1、DL/T 5176 - 2003 水电工程预应力锚固设计规范条文说明33 DL/T 5176 - 2003 目录3 总则.35 5 般规定.36 5.1 基本资料. 36 5.2 预应力锚杆材料.36 5.3 锚固设计的基本内容.37 6锚杆体的选型与设计.45 6.1 锚轩体的选型.，.45 6.2 锚杆体的结构设计.48 6.3 锚杆体的防护设计.54 6.4 张拉力的控制和张拉程序设计.55 7 边坡锚固.57 8 基础锚固.62 9地F洞室锚固.649 I 围岩锚固. 64 9.2岩壁吊车梁锚固.67 10预应力闸墩锚束设计.69 11 预应力水工隧洞环形锚束设计.74 12 水工建筑
2、物的补强与锚固.78 13 试验与监测.80 13.1 锚杆试验.80 13.2锚杆体的原位监测.80 34 DL/T5176 - 2003 3总则3.0.1 采用预应力锚杆对岩体、基础、边坡及水工建筑物进行加固处理，主要目的是保持岩体和水工建筑物的稳定，改善水工建筑物或围岩的应力分布。在工程设计时必须详尽地掌握工程的运用要求和锚固对象的各种基础资料，根据不同的条件，采用可靠的技术措施，充分利用围岩自身的承载能力，因地制直地进行设计工作，保证锚固工程安全可靠、技术先进、经济合理。3.0.2 对于锚固工程，因地质条件的差异以及运行、管理要求的不同，锚固设计有较大的差别。为做好锚固设计，详尽地掌握
3、地质资料和工程运行要求是必要的。锚固工程的地质工作深度，地质工作的内容和要求，应按GB50287的规定进行。3.0.3 锚固工程一般采用极限平衡法或杏限元分析法进行锚固参数的设计，但对于重要的锚固工程是不够的。因为在设计初期或设计过程中，人们对地质资料的掌握和造成岩（土）体失稳的条件与影响稳定因素的认识往往是奋限的。此外，锚固对象又受诸多影响因素的制约，小面积的试验资料又很难真实地反映实际情况，目前一些重要工程安排了反映综合因素影响的屎位监测，这些监测成果也是设计工作不可缺少的重要资料。3.0.4 预应力锚固技术是发展中的技术，由于其独特的经济效益，应用领域和范围越来越广泛。为保证工程质量，充
4、分发挥锚固技术的优越性，积极推进新技术的发展具有重要的经济意义。35 DL/T5176 - 2003 5一般规定5.1基本资料5.1.1 5.1.2 预应力锚杆的承载能力、锚杆的长度、锚杆的方位受地质情况影响很大，因此必须详尽地掌握锚固部位的地质资料。对地下涧室，主要评价围岩的稳定状态和可能发生塑性变形的深度、范围：对局部破坏部位，主要了解和掌握滑动面或破坏面的位置、产状和不利结构面的组合：对水工建筑物本身y要掌握影响稳定和内部应力恶化的各种荷载和运行方式：对锚固介质，要掌握所处的环境条件及物理和化学特性。从而正确确定设计参数，优化结构布置和施工方法。原位监测的资料，对地下工程的围岩稳定、边坡
5、的稳定评定有非常重要的价值，原位监测的结果可直观地反映结构物及岩体的稳定快况。为此，许多工程特别是一些重要工程，在施工初期就布置了一定数量的收敛计、多点位移计或测斜仪，监测边坡或地下结构物的稳定状况，而且直接用于工程稳定评价。5.2 预应力锚杆材料5.2.1 在大多数的预应力锚固工程中，应用的锚杆材料主要有两种：一种是高强度、低松弛的预应力钢丝：另一种是高强度、低松弛的预应力钢绞线。随着预应力锚固技术的发展，有些锚固工程还使用了高强度的精轧螺纹钢筋，以满足锚杆安装中的刚度要求。精轧螺纹钢筋的极限抗拉强度可达到llOOMPa，其螺纹可直接用标准的联接器对接。战国丰满大坝的加固中，部分锚杆采用了由
6、4根精轧螺纹钢筋组成的锚杆束，真总张拉力达到了2400kN，效果很好。36 DL/T 5176 - 2003 为了增加预应力钢材的防腐、防锈功能和适应特殊部位的预应力锚固需要，近年来在国际上和国内又将预应力钢材在生产厂家以特殊的工艺喷涂一层包裹材料，再敷涂润滑油脂外加PE塑料外包保护层。这种预应力筋可以自由伸缩，称之为无茹结预应力筋。无毒古结预应力筋目前已广泛应用于各种锚固工程。小浪底边坡锚固、地下厂房锚固和排沙洞的环形预应力锚固，几乎全部是采用这种类型的锚杆。为解决塌孔地质条件锚杆安装的难题，近几年叉开发了自钻式预应力锚杆，自钻式锚杆集造孔、锚杆安装、锚杆注浆于一身，施工方法简便，易于保证安
