1、中华人民共和国行业标准水工预应力锚固设计规范SL 212-98 条文说明1998北京制定说明预应力锚固技术作为对边坡、围岩、基础和各种建筑物的加固手段，已经有了很大的发展和广泛的应用。国内外工程实践表明，它是一种高效、经济的加固措施。这种加固技术，在国际上始于20世纪20年代。我国从60年代开始应用预应力锚杆加固大坝基础，70年代扩展到对闸墩和地下洞室的加固。现在几乎所有的水利水电工程均不同程度的应用预应力锚杆加固高陡边坡、地下洞室、大坝基础、大型弧门的闸墩，也广泛应用于其他水工建筑物的加固和补强。预应力锚固技术的发展不仅表现在应用广泛，还表现在预应力锚杆的锚固力在我国已经发展到6000kN，
2、锚杆的最大张拉力已达到10000kN;成功地研制出能施加相应张拉力、性能稳定的系列张拉设备;具有适应工程需要的，加工精度高、生产工艺严格、锚杆回缩量小、安全可靠的系列锚夹具产品;发展和研制了一批预应力锚固监测仪器，此外在造孔和锚杆施工方面也有了一套完整的可行的技术。这些预应力锚固配套技术的形成和发展，促进了我国预应力锚固技术的发展和应用，同时也推进了我国预应力锚固设计和施工技术法规的形成。为了进一步推广应用和发展预应力锚固技术，规范预应力锚固技术的应用，特制定本规范。水工预应力锚固设计规范)，主编单位为东北勘测设计研究院，参编单位有西北勘测设计研究院和湖南省水利水电勘测设计研究院。1996年9
3、月，由水利水电规划设计总院和水电水利规划设计总院共同主持，邀请了冶金部、水利部、电力部、工程兵等单位的预应力锚固工程设计、施工和科研方面的专家参加了送审稿审查会，形成了水工预应力锚固设计规范)(送审稿)审查纪要(水规局技字1996J0010号)。26 按照审查会专家们提出的意见和纪要的要求，规范编制单位又经过了近一年的工作，对规范进行了两次补充和修改并提出了报批稿。为了保证规范质量，规范编制组又邀请部分专家进行了讨论，讨论后又做了局部修改。水工预应力锚固设计规范是我国第一部预应力锚固设计规范，它集中了国内预应力铺固专家的智慧，力求全面总结我国预应力锚固发展的经验，反映我国当前预应力锚固的发展水
4、平。但由于预应力锚固技术本身的先进性及其发展的迅速，实施过程之中应注意总结经验，并使该规范在预应力锚固技术的发展和设计实践中逐步加以完善。27 目次1总贝U. 29 3 一般规定u3.1 基本资料.32 3.2 锚杆材料.33 3.3 锚固设计的基本内容.35 4 锚杆体的选型与设计.42 4. 1 锚杆体的选型.42 4.2 锚杆体的结构设计.45 4.3 锚杆体的防护设计.52 4.4 张拉力的控制和张拉程序设计.53 5 岩体预应力锚固设计. 55 5.1 岩质边坡. . 55 5.2 坝基585.3 地下洞室.60 6 水工建筑物的预应力锚固设计.64 6.1 预应力闸墩.646.2
5、闸室、挡墙.686.3 水工建筑物的补强加固.69 7 试验与监测设计727.1 材料及被锚固介质特性的检验.72 7.2 锚杆的整体性试验.72 7.3 锚固效果的原位监测设计.73 28 1总则1. 0.1 预应力锚固技术的最大特点，是尽可能少的扰动被锚固的土体或岩体，并通过锚固措施合理的提高可利用岩体或土体的强度。所以预应力锚固技术是最为高效和经济的加固技术，因此得到了各行各业的高度重视和迅速的发展。在土木工程建筑中，利用钢丝或钢绞线具有较高抗拉强度的特性，用于建筑和加固各种工程，已取得了良好的效果。早在20世纪初，预应力锚杆就做为一种新的支护手段，用于西利西安的矿山开采。进入30年代以
6、后，阿尔及利亚的舍尔法坝采用预应力锚杆加固取得了成功。到5070年代，则有更多的工程应用了预应力锚杆技术。这种高效、经济的预应力锚固技术，近年来又得到了迅速的发展，目前已广泛的应用于工业民用建筑、桥梁、矿山建设、高陡边坡、大型地下洞室的围岩加固、大型弧门闸墩加固、坝基的加固，以及各种建筑物的维护和补强。在国际上对单根预应力锚杆施加的锚固力已达13000kN，在我国已发展到了looookN。锚杆的结构类型不仅种类繁多，而且越来越先进。在水利水电建设中，应用预应力锚固技术也越来越普遍，葛洲坝、自山、漫湾、龙羊峡、李家峡、岩滩、小浪底、三峡等大中型工程都不同程度的采用了预应力锚固技术。为了更加有效地
