公路大桥维护工程地锚加固试验方案

湖北省郧县汉江公路大桥维护工程

地锚锚索加固基本试验方案

目 录

1、试验目的

2、试验地点的选择 3、锚索的设计技术参数 4、锚固方案验算

5、锚索基本试验的依据、方法及步骤 5.1、锚索基本试验的依据 5.2、锚索基本试验的方法及步骤 6、试验结果整理 7、试验结果评定 8、试验前期准备 9、试验设备

1、 试验目的

本次试验针对湖北省郧县汉江公路大桥维护工程地锚桥台施加有效、可靠的边腹板竖向自锚预应力的加固设计理念，为减小加固的风险，为保证地锚加固施工的效果及验证压力型或拉力型锚索加固地锚桥台的可行性，在施工之前对锚索加固的两种压力集中型及拉力集中型采用作两组长为13.5m共6根的基本试验，以确定本场地对锚杆所能提供的极限抗拔力，以及锚索在使用过程中可能影响其预应力效果的因素，以便在正式施工前调整地锚加固设计及施工参数。 2、试验地点的选择

根据湖北省郧县汉江公路大桥地锚桥台的资料和设计图纸，向业主、设计、监理等单位汇报后，我部确定选择在鄂东大桥桩基施工前打的试验桩上进行试验。

3、锚固设计方案

试验锚索的两种方案如下：

设计轴向拉力1276KN，极限抗拔力1822.8KN。

压力集中型锚固方案一：7根φs15mm无粘结钢绞线，下设置直径100mm的P锚，钻孔直径120mm，底部扩孔呈锥形孔直径140mm，扩孔长度200mm，锚固长度3m，钻孔深度13.5m。

拉力集中型锚固方案二：7根φs15mm钢绞线，下设置直径100mm的P锚，钻孔直径120mm，底部扩孔呈锥形孔直径140mm，扩孔长度200mm，锚固长度3m，钻孔深度13.5m。

图 固定端P型锚具构造图

千斤顶、锚固端及锚具为各锚固系统配套设施。抗拔力复核计算如下： 锚固方案应符合《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22：2005）的关于锚

索的设计的规定：

1）根据锚索的设计规定及预应力筋的保护层厚度不小于20mm（永久锚杆），方案设置为带PE套7φs15mm钢绞线及不带PE套的7φs15mm钢绞线，钻孔直径选为120mm；

2）单束钢绞线的拉力设计值＝7×1860MPa×140mm2×0.7＝1276KN，比原设计值略大；

3）灌浆料采用潮湿类环氧结构胶，结构胶抗压强度≥115MPa； 4）预应力锚索应满足相应的防护构造要求。

4 锚固方案验算

1）锚固长度验算

KNtLa＞

πDfmgLa＞

（1）

KNt

nπdfms（2）

式中：K——锚索锚固抗拔安全系数，选取最大值，采用2.2； Nt——锚索或单元锚杆的轴向拉力设计值（KN），取1276KN；

La——锚索锚固段长度（m）；

fms——注浆体与混凝土孔壁间的粘结强度标准值（KPa），选用环氧树脂型注浆体，根据《水电工程预应力锚固设计规范》附录A.2表

围岩抗压强围岩类型 黏土岩、粉砂岩 煤、页岩、泥灰岩、砂岩 砂岩、石灰岩 花岗岩及各类似花岗岩的火成岩 度 MPa 5.0 14.0 50.0 100.0 黏结强度c MPa 1.2～1.6 1.6～3.0 3.0～5.0 5.0～7.0 因我部试验的桩基为C30混凝土，抗剪强度试验值(fcvo)3.55 MPa，标准值(fcvk)2.85 MPa，设计值2.10 MPa，加固地锚桥台为C40混凝土，抗剪强度试验值(fcvo)4.30 MPa，标准值(fcvk)3.50 MPa，设计值2.60 MPa。综合各方面因素，粘结强度标准值取值2.1MPa； fms——锚固注浆体与筋体间的粘结强度标准值（KPa），取3.5MPa；