7、装质量，其施加的张拉力可达3刷刷。当预应力锚杆设计张拉力小于300kN时，有些工程采用了普通螺纹钢筋做锚忏材料。5.2.2 我国生产的预应力钢丝、预应力钢绞线和无茹结预应力筋均为定型产品，并制定了国家标准GB厅5223、GB厅5224和JGJ厅92，预应力锚杆设计、施工、试验及验收均应以此为标准。对精轧螺纹钢筋，国家尚未制定技术标准。为保证工程安全，本规范根据已有工程经验和厂家条件制定了精轧螺纹钢筋的技术标准。5.2.3 顶应力锚杆的外锚头、锚夹具主要包括锚夹片、锚板、锚垫板和限位板。这些部件分别承担着传递、保持预应力锚杆强拉力的任务，是预应力锚杆实际施加预应力的重要部件。加工这些部件的材质也
8、应符合国家标准，它们的加工质量和性能也应符合GB厅14370的规定。5.2.4 因矿渣水泥、火山灰水泥含有较多的硫化物和氯化物，对锚杆有腐蚀作用。故封孔灌浆的材料应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。5.3 锚固设计的基本内容5.3.1 在锚固设计中，锚固效果的监测十分重要，所以监测设计37 DL/T 5176 - 2003 的有关内容应列入设计文件中。5.3.2 在预应力锚固设计中，需研究岩体或水工建筑物可能失稳的条件和失稳破坏的形式。确定预应力锚杆的锚固范围和锚固深度。一般情况下，岩质边坡和水工建筑物基础的破坏形式主要是滑动。引起岩质边坡滑动的主要因素是顺坡节理或缓倾角节理的存在。查清顺坡节理
9、或缓倾角节理的位置，以及和其他结构面的组合情况及其力学性质就可确定滑动范围、滑动力的大小，确定施加的阻滑力和锚固位置。地F洞室围岩失稳、主要有两种方式。一种是由于洞室开挖引起应力的重新调整，使某些部位应力超限，出现大范围的塑性区。为抑制有害变形的发展和限制塑性区的扩大，应采用系统加固的方法。根据洞室的开挖程序，通过有限元分析计算，确定塑性区范围、需要施加的锚固力和锚固深度：另一种是由于软弱结构面的不利组合，使局部岩体滑动或塌落，此时可按块体理论分析失稳条件，确定锚固力和锚固深度。对于水工建筑，主要是应用预应力锚杆所施加的预压应力，改善结构物内部的应力状态。因此，需要根据水工结构内部的应力分析结
10、果，确定施加的预应力大小和锚固的部位。5.3.3 单根锚杆锚固力的大小，主要由锚固介质的力学强度、锚杆体采用的材料和张拉力设备的张拉力能力决定。当被锚固介质力学强度较低、质量不好、岩体破碎、软弱时，只能采用胶结式锚固段型式的锚杆。必要时还需增设其他结构措施，增大锚固段的锚固力。锚杆体的材料是制约单根锚杆锚固力的一个重要因素。确定材料数量时，应考虑一定安全余度，再根据需要确定钻孔直径。一般情况下，当采用钢绞线时，锚固力、单束锚杆钢绞线股数和钻孔直径的关系见表lo38 DL/ T 5176 - 2003 表1单束锚杆的锚固力、铜绞线根数和钻孔直径关系单根锚杆锚固力1仪）（）2）（） 3创）（）“)
11、()() kN 单束锚杆钢绞线股数6 12 19 40 钻孔最小直径110 140 160 220 mm 单根锚杆的锚固力还受到施工设备的限制。例如钻孔机具，必须满足可造锚固力需要的最小孔径的要求：张拉锚杆的千斤顶，最大出力应大于单根锚杆的超张拉力。目前我国生产的张拉千斤顶的最大出力为而OOkN。在锚固设计时，单根锚杆锚固力应综合上述条件选取。应用的张拉设备可按SL46规定执行。此外，在设计单根预应力锚杆的锚固力时，还应考虑可能发生的预应力损失。影响预应力损失的主要因素有，锚杆材料的徐变性质，被锚固介质的流变特性，锚杆张拉锁定后钢绞线回缩量的大小及锚杆与孔壁的摩擦和锚夹具之间的接触情况等。在上
12、述预应力损失中，锚杆的回缩量大小及与孔壁摩擦和锚夹具的接触变形可利用超张拉来克服，而锚杆材料的徐变和锚固介质的流变是属时间效应，应在设计时予以考虑。其中，钢材的徐变影响仅占预应力值的1%，对于混凝土建筑物中的预应力锚杆，由于混凝土的徐变引起的预应力损失为5%6%，此值变幅不大。而对于岩体或土体中的预应力铺杆，大部分预应力损失则来源于岩体的流变特性，所以应着重考虑锚固介质的质量。在预应力锚固设计时，关于应力损失量的考虑，对于一般性工程，可根据经验或工程类比法确定：对于重要工程，应通过试验确定。5.3.4 顶应力锚杆的数量与需要提供的锚固力和单根锚轩的设计张拉力有关。各根锚杆提供的阻滑力的总和应满