7、推进预应力锚固技术的发展，规范应用条件，合理地利用预应力锚固技术，保证工程安全，特制定本规范。1. O. 2 本规范的应用范围是，采用预应力锚固技术对坝基、岩质边坡、地下工程的围岩，以及棍凝土结构的各种水工建筑物的加固、补强等工程的设计。1.0.3 预应力锚固技术是一种发展中的加固措施，工序比较复杂，种类繁多，应用广泛，而且制约因素较多，又多用于隐蔽工程。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29 现场试由设计| 况分状果作成工测杆监铺位力原应期预初析运行期管理图1.O. 3 预应力锚固设计程序图30 各种基础资料，根据不同的条件，采用可靠的技术，因地制宜地进行设计工作。为了有利
8、于新技术、新方法、新工艺的推广应用，应开展必要的室内和现场试验以及工程的原位监测，做好技术论证，以保证锚固工程的安全可靠、技术先进、经济合理。对于锚固工程，因地质条件的差异，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，详尽地掌握地质资料和工程运行要求是必要的。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，还安排了反映综合因素影响的原位监测。因而这些监测成果也是设计工作不可缺少的重要资料。依据上述基础资料，可参照图1.O. 3的程序对预应力锚固工程进行设计。1.0.4 预应力锚固的目的是z采用最为经济、施工简便、布置简捷的方法，
9、提高工程的稳定性，改善工程的应力条件，增加工程运行的安全度。锚固设计是工程设计中的部分内容。本规范主要用于工程的锚固设计，涉及工程其他内容的设计，应遵守相应的规定。31 3一般规定3. 1基本资料3. 1. 1 采用预应力锚杆对岩体、坝基、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。应根据基础资料，按相应的规程规范，并按其荷载组合进行稳定和应力分析，确定不稳定区域的范围，分析失稳原因。为论证采用预应力锚固技术的先进性和合理性，还应做好技术经济比较。3.1.2 预应力锚杆的承载能力、锚杆的长度、锚束的方位受地质情况影响很大，因此必须详尽地掌
10、握锚固部位的地质资料。对地下洞室，主要评价围岩的稳定状态和可能发生塑性破坏的深度、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，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。为了正确进行锚固设计必须具备的资料包括:工程地质平面图、剖面图;围岩的级别、岩性、产状和主要构造;岩体强度，结构本身强度;软弱结构面的位置及组合关系;围岩同胶结材料的结合强度;工程所处位置的水文地质条件;地下水发育程度、性质、化学成分;工程建筑物等级、布置、地形、地貌等。
11、上述资料都应通过地质勘察和试验获得。3.1.3 原位监测的资料，对地下工程的围岩稳定、边坡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状况。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。32 本规范所规定的重要锚固工程是指一旦出现失稳将给其他工程带来较大的危害，造成较大损失的工程。3.2锚杆材料3.2.1 在大多数的预应力锚固工程中，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，有些锚固工程使用一
12、种特殊的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1100MPa，其螺纹可直接用标准的联接器对接。我国丰满大坝的加固中，部分锚杆采用了精轧螺纹钢筋，由4股钢筋组成单根锚杆的张拉力达到了2400kN，效果很好。当预应力锚杆设计张拉力小于300kN时，应采用普通螺纹钢筋做锚杆材料。3.2.2 我国生产的预应力钢丝和预应力钢绞线均为定型产品，并制定了国家标准GB/T5223-1995和GB/T52241995。预应力锚杆设计、施工、试验及验收均应以此为标准。对于精轧螺纹钢筋，国家尚未制定技术标准。为保证工程安全，本规范根据己有工程经验和厂家条件制定了精轧螺纹钢筋
13、的技术标准。3.2.3 预应力锚杆的外锚头、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、保持预应力锚杆的张拉力的任务，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应符合国家的标准，它们的实际强度不应低于国家规定指标的95%。3.2.4 因矿渣水泥、火山灰水泥中，含有较多的硫化物和氯化物，对锚杆有应力腐蚀作用。故封孔灌浆的材料，应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。3.2.5 元粘结式预应力锚杆是近几年发展起来的具有特殊防腐、防锈性能的，可以使预应力筋自由伸缩的预应力锚杆，已开始广泛地用于各种工程的加固。例如小浪底边坡加固和地下厂房加固33 几乎全部是采用这种