d——钢筋或钢绞线的直径（mm），取15.24mm计算； D——锚索锚固段的钻孔直径（mm），取120mm计算；

——界面粘结强度降低系数，取0.725；

——锚固长度对粘结强度的影响系数，取为0.8；

n——钢筋或钢绞线根数。

按锚固方案一考虑，根据规范计算锚固长度，各参数折中取值，取两公式计算值中较大者：

KNt2.21276按式（1），La＞＝＝2.73m

πDfmgπ1202.11.3

按式（2），La＞

KNt2.21276＝＝2.54m

nπdfms7π15.240.7253.51.3取较大值2.73m，按规范，锚固长度应小于8m，设计按3m，满足受力和构造要求。施锚杆最小自由长度最小为12.0m，大于5m，满足构造要求。

按锚固方案二考虑，同样满足受力和构造要求。 经过验算，锚固长度满足受力和构造要求。 2）锚杆截面面积验算

锚杆截面面积应按式（3）确定。

AsKtNt fptk（3）

式中：

Kt—锚杆杆体的抗拉安全系数，取为1.8； Nt—锚杆的轴向拉力设计值（kN）； fptk—钢绞线的抗拉强度标准值（kPa）。

按公式（3），最小钢绞线面积应达到1234.8mm2，也就相当于9根φ15.24的钢绞线面积。公式（3）是基于岩土工程规范的，针对本工程环境，由于环境较好，施工质量能保证，安全系数按可按桥梁工程的体内预应力处理，采用7根φ15.24的钢绞线，张拉控制应力为70%的材料强度。

5、锚杆基本试验的依据、方法及步骤 5.1、锚索基本试验的依据

①、 岩土锚杆（索）技术规程(CECS22-2005)

②、 水电工程预应力锚固设计规范（DL/T5176-2003） ③、 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) ④、 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)

5.2、锚索基本试验的方法及步骤

参照有关的规范规程，锚索的试验方法与步骤如下：

（1）根据设计基本试验的荷载为1276KN，最大荷载应满足不超过锚杆杆体极限承载力的0.8倍即1458.24KN。

据设计，基本试验锚索由7φs15mm钢绞线组成。 钢绞线强度标准值：fyk=1860N/mm2

σs=n×A×fyk×0.8=7×1860×140 ×0.8=1458.24KN

(2)采用循环加荷方法进行试验，试验锚索参数及初始荷载、各级荷载及观测时间见下表：

表1 锚索试验参数

锚锚杆编号 锚索类型 压力集中型 2# 3# 4# 二组 5# 6# 压力集中型 压力集中型 拉力集中型 拉力集中型 拉力集中型 径 （mm） 1# 一组 120 120 120 120 120 120 扩孔底（mm） 140/2000 140/2000 140/2000 140/2000 140/2000 140/2000 锚(m) 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 承载体间距(m) 1 1 1 1 1 1 部直径/长度 固长度表2 锚索试验各级荷载及观测时间

初始荷载（KN） — — — — 150 — — — —

第一循环（KN） 第二循环（KN） 第三循环（KN） 第四循环（KN） 第五循环（KN） 第六循环（KN） 观测时间（min） 50 50 50 50 50 150 1— — — 450 750 1050 1200 1350 1458 10 — — — 150 150 450 — — — — 450 450 450 50 450 50 450 50 5 50 150 150 150 150 5 4750 — — 750 750 750 750 5 1450 450 450 5 71050 1050 1200 1350 5 171200 171350 15 5 5 (3)在桩顶面上套入一块1000mm×1000mm×20mm的钢垫板(中间留圆孔Φ400mm)和两块500mm×500mm×200mm的钢垫盒，上安放用槽钢制作的反力钢梁（反力钢梁开中孔130mm并在上面相应垫2cm厚钢垫板），钢绞线穿过工作锚及千斤顶，并在千斤顶上安放工具锚及工作夹片，然后在桩顶面钢绞线处安装的基准梁，然后在基准梁上安置百分表测读的位移即锚索的位移，百分表探头设在用槽钢制作的反力钢梁上。具体如下图：