13、足式(1）的规定。nPkQ._ (1) 39 DL/T 5176 - 2003 或n1Pk1+n2Pk2+n3Pk3nnPknQk式中：n=n1+n2+n3+nn 一顶应力锚杆的总根数：n1、n2、n3，nn一一不同设计张拉力锚杆根数：Qk 一需预应力锚杆承担的不稳定块体的下滑力：pk！、pk2,pk3、p切一一不同级别预应力锚杆所提供的阻滑力。5.3.5 采用预应力锚杆进行加固，锚固段的位置需置于稳定的介质中。对于由软弱结构面引起的塌滑，预应力锚杆需穿过软弱结构面，内锚固段需置于不能滑动的完整岩层中：对由塑性变形引起的塑性区或拉力区，内锚固段需置于围岩的弹性区内：对水工建筑物，内锚固段应置于
14、压应力区内。5.3.6 为了向被锚固介质提供最佳的锚固效果，力求锚固力分布均匀。在一般情况下，锚杆应均匀、等距离布置。布置型式可以是方形戎矩形布置，也可以是梅花形或菱形布置。从锚杆的受力条件分析，当锚束受到较大拉力时，在内锚固段和外锚头附近的一定范围内，被锚固介质将出现拉应力区。所以锚杆的布置应力求缩小内锚固段和外锚头附近拉应力区的范围，拉应力值也要控制在允许的范围之内。锚杆的方位应以提供最大阻滑力和最有效支护抗力为目的进行布置。一般情况下，最有效的布置为逆滑动方向布置。但由于受施工条件、滑动体边界条件的限制，只能以一定的角度布置，所以必须经过综合比较，选择最优的锚固方向，以达到最有效的加固效
15、果。由于稳定需要，设计中若布置的预应力锚杆数量多，内锚固段在被锚固的介质中比较集中。在锚固介质的某个高程或某个平面内应力状况比较复杂，或由于施加的张拉力比较大而造成内锚40 DL/T5176 - 2003 固段区域产生局部拉应力。为改善内锚固段区域锚固介质的应力条件，内锚固段最好分布在不同高程或不同平面内，这样可以扩大锚固段的范围，减小局部拉应力的数值，改善内锚固段区域的应力分布。由于锚固技术的发展，为改善内锚固段区域的应力状况，对内锚固段的结构形式做了改进，将内锚固段做成压力集中型或压力分散型。由此，内锚固段区域的拉应力变为压应力，大大改善了内锚固段的应力状态，扩展了预应力锚杆的应用范围，并
16、为发展高荷载预应力锚杆创造了条件。这种型式的内锚固段构造见图1，常规胶结式内锚固段及压力集中型和压力分散型内锚固段应力分布状况见图2。罐罐羁噩酣睡售商事噜晤菲如串E唱协q100 b 100 b 100 b 100 d 200 b ss I 图1压力集中型及压力分散型锚固段结构（单位：mm)5.3.7 由于混凝土预应力闸墩结构的尺寸较小又承受了巨大的水推力，应力状态比较复杂。计算结果表明，在巨大的水推力作用下，闸墩内侧表面和闸墩与大梁连结部位都有较大的拉应力，杳些工程上述部位的主拉应力达8.0MPa。为了改变这种状况，预应力锚杆在立面上应沿水平推力的合力方向呈扇形扩散布置，使闸墩中应力分布均匀。
17、由于闸墩尺寸较小，预应力锚杆在平面内的布置，除应考虑应力条件外，还应考虑施工简便、灵活。41 DL IT 5176 - 2003 己展载体(a) ) LU ( 图2各种型式锚固段应刀分布示意图(a）常规锚固段应力分布：(b）压力集中型锚困段应力分布：(c）压力分散型锚固段应力分布我国已建环形锚束式预应力混凝土衬砌中布置的锚束，其使用的材料主要有两种，一种为有蒙古结预应力锚筋，另一种为无奈占结预应力锚筋。由于使用的材料不同，锚束的布置是有区别的，施工中采用的锚具型式对锚束的布置也有影响，所以在锚束的布置设计时，应针对锚束材料、锚具的型式，采用相应的布置方式。5.3.8 由于预应力锚杆内部应力较高