14、类型的锚杆。日本生产的无粘结预应力锚杆的基本结构见图3.2.5，包裹尺寸见表3.2.5-1。我国也开始生产这种类型的预应力锚杆，其结构尺寸及包裹材料见表3.2. 5-2和表3.2.5-3。锚杆体采用的包裹材料应有一定强度，以防止因运输或施工过程中造成破损，而失去双层保护的作用。此外还要求包裹材料对锚杆不产生腐蚀作用并具有化学稳定性。锚杆材料7股钢丝绞合画画图3.2.5元粘结式预应力锚杆基本结构表3.2.5-1铺杆包襄材料厚度褒标准外径涂膜式包裹厚度(mm)(mm) b a C 20.0 O. 1 0.6 1. 0 褒3.2.5-2我国生产喷涂钢镀钱参数(g/m) 36 钢绞线种类12.7钢绞线
15、15.2钢绞线标准外径(mm) 13.6 16.1 标准单位重量(g/m) 793 1123 标准被膜厚度(mm) 0.14 0.14 标准被膜重量(g) 17.6 21.0 被膜材料日本产环氧树脂粉末日本产环氧树脂粉末34 表3.2.5-3我国生产无粘结预应力筋参数钢绞线种类12.7喷涂钢绞线15.2喷涂锅绞线15.2光丽钢绞线|(按日本标准(按日本标准(我国建议标准)元粘结筋外径(mm)16.8 19.3 17.8-18.5 无粘结筋重量(g/m)891 1239 840-870 PE厚度(mm)1.1 1. 1 0.8-1. 2 PE重量(g/m)51 59 30-60 建筑脂用量(g/
16、m)47 57 关35L一3.3 锚固设计的基本内睿3.3.1 根据对围岩或水工建筑物稳定性分析的结果，经过技术经济比较，选定采用预应力锚杆加固方案后，可采用图1.O. 3的程序，确定锚固范围和锚固深度z选择锚固方式，计算锚固力的大小;确定预应力锚杆的数量和锚杆的布置;确定锚杆的结构型式和各项设计参数P编制施工技术要求和需要特殊处理的工程措施，以及安全监控设计。并根据监控结果优化锚杆的设计参数等。3.3.2 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
17、要因素是顺坡节理的存在。查清顺坡节理的位置，各种结构面的组合情况、产状及其力学性质就可确定滑动范围、滑动力的大小，决定施加的阻滑力和锚固位置。地下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，使部分部位应力超限，出现大范围的塑性区。为抑制有害变形发展和限制塑性区扩大，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，确定塑性区范围和深度、需要施加的锚固力和锚固深度z另一种是由于软弱结构面35 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
18、要根据水工结构内部的应力分析结果，确定施加的预应力大小和锚固的部位。3.3.3 单根锚杆的锚固力大小，主要由锚固介质的力学强度、锚杆体采用的材料和张拉设备的张拉能力决定。当被锚固介质力学强度较低、质量不好、岩体破碎、软弱时，只能采用胶璀式锚固段型式的锚杆。当胶结材料同岩体或1昆凝土的粘结强度较低时，锚固段的锚固力受到限制。因而需要增设其他结构措施，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。决定材料数量时，应考虑一定安全裕度，再根据需要决定钻孔直径。一般情况下，当采用钢绞线时，锚固力、单束锚杆铜绞线股数和钻孔直径有表3.3.3的关系。表3.3.3单束锚杆的锚圄力、钢绞线
19、根慧和钻孔直径关系表单根铺杆锚困力(kN)1000 2000 3000 6000 单束锚杆钢绞线股数6 12 19 40 钻孔最小直径(mm)110 140 160 220 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6000kN。在锚固设计时，单根锚杆锚固力应综合上述条件选取。选用的张拉设备可依照SL46一94值试验。用这种方法取得的数据可以真实地反映各种因素的影响。在此基础上验证锚固设计的合理性。对于铺固工程部位重要、锚杆数量多、设计张拉力大于5000kN
