压力分散型预应力锚索验收试验方案研究

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，坝址区为典型高山峡谷地貌，两岸自然边坡高陡，坝肩开挖边坡较高，其中左岸坝肩边坡开挖高度385m，坝顶高程以上的开挖边坡最大高度达230m，居于国内工程前列。河谷斜坡由于岩体节理、断层切割及风化卸荷等地质作用影响，坝址区存在开挖后高边坡失稳的问题，高边坡开挖支护施工难度较大，施工通道布置困难。

2 锚索验收试验方案与计算

预应力锚索验收试验的目的是检验锚索的抗拉承载力、筋体受拉自由段长度和蠕变率能否满足设计与规范要求，判别锚索质量是否合格。

工程锚索必须进行验收试验，其中占锚索总量5%且不少于3根的锚索应进行多循环张拉验收试验，占锚索总量95%的锚索应进行单循环张拉验收试验。工程锚索验收试验需在锚索张拉锁定之前进行。

2.1 试验方案

边坡锚索设计为无粘结拉力型预应力锚索，预应力锚索类型为：2000kN级、1500kN级、1000kN级，2000kN级13根钢绞线，1500kN级10根钢绞线，1000kN级7根钢绞线。锚索设计荷载为P，最大超张拉荷载为1.2P。

2.1.1 锚索多循环张拉验收试验

锚索多循环张拉验收试验分以下几个步骤：

(1)预张拉：锚索正式张拉前，先施加0.1P的预紧荷载，对钢绞线进行逐根对称张拉，使每根钢绞线受力均匀，起到调直对中的作用。

(2)对锚索进行整体分级张拉验收的加荷、持荷、卸荷方式按图1规定的模式实施，初始荷载为锚索拉力设计值P的0.1倍(以后各级分别取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2倍)，各级持荷时间为10min。加荷速度为50kN/min～100kN/min；卸荷速度为100kN/min～200kN/min。每级荷载10min的持荷时间内，按持荷1min、3min、5min、10min测读一次锚头位移值。

图1 锚索多循环张拉验收试验加荷、持荷和卸荷模式

(3)试验设备：验收试验使用YCW250B型千斤顶与油表对应进行张拉，张拉油泵采用ZB4-500S型电动油泵。预紧采用YDC240Q小型千斤顶进行预紧。测量锚索位移量采用游标卡尺。

(4)依据试验张拉设备标定的回归方程(例：Y=0.0265X+0.15，实际施工中应根据所使用张拉设备标定的检测报告确定)，编制加荷等级与位移观测间隔时间表、荷载与油表读数关系表，明确张拉顺序。

(5)当符合下列要求时，应判断验收合格：

①最大试验荷载作用下，在规定的持荷时间内锚头的位移增量小于1.0mm，不能满足时，则增加持荷时间至60min，锚头累计位移增量小于2.0mm；

②在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由段长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由段长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值。

2.1.2 锚索单循环张拉验收试验

锚索单循环张拉验收试验分以下几个步骤：

(1)预张拉：锚索正式张拉前，先施加0.1P的预紧荷载，对钢绞线进行逐根对称张拉，使每根钢绞线受力均匀，起到调直对中的作用。

(2)对锚索进行整体分级张拉验收的加荷、持荷、卸荷方式按图2规定的模式实施，初始荷载为锚索拉力设计值P的0.1倍(以后各级分别取0.4、0.7、1.0、1.2倍)，最大试验荷载的持荷时间不小于5min。加荷速度为50N/min～100kN/min；卸荷速度为100N/min～200kN/min。在最大试验荷载持荷时间内，测读锚头位移的时间为1min、3min、5min后。

图2 锚索单循环张拉验收试验加荷、持荷和卸荷模式

(3)试验设备：验收试验使用YCW250B型千斤顶与油表对应进行张拉，张拉油泵采用ZB4-500S型电动油泵。预紧采用YDC240Q小型千斤顶进行预紧。测量锚索位移量采用游标卡尺。

(4)依据试验张拉设备标定的回归方程(Y=0.0265X+0.15，实际施工中应根据所使用张拉设备标定的检测报告确定)，编制加荷等级与位移观测间隔时间表、荷载与油表读数关系表，明确张拉顺序。