18、，为防止应力腐蚀，从防护的角度出发，预应力锚杆应有一定厚度的水泥保护层。参照已建工程经验，预应力锚杆的最小保护厚度应大于20mm。所以，只有钻孔直径大于锚束直径4伽m时，才能满足这一要求，如图3所刁亏。机械式内锚固段的预应力锚杆，是靠锚固段的外夹片与孔壁42 DL/T 5176一2003的嵌固和摩擦承受锚轩张拉力的，因此必须保证外夹片的嵌固效果。从机械式锚固段结构设计可知，锚固段直径可调尺寸仅有1015mm，如果孔口直径超差，则影响嵌固质量，如果孔口直径欠差则安装困难，所以规定机械式锚固段终孔直径误差宜为22mm。5.3.9 对于较为重要的工程或工程的重要部位，不仅要采用“工程类比法”初选锚固
19、设计参数，还应采用数值计算或通过模型试验进行验证，以获得锚固效果最佳、施工切实可行、最经济的设计方案。对岩质边坡、坝基、地下洞室边墙的稳定分析，较为有效的方法是刚体平衡法。对地下洞室塑性区、拉力区的确定，一般采用有限元分析方法。目前，预应力锚杆在工程加固中的应用已经非常广泛，积累了较为丰富的经验。在工程的锚固设计中，应充分利用已取得的经验和成果。对于小型或临时性的锚固工程，可比照类似工程确定各项设计参数。5.3.10 由于预应力锚轩工作时锚杆材料内部应力较大，再，加上各股钢丝受力的不均匀性，决定了对锚杆的防腐和防锈蚀的重要性。因此，在预应力锚固设计时一定要注意锚杆的防腐、防锈处理的设计。锚杆的
20、防护设计，一定要根据锚杆的使用年限、锚轩的工作环境和地下水的性质等条件进行。DOD寸locN隔离架图意加一一小系瞅mm与世；休单司A1，、锚43 般结材料图3DL/T 5176 - 2003 5.3.11 锚固工程多为隐蔽性工程，地质条件和地质参数很难选取得非常准确，再加之一些不可预见因素的影响，给工程的锚固设计带来困难。为了优化设计，保证锚固工程设计经济、合理、运行安全，应安排一定数量的试验锚杆，确定或验证主要设计参数的合理性和可靠性。5.3.12 水电工程中，普遍采用锚杆加国岩体，且应用的锚杆数量相当可观。例如漫湾水电站采用2200根锚杆，总共施加4.34106kN的锚固力加固左岸山体：李
21、家峡两岸山体，小浪底进口边坡、地下厂房顶拱，三峡永久船闸高边坡等工程都采用了大量的预应力锚杆加固。这些工程都安装了原型观测仪器，对工程的运行状况进行监测。监测结果不仅可对工程的锚固效果进行评价，而且还可为工程的安全运行提供信息。通过对监测资料的整理分析，还可总结锚固设计经验，提高设计水平，做到锚固设计优质、高效。44 DL/T 5176 - 2003 6 锚杆体的选型与设计6.1锚杆体的选型6. 1. 1 随着预应力锚固技术的发展，锚杆体的种类也越来越多。区别锚杆体的类型，主要是外锚头的结构类型。目前外锚头的主要理式奋OVM锚、DM锚、GZM锚、LM锚、HM锚和YFM锚等。就外锚固端的锚夹具而
22、言，要求硬度适当，制造工艺精良，可以承受较大的锁定荷载，且锚杆锁定后，在长期荷载作用下，预应力损失最小。并要求，在锚杆张拉锁定时，操作简便，安全可靠。锚固段的主要类型有两种：一种为机械式锚固段，由金属加工而成，例如胀壳式等；另种为胶结式，胶结式锚固段可以用水泥砂浆，也可以用树脂做胶结材料。锚束是采用抗拉强度较高的材料制成的提供锚固力的部件。目前应用的材料主要有高强钢丝、高强钢丝制成的钢绞线、无毒自结预应力筋或精轧螺纹钢筋。在进行锚固设计时，应根据工程的运行条件和使用年限、单根锚杆需要的锚固力、张拉设备出力及施E环境等条件选用。6.1.2、6.1.3胶结式锚固段的优点是，适用于各种岩体，只要内锚
23、固段奋足够的长度，就可以提供较大的锚固力。因此，胶结式锚固段有很广泛的适用性。丰满大坝基础加固采用的6000kN预应力锚杆就是胶结式锚固段，锚固段长度13.3rn。胶结式内锚固段的胶结材料多采用水泥浆或水泥砂浆。水泥浆与国岩不仅有较好的胶结性能，而且对锚固材料有较好的防护特性，所以大多数锚固工程均采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥做为胶结材料。如果在水泥浆中掺入一定量的减水剂、早强剂，45 DL IT 5176 - 2003 还可获得较高的强度。例如丰满大坝基础加国的6000kN预应力锚杆，内锚固段的胶结材料采用的就是水泥浆，水泥为硅酸盐525水泥，水灰比0.38，掺入10%的EA型复合膨胀剂和0
