杆伸长值和预应力损失;2监测数量根据设计要求确定，测点应布置在关键部位;3施工期监测宜同运行期监测相结合。13.2.3预应力锚固工程的运行期原位监测应符合下列规定:1监测项目为锚杆的预应力变化值;