(5)当符合下列要求时，应判断验收合格：

①与多循环验收试验结果相比，在同级荷载作用下，两者的荷载-位移曲线包络图相近似；

②最大试验荷载作用下，在规定的持荷时间内锚头的位移增量小于1.0mm，不能满足时，则增加持荷时间至60min，锚头累计位移增量小于2.0mm；

③在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由段长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由段长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值。

2.2 荷载计算

以35m预应力锚索为例，自由段L1=27990mm、锚固段L2=8000mm(实际施工中应根据现场情况进行调整)，A取140mm2，E取192GPa(实际施工中应根据预应力钢绞线检测报告中数值取值)。

最大试验荷载伸长量计算：

根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB 50086-2015)要求，拉力型预应力锚索总理论伸长值允许范围为：“在最大试验荷载作用下，所测得的弹性位移应大于锚索自由段长度理论弹性伸长值的90%，且应小于自由段长度与1/3锚固段之和的理论弹性伸长值”。

锚索理论伸长值△L计算公式：

式中：P——预应力钢绞线张拉力，N；

L——预应力钢绞线从张拉端至计算截面的孔道长度，mm；

A——预应力钢绞线的截面积，mm2；

E——预应力钢绞线弹性模量，MPa。

表1 锚索多循环张拉验收试验理论伸长值相关参数(以35m预应力锚索为例)

表2 锚索单循环张拉验收试验理论伸长值相关参数(35m预应力锚索为例)

由表1、表2可得：验收试验中，从20%设计拉力至最大试验荷载(1.2倍设计拉力)之间所测得的总位移量L，应当大于该荷载范围内自由段长度预应力锚索理论弹性伸长值的90%，且小于自由段长度与1/3锚固段长度之和的预应力锚索的理论弹性伸长值，即：(171.81-15.62)×90%

3 锚索张拉顺序要求

3.1 锚索多循环张拉验收试验顺序要求

每一级稳压10min。

(1)先预张拉150kN(10%设计值)，稳压10min；

(2)张拉第一级至0.4P，稳压10min，卸荷至0.1P，稳压1min；

(4)张拉至第一级0.4P，稳压1min，张拉至第二级0.6P，稳压1min，张拉至第三级0.8P，稳压10min，卸荷至0.6P，稳压1min，卸荷至0.4P，稳压1min，再卸荷至0.1P，稳压1min；

(5)张拉至第一级0.4P，稳压1min，张拉至第二级0.6P，稳压1min，张拉至第三级0.8P，稳压1min，张拉至第四级1.0P，稳压10min，卸荷至0.8P，稳压1min，卸荷至0.6P，稳压1min，卸荷至0.4P，稳压1min，再卸荷至0.1P，稳压1min；

(6)张拉至第一级0.4P，稳压1min，张拉至第二级0.6P，稳压1min，张拉至第三级0.8P，稳压1min，张拉至第四级1.0P，稳压1min，张拉至第五级1.2P，稳压10min，卸荷至1.0P，稳压1min，卸荷至0.8P，稳压1min，卸荷至0.6P，稳压1min，卸荷至0.4P，稳压1min，再卸荷至0.1P；

(7)单股预紧张拉程序：安装夹片和千斤顶→0→30kN/股→测量钢绞线伸长值→卸千斤顶。此过程使各钢绞线受力均匀，并起到调直对中作用，并消除锚索非弹性变形；

(8)整束分级张拉根据设计要求进行，张拉过程：30kN/股预紧后→0.25P→0.5P→0.75P→1.0P→1.1P；

(9)记录每级锚头位移读数，并整理锚索多循环张拉验收试验结果绘制荷载-位移曲线图、荷载-弹性位移曲线图和荷载-塑性位移曲线图。

图3 锚索多循环张拉验收试验荷载(N)-位移(δ)曲线

表3 锚索多循环张拉验收试验施加应力与压力表读数对应数值

3.2 锚索单循环张拉验收试验顺序要求

最大试验荷载的持荷时间5min。

作为一个水旱灾害频发的国家，在长期与自然灾害的不懈斗争中，我们积累了丰富的经验，形成了良好的传统。但也必须认识到，随着经济社会的不断发展，加之全球气候变化的影响，防汛抗旱形势越来越复杂，任务越来越艰巨。面对一年一度防汛抗旱的“大考”，既往的事实告诉我们，只有牢固树立防大汛、抗大灾的思想，增强防灾意识，把工作着力点前移，提早准备，防患于未然，方能大大降低灾害造成的损失和影响，实现防洪安全，维护社会稳定。