24、.6%的UNF-5高效减水剂，7d强度可达55.3MPa,28d强度为81.3MPa。在选择胶结材料的强度指标时，还应考虑围岩条件。围岩条件好，可选用较高强度的配合比，并可选择树脂材料作为胶结材料，这样可充分发挥树脂材料与围岩勤结力较高的优势。在围岩条件软弱、破碎或风化严重时，胶结材料强度高将失去意义，应选择较低强度的配合比，但不能低于35MPa。6.1.4 内锚固段长度的确定是在假定胶结材料与孔壁的剪应力沿孔壁均匀分布条件下进行计算的。而光弹试验结果表明，锚固段沿孔壁的剪应力呈倒三角形分布，其分布是不均匀的，且沿锚固段长度迅速递减，并不是锚固段越长，真抗拔力越大。当锚固段长到一定程度，拉拔力
25、提高并不显著，见图4，所以锚固段不宜过长。国际预应力混凝土协会实用规范CFIP）也特别规定，锚固段长度不宜超过！Om。如果lOm的锚固段长度尚不能满足工程需要，可采用改善锚固段结构的办法，提高锚固力。00句，“UP、JA斗、“匀，b（ZE）刨幅提舔、 、b、,. V同。u 。mo- NOC mDD CO ONG O- moo 5号gg g 胶结柯料与孔壁il触面积（rn)图4孔壁与水泥浆的剥夺结强度和与孔壁接触面的关系为了提高内锚固段的锚固效果，内锚固段部位的孔壁尽可能粗糙。为了缩短内锚固段长度，也可采取扩孔措施。为了提高锚46 DL/T 5176 - 2003 杆体（钢丝或钢绞线）与胶结材料
26、的握裹力，也可以改变内锚固段锚杆的结构形状，如设置内锚板，钢绞线或钢丝弯成钩状，加密隔离架分段缩径或采用压力型、压力分散型及其他结构型式的内锚固段。6.1.5.机械式内锚固段也称为机械式内锚头，由金属材料制成。其主要部件有外夹片、锥筒、锚塞、托国、套管弹簧和垫圈等，详见图5。由于机械式锚固段安装方便，且安装后可立即对锚杆施加张拉力，所以它特别适用于锚固力在lOOOkN以下中等硬度围岩条件。所以，在锚固工程设计中，定要注意这使用条件。图5机械式内锚头结构I 外夹片：2一锥筒.3一六棱锚塞：4一钢绞线：5托圈：命套筒：7顶簧：8一垫圄6.1.6 外锚头包括混凝土垫墩、钢垫板、限位板和工作锚板（锚夹
27、具）。外锚头型式选择同内锚固段型式选择一样，除了考虑单根锚杆的张拉力和外锚头所处的环境条件外，还应考虑施工场地条件。一般情况下，应优先选用机械式外锚头。当施工场地宽敞，要求锚固力较大，锚杆向下布置，又奇特殊需要时，也可以选择钢筋混凝土外锚头。在选用机械式外描头时，应选择性能稳定、锚杆锁定后预应力损失最小、施工方便的外锚头型式。外锚头的关键部件是锚板和夹片，它们直接影响张拉和锁定47 DL/T 5176 - 2003 的效果。对锚板和夹片的要求是，锚杆张拉时不断丝、能自锁，锁定时锚杆回缩量要小。因此，对锚板和夹片加工的要求非常严格。选择外锚头的生产产品应通过国家质量认证。6.1.7 锚束是为预应
28、力锚杆提供张拉力实现对工程加固的关键材料。其工作机理是，当对高强钢丝或钢绞线施加张拉力时，钢丝或钢绞线伸长，如果再将两端联接锚束的内锚固段和外锚头锚住和锁定，锚束的伸长量不能回缩，此时对锚固介质产生压应力，从而达到加固的目的。对于永久的锚固工程，必须要求锚束的伸长量长期保存，这就要求锚束的材料具有良好的弹性和低松弛特性，以保证预应力损失小、锚固效果好。在实际锚固工程中，为了施王安装方便，也可以采用强度较大的精轧螺纹钢筋作为锚杆材料。丰满坝体加固，采用了精轧螺纹钢筋做为锚杆材料，取得了较好的加固效果。制作无敬结预应力筋的钢绞线也应采用弹性好，低松弛材料。6.1.8 对拉式预应力锚杆，锚杆两端的锚
29、头均暴露在外部，为外锚头的结构型式，所以安装方便，可以在两端同时实施张拉，因而可以减少与孔壁的摩阻损失，提高锚固效果。6.1.9 由于预应力锚固技术正处在一个发展阶段，应用领域也越来越广，锚固技术也在不断发展。在积极推广经济、高效、新型锚杆体过程中，为了保证锚固质量，提高锚固效果，对新的锚杆体必须通过现场试验、研究，并加以论证，取得有说服力的数据后，经审查批准后方可推广应用。6.2 锚杆体的结构设计6.2.1 为了充分发挥锚固段、张拉段、外锚头及各种部件的材料力学性能，必须按等强度的原则进行设计，做到经济合理，安全可靠。6.2.2 内锚固段的长度，主要受两个因素控制。一个是锚固段的48 DL/