20、的锚固工程，还应通过现场试验确定预应力锚杆预应力的保持程度。7.1.2、7.1.3在预应力锚固工程的设计和施工中，锚杆材料、胶结材料及防护材料至关重要，是评定锚固效果的重要因素，所以在设计文件中必须规定锚杆材料、胶结材料的强度及防护材料的化学稳定性等项目的检验，及检验结果的评定标准。为了使检验结果科学合理，检验方法应符合国家或行业的现行规定。7.2 锚杆的整体性试验7.2.1 预应力锚抨的整体性试验，主要是指整体性拉拔试验、锚杆应力分布试验及预应锚杆的锚固效果测定。因为，在预应力锚固的设计中，锚固段所能承受的张拉力，是对工程实施锚固的关键z铺束体钢丝或钢绞线受力的均匀程度，反映了采用的锚具和施
21、工要求是否合理，性能是否稳定;预应力锚杆铺固力的损失量又直接影响锚固效果。这三项指标在施工初期必须通过现场试验加以验证。72 对上述指标的验证的目的是，检验设计选用的参数是否合理，也是制定施工工艺，保证安全施工的重要基础工作。7.2.2 对预应力锚杆锚固力的试验方式有两种:一种为破坏性试验，主要目的是确定锚杆可能承受的最大张拉力和锚固工程的安全度z也可通过破坏性试验，确定设计采用的各项参数是否正确。另一种为非破坏性试验，在实际工程中，非破坏性试验一般都在有代表性的工作锚杆中进行，其目的是验证设计的合理性和安全性。通过非破坏性试验，还可以检查和控制施工质量的技术要求是否合适。7.2.3 整体性试
22、验是预应力锚固设计中比较重要的项目。由于试验比较繁杂，所以数量不宜太多。本规范规定:无特殊要求时，可按锚杆总量的3%安排E有特殊需要时，可适当增加。因为整体性试验主要目的是检验锚固段的承载能力，所以评定其铺固效果主要是张拉力能否满足设计要求。由于在锚杆张拉程序设计时，对锚杆均应施加超张拉力，超张拉力一般应按设计张拉力的115%控制;还由于设计时预应力锚杆的锚固段长度的安全系数取值比较大(是=1.81. 2)，再加上预应力锚杆在实际运行中，还可能遇到锚固部位的继续变形等因素，所以本规范规定了整体性试验合格标准为单根杆的拉拔力应达到设计张拉力的115%。达不到此要求时，应采取补救措施。7.3 锚固
23、效果的原位监测设计7.3.1 随着工程建设的发展需要，各种测试仪器的进步，在大型的水利水电建设中，原位监测越来越受到重视。监测工作的主要作用是:通过监测可以对工程的安全运行作出定量的评价;通过监测可以进行施工期的安全预报，防患未然z还可以通过监测验证设计的合理性，促进设计水平的提高和科技的进步。对于预应力锚固工程而言，监测工作就更为重要。因为锚固本身是属隐蔽性工程，影响锚固效果的因素很多，设计时很难做到情况完全清楚。所以对于预应力锚固工程，必须开展原位监测。预应力锚固73 工程的监测主要有施工期监测和运行期监测。各阶段的监测主要有二项内容:一项是锚杆体本身的监测，另一项是对锚固介质或锚固对象的
24、监测。7.3.2 对于被锚固介质的施工期监测，由于是解决施工期安全问题，是属临时性的，所以要采用简便、快捷的观测仪器。一方面可节省仪器造价，另一方面可减少对施工的干扰。建议采用收敛或水准测量的仪器进行。收敛计价格便宜，高精度水准仪施工单位都有，这两种仪器也易于操作，每次量测时间只有O.51. Oh。7. 3. 37. 3. 6 对锚固工程的长期稳定性监测，是很重要的观测项目。锚固工程一旦失效就会对工程运行带来严重的危害，所以对永久性观测不仅要有一定的数量，仪器也要布置在有代表性的部位，选择的观测仪器要有长期稳定性。目前，国际和国内通用的观测仪器为多点位移计和测斜仪。由于这两种仪器价格比较昂贵，
25、再加上仪器安装施工质量要求高，所以安排观测仪器的数量应以满足工程运行要求为度，根据工程的重要程度适当安排为宜。永久性观测仪器埋设质量，是观测设计成败及能否获得有用的观测资料的关键。不少工程由于仪器埋设方法不当，保护措施不好，再加上仪器质量和工作环境的原因，造成大量仪器埋设失效，观测不到数据。为了保证观测仪器长期、正常工作，必须选择性能稳定、适应恶劣工作环境的仪器。埋设时首先要做好埋设设计，在设计文件中应明确规定技术要求、质量要求和验收办法。施工方法要正确，保护措施要稳妥，电缆布线要合理。有条件的工程，在设计时应考虑永久性监测和施工期监测有机结合的问题。这不仅是出于经济的考虑，更主要是出于对工程施工和运行的安全考虑。永久性观测仪器应尽早埋设。一旦埋设应立即进入工作状态，可以获得完整的、真实的资料。依靠这些资料可以及时的对工程的安全程度做出客观的、科学的评价。74 miNFNd 书号:1380124 92 定价:8.00元