(1)先预张拉150kN(10%设计值)，稳压1min；

(2)张拉至第一级0.4P，稳压1min；

(3)张拉至第二级0.7P，稳压1min；

(4)张拉至第三级1.0P，稳压1min；

(5)张拉至第四级1.2P，稳压5min，卸荷至1.0P，稳压1min，卸荷至0.7P，稳压1min，卸荷至0.4P，稳压1min，再卸荷至0.1P，稳压1min；

(6)单股预紧张拉程序：安装夹片和千斤顶→0→30kN/股→测量钢绞线伸长值→卸千斤顶。此过程使各钢绞线受力均匀，并起到调直对中作用，并消除锚索非弹性变形；

(7)整束分级张拉根据设计要求进行，张拉过程：30kN/股预紧后→0.25P→0.5P→0.75P→1.0P→1.1P；

(8)记录每级锚头位移读数，并整理锚索单循环张拉验收试验结果绘制荷载-位移曲线图。

图4 锚索单循环张拉验收试验荷载(N)-位移(δ)曲线

表4 锚索单循环张拉验收试验施加应力与压力表读数对应数值

4 张拉施工注意事项

(1)计算锚索各级张拉力对应的张拉千斤顶油压表读数。预应力锚索张拉施工使用的检测加荷设备张拉千斤顶(测力计、计时表等)在使用前应经计量检测单位进行校验标定，并在标定合格后的有效期内使用，同时应满足设计要求的精度。锚索使用张拉千斤顶的额定压力必须大于试验压力。张拉前，剥去外露钢绞线PE套管后用汽油清洗，并用棉纱擦洗干净。锚索张拉在锚固灌浆7d抗压强度达到35MPa且锚墩的承载强度达到设计规定值后进行，且紧前工序验收合格。为了保证张拉人员安全，张拉的锚索周围搭建张拉平台。张拉油泵人工倒运到锚索附件的工作面或者专门搭建的承重平台上。

(2)按照张拉程序可知，锚索施工分为验收试验和单股预紧及整束分级张拉三个阶段。验收试验完成后，进行理论值，且两次预紧值之差应在3mm之内，以使锚索各钢绞线受力均匀，再进行整束分级张拉施工。

(3)张拉加载和卸载应缓慢平稳，加载速率、卸载速率严格按照要求进行，加荷、持荷、卸荷、张拉均应在同一工作时段内完成，否则应卸荷重新再依次施工。

(4)每级张拉完毕、稳压、卸荷升级前均应测量伸长值并记录，绘制成果曲线图。

(5)补偿张拉：锁定后的48h内，通过监测锚索检查锁定张拉力，若锚索锁定力下降到设计锁定荷载值的90%以下时应进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至1.1P，补偿张拉次数不能超过2次。

(6)张拉过程中，在每级拉力下持荷稳定时，量测钢铰线的伸长值，以用于校核张拉力。

(7)锚索验收试验准备阶段钢绞线清洗后应采用防护罩及时保护，锚垫板的锚孔应清洗干净、锚索验收试验结束后、进行张拉前，每个夹片打紧程度应均一；张拉过程中，操作人员应严格按照规范操作，特别是锚索张拉升压、卸载过程严禁过快。夹片错牙大于2mm的，应退锚重新张拉。

(8)锚墩制安二次注浆管焊接时，应对锚索进行保护，防止焊渣灼伤钢绞线；锚索钻孔时应严格控制倾角及方位角，防止出现钻孔过程中相交打伤钢绞线的情况。

(9)锚索张拉后出现异常情况需要退锚，采用加工的专用退锚器具进行退锚。