30、T5176 - 2003 胶结材料与孔壁的甜结力；另一个是胶结材料与钢丝或钢绞线的握裹力。由于钢材与水泥浆之间的握裹力比水泥浆与孔壁的黠结强度大很多，所以钢材与水泥浆的握裹力一般不起控制作用。但对于重要工程，应采用钢材与水泥浆的握裹力来对内锚固段长度进行校核。内锚固段应有足够的胶结长度，用于抵御最大的张拉荷载。影响内锚固段长度的因素除了胶结材料本身的强度和围岩质量以外，胶结质量的影响也十分重要。由于内锚固段的灌浆是在很深钻孔中实施，钻孔直径仅为100200mm，孔深可达5伽1以上，再加上锚束和各部件的阻碍，要确保内锚固段胶结密实，有良好的质量，是有一定的难度的，检查也不十分准确。所以，设计内锚
31、固段长度时，需要留有一定的安全储备。安全储备的大小与工程重要程度和施工条件有关，其中特别与锚杆孔的方向关系极大，当锚杆孔方向与水平面的夹角大于45时，锚杆孔为仰角，此时灌浆难度较大，不易饱满密实，所以胶结长度的安全储备应大些。当锚杆孔方向与水平面夹角小于0。时，锚杆孔为俯孔，此时灌浆容易，而且注浆效果好，易饱满密实，所以胶结长度的安全储备应小些。根据国内的工程经验，对于永久性工程，仰孔及俯孔内锚固长度的安全系数一般分别取为2.0及l.5o内锚固段长度按分项系数设计表达式确定时，对应于结构安全级别为I、II、III级的预应力锚杆，JU分别取为1.1、1.0及0.9;对于持久状况及随暂状况，v分别
32、取为1.0及0.95：考虑到预应力锚杆的超张拉力及胶结材料与孔壁的勤结强度的变异均较大，故分别取其分项系数Yi及？毛为1.15及1.2：对于仰孔及俯孔，其结构系数分别取为1.3及1.0，由此可求得锚固段长度分项系数设计表达式的相当安全系数，列于表2o49 DL IT 5176 - 2003 表2锚固段长度分项系数表达式的相当安全系数F.锚杆孔方向结构安全级别结构系数%相当安全系数F,yr=l.O lp=0.95 I 197 1.87 仰于LII 1.3 1.79 1.70 III 1.61 1.53 I 1.52 1.44 俯孔II 1.0 1 38 1.31 m 124 1.18 由表2可以
33、看出，当结构安全级别为I级时，对于永久性锚固工程，持久状况下仰孔及俯孔内锚固段长度的相对安全系数，与我国工程实践中采用的安全系数基本相同。胶结材料的强度对胶结段长度有很大影响。胶结材料与孔壁茹结力的大小是受围岩条件控制的。试验结果表明，当水泥浆的抗压强度为42MPa时，则极限茹结强度可达4.2MPa。当缺乏试验资料时，根据己建工程的经验，胶结材料与孔壁的茹结强度可按附录A选取。6.2.6 机械式内锚固段的工作机理是，靠外夹片与孔壁的咬合和摩擦实现锚固，所以要求内锚头的结构尺寸，应与锚孔直径有良好的匹配。当弹簧完全放松时，锚头直径最大，安装时弹簧压紧，外夹片追至锥筒直径较小的一端，锚头直径最小。
34、锥筒和外夹片的锥度一般为1:10，如果锥筒长度为300mm，此时机械式内锚头在钻孔中的可调直径的大小只有15mmo为保证顺利下锚，钻孔设计直径应大于弹簧完全压紧时锚头的最小直径，但当施加设计张拉力时，又必须保证外夹片与孔壁的咬合，内锚固段不产生滑移或拉出，因此钻孔的设计尺寸应小于弹簧放松时内锚固段的最大直径。如果成孔后的实际直径同设计要求的直径误差过大，势必影响内锚固段的安装或张拉时与孔壁的咬合，因此必须严格控制50 DL/T5176 2003 机械式内锚固段部位的钻孔直径误差。6.2.7 对于锚固力较大的预应力锚杆，均由多股高强钢丝或多股钢绞线组成。对多股钢绞线同步张拉时，受力很难保证均匀一
35、致。多股钢绞线同时锁定后，由于张拉时伸长量不致，锚夹片工作性能不同，锁定后每股钢绞线受拉状态也是不均匀的。丰满大坝基础加固试验实测每股钢绞线受力的不匀匀系数为0.91103，其他工程也做过类似的工作，其实测结果见表3。从表中所列数据可见，其不均匀程度更差。为防止由于每股钢绞线受力不均匀，而使受力较大的首先拉断，继而全部相继拉断的结果出现，在设计时要考虑一定的安全余度。工程名称不均匀系数表3各工程实测铜绞线受力不均匀系数白山地下| 白山15号丰满坝基| 镜泊湖I 小浪底厂房坝段锚固加国进水口加固试验洞0.4 1.67 I 0.1 1.11 I os 1 17 I o.87 1.13 I 0.4
36、l.67 此外，预应力锚杆长期在高应力状态下工作，为了锚杆的正常工作，必须考虑应力腐蚀的影响。基于上述原因，国内外的锚固工程都将锚束材料的抗拉强度标准值的60%65%作为锚束允许设计应力。例如，日本锚固协会的VSL锚固设计施工规范中规定：对于永久性锚固工程，锚束材料允许的设讨应力为0.60j,0国内外绝大多数锚固工程都是以0.600.650j,作为设计允许的应力标准进行控制的，见表4和表5实践证明，这规定是合理的。为了减少张拉时的预应力损失，减少与孔壁的摩擦，提高锚固效果，钢丝或钢绞线必须按一定规律编束并设置隔离架，以保证钢丝或钢绞线在钻孔中顺直，不扭曲，不交叉。隔离架对应的穿索孔方位要一致。
37、为了保证下锚顺利，对倾角较陡的锚杆，隔离架间距不大于4m：对同水平方向夹角小于45的锚杆，隔离架51 DL/T5176 - 2003 间距不大于2m。为了保证封孔灌浆效果，隔离架中要预留灌浆管和排气管通道。封孔灌浆后锚杆的保护层应大于2伽m。表4国内部分工程锚束材料强度利用系数和预应力损失情况工程名称孔深单束锚固力岩性强度利用预应力损失m kN 系数% 梅山坝基加固37 3240 花岗岩0.65 8.8 双牌坝基加固35 3250 砂岩及板岩E层0.60 4.4 麻石锚固试验38 3240 臼云母片岩0.64 9.8 镜泊湖岸坡加固21 900 闪长花岗岩脉0.60 50.0 陈村岸坡加固30
38、 2320 石英砂岩板岩互层0.55 7.7 丰满泄洪洞11 480 变质砾岩0.60 10.0 丰满51号坝段61.6 6）（） 变质砾岩0.57 6.5 加固臼山15号坝段600 混凝土27.0 加固臼山地下厂房600 混合岩6.8 碧口300 。洪门0.61 铜街子30 40 3200 0.66 天生桥厂房边坡27 32 3）（） 0.65 1200 漫湾预应力闸墩0.63 二滩预应力闸墩2）（） 0.60 水口预应力闸墩3150 0.63 表5部分国家规范规定的材料强度利用系数q国别规范代号或名称张拉控制应力m碳素钢丝、刻痕钢丝、0张3法5/)（先张法） 070J;阱（后纲绞线中国ou
39、r 5057-1996 热处理钢筋0张.7法Of)（先张配，0.65从（后52 DL/T5176一2003表5（续）国别规范代号或名称张拉控制应力阳预应力钢丝、钢绞线075品（先张酌，075从（后张法）GB 50010-2002 热处理钢筋0.101 . （先张法） 0.65品（后中国张法）钢丝、钢绞线0.75R, It相当于f同）JTJ 023-1985 冷拉粗钢筋0.9R, 0俨y相当于从）TBl仪）（）23一19990.15f,. Cf，.相当于从CEB-FIP模式规范（l”。）0.8品或0.9/pO.lk取小值（儿0.lk系欧洲Eurocode2混凝土结构设计残余变形为01%的条件屈服
40、强度特征值）美国ACl 3189 0.8（相当于我国的扭）0.95凡.，CR，相当于我国的前苏GHI1: I1: 2.03.01-84 儿.) （先张法）联GHI1:I1:2刷刷870.95R.回一E!.一旦（后张法）Ee A，划日本预应力混凝土结构设讨规范0.呵呵相当我国的从英国BS 8110: 1989 0.7现u（牛相当我国的儿U注l：表中m为未考虑预应力损失的张拉控制应力，品为预应力筋的材料强度标准值，即钢材的极限抗拉强度：注2:GB 50010-2002和our5057-1996均规定，为f部分抵效应力松弛、摩擦、分批张拉等引起的预应力损失，允许m提高0.05儿.并且都规定了。的F限
41、值为0.4/pd 采用机械式内锚固段的锚轩，锚固段和锚束的连接极为重要。国内外经验表明，采用爆炸压接的方式连接比较稳妥可靠。对于长期观测的锚杆，不能封孔灌浆，以保证锚杆永久处于自由状态。当锚杆受力条件变化时，可立即获得变化数值。为了防止观测锚杆锈蚀或腐蚀破坏，要采取稳妥措施做好永久性保护。6.2.8 外锚头是由混凝土或钢筋混凝土垫墩、钢垫板、工作锚板等部件组成，而工作锚板是外锚头提供锚固力的关键部件。工作锚板的类型很多，均要求有足够的强度，使用寿命长，夹片不易53 DL IT 5176 - 2003 损坏，自锚能力强，保证夹片能夹紧钢丝或钢绞钱，卸荷回缩时不滑移。此外，还要求夹片具有自松能力，
42、以适应反复张拉或补偿张拉的要求。外锚头的结构尺寸还要适应施工场地条件的要求，保证施王方便。锚杆张拉程序完成后，当张拉千斤顶卸荷时，是靠工作锚板来锁定锚杆的。锁定时钢丝或钢绞线均产生一定量的回缩，回缩量的大小决定了锚杆预应力损失的大小。锚杆锁定后回缩量大小与锚夹具的设计水平和制造工艺有关。我国的锚夹具制造已达到了国际先进水平，在丰满6000.kN级预应力锚杆的锚固中测得的回缩量为5.8mm,2400.kN级预应力锚杆的回缩量仅为4.4mm，这一指标小于国际通用的VSL规范标准，这无疑大大降低了锚杆的预应力损失量。孔口垫墩尺寸大小与孔口围岩条件关系极大，孔口围岩条件较好，垫墩尺寸可小些，孔口围岩条
43、件较差，垫墩尺寸应大些，必要时还应配置钢筋。垫墩断面型式一般为梯形断面，保证传力面积大，且传力均匀。布些工程采用了预制钢筋混凝土块，锚杆安装时一并安装孔口垫墩。也有些地质条件极差的工程，还将垫墩同框架梁联成整体，以保证锚固的整体性。由于混凝土垫墩受力较集中，荷载较大，因此，要求垫墩混凝土强度等级不低于C30。6.3锚杆体的防护设计6.3.1 6.3.3 预应力锚固工程的锚杆长期在高应力状态下工作，因此对预应力锚杆的防护十分重要。如无防护或防护不当，高应力状态下的工作锚杆可能因应力腐蚀而失效。由于预应力锚杆的工作环境不同，预应力锚杆的防护标准也不同。如果环境水中含有过量的氯离子，会加速锚杆的应力
44、腐蚀。根据国内外已建的锚固工程的经验，按锚杆的工作年限和环境条件，制定了预应力锚杆的防护标准。经验证明，采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的刚性防护是最为有效的防护手段。54 DL/ T 5176 - 2003 6.3.4 双层保护的无勤结预应力锚杆，己开始在我国的锚固工程中应用。这种型式的预应力锚杆材料，已在我国开始生产。它的主要特点是，采用了钢丝或钢绞线表面喷涂防腐材料，外层加设塑料套管，钢丝或钢绞线之间充填防腐油。为了更有效的防护，除观测锚杆和有补偿张拉的预应力锚杆外，在双层保护的预应力锚杆与孔壁之间也应用水泥浆灌注，防止塑料套管老化失效或施工过程中破损而造成锚轩的锈蚀或腐蚀。6.4 张拉力
45、的控制和张拉程序设计6.4.1 在岩体中实施锚固，由于岩体的力学性质差异较大和国岩的各向异性，再加上地质条件中不可预见的影响因素，影响预应力保持的因素要比水工建筑物多。考虑到这种情况，当对岩体中的预应力锚杆施加设计张拉力时，要求锚杆中的平均应力不宜大于材料抗拉强度标准值的60%。为了保证设计需要的锚固力，张拉时必须进行超张拉。超张拉荷载一般不超过设计张拉力的115%,此时锚杆材料的平均应力不大于钢材抗拉强度标准值的70%。6.4.2 对于水工建筑物的锚固，被锚固介质大多为混凝土或钢筋混凝土结构，其力学性质比较稳定、清楚，基本为各向同性，混凝土的徐变特性也无太大差异，建筑物作用荷载相对比较明确，
46、所以对锚杆张拉力控制可以适当放宽。当施加设计张拉力时，锚杆的平均应力不宜大于钢材抗拉强度标准值的65%：当施加超张拉力时，铺杆中的平均应力不宜大于钢材抗拉强度标准值的75%。6.4.3 对锚杆施加张拉力时，由于张拉荷载较大，各部位的变形都有一个适应的过程。为使锚杆变形充分，减少预应力损失，必须按规定程序，逐级施加张拉力，不宜一次张拉至超张拉荷载。预张拉的目的是，用20%设计张拉力逐根将锚柬拉直，使各股钢丝或钢绞线在同长度时施加张拉力，保证各股钢丝或钢绞线均匀受力。逐级施加张拉力和每级荷载下持荷5min，使张拉力平稳增加。55 DL/T5176 - 2003 在正式封孔灌浆之前，如果确认锚杆被锁定后，保存的预应力低于设计锚固力的90%，需进行补偿张拉，其目的是保证锚固效果。对于锚杆数量较多的锚固工程，合理的张拉程序更为重要，因为当张拉某根锚杆时，附近岩体将产