(4)每级加荷阶段时要求均匀、缓慢、逐级施加拉拔力，加荷速率不宜

大于1KN/S，在每级加荷等级观测时间内测读锚头位移不少于3次。

（5）每级荷载的稳定标准为连续2次百分表读数的累计变位移增量不超

过0.1mm，稳定后即可加下一级荷载，否则延长观测时间，直至锚头位移增量在2h之内小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。

（6）锚索破坏标准，当出现下列情况之一时，认为锚索破坏可停止本根锚索的试验。

① 后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的锚头位移的2倍；

② 锚索拔升量持续增长，且在1小时时间范围内未出现稳定迹象； ③ 新增加的上拔力无法施加，或者施加后无法使上拔力保持稳定； ④ 锚头总位移超过设计允许位移值； ⑤ 锚索出现破坏，或者锚索被拔出。

6、试验结果整理

① 对钻孔孔斜度测量统计，确定钻孔精度；

② 试验结果按循环荷载与对应的锚头位移读数列表整理； ③ 绘制锚索荷载－位移（Q-S）曲线，以明显的转折点作为屈服拉力；

④ 绘制锚索荷载－弹性位移（Q-Se）、锚索荷载－塑性位移（Q-Sp）曲线；

⑤ 试验结束后，对锚索试验现场的破坏情况进行详尽的描述和拍摄照片。

7、试验结果评定

① 锚索弹性变形不应小于自由段长度变形计算值的80％，且不应大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值；

② 锚索极限承载力取破坏荷载的前一级荷载，在最大试验荷载下未达到规定的破坏荷载时，锚杆极限承载力取最大荷载；

③ 参加统计的试验锚索，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为锚索极限承载力。极差超过平均值的30%时，宜增加试验量并分析离差过大的原因，且按95%的保证概率并结合工程情况计算锚索的极限承载力；

8、试验前期准备过程

在鄂东大桥试验桩上进行锚索安装施工，施工设备的选择应遵循轻便、实用的原则，按照设计要求与施工条件选择机械的型号、功率和数量。主要的施工设

备有：空气压缩机、潜孔冲击钻机、注浆机和张拉设备。

具体工艺：钻直孔→底部扩倒锥形孔→清孔并干燥→安装锚索，孔顶安装反力钢梁和钢垫板→孔底3米高度灌环氧树脂→安装工作锚→安装千斤项及工具锚→预张拉。

（1）锚索制作

①锚索制作材料选用高强度、低松弛预应力钢绞线。钢绞线必须采用机械切割，不得采用焊接，不能有锈蚀、损坏现象。预应力锚索采用7根φs15mm无粘结钢绞线及普通7根φs15mm钢绞线，下设置直径100mm的P锚。在锚固段应安置隔离架和紧箍环，周边均匀布置钢绞线，捆扎牢固，以便增强锚索刚度。每隔1.0～1.5m设置一个对中隔离架或紧箍环，P锚、隔离环和紧箍环的数量和间距按设计要求布设，捆扎牢固。锚索制作完成后，应进行外观检验，按钢绞线的长度、规格进行编号，共制作6组锚索。严格按照设计钻孔的深度和张拉需预留的长度下料，挤压锚固件应与钢板连接可靠。

②顶端锚头为7孔工作锚，千斤顶上设置工具锚及工作夹片。

③锚索制作完成后应尽早使用,避免长期存放。裸露部分应用浸渍油脂的纸张或塑料布进行防潮处理不得露天存放或受到机械损坏，避免焊渣溅落。锚索在安装及运输过程中，应细心操作，不得损伤锚索及其防护材料。隔离架必须捆扎牢固，钢绞线不得有锈蚀、搭接、损坏、明显弯曲、扭转等现象。

（2）钻孔 ① 定位

施工前应必须要将结构面清理干净，按设计测量放线，定出孔位和中心线，用小木桩做好标记，钻孔孔位偏差要小于20mm，钻孔位置标明后由现场负责人验线。

② 成孔

钻孔采用TS-150型地质钻机成孔，以减少钻孔时的振动，以保证不损伤结构，并严格按照要求的锚索埋深和钻孔直径来控制钻孔深度和大小。

钻孔时将钻机移至所定桩位，使钻机钻头对准孔位中心。采用ø120合金钻头，单管清水钻进，钻进时，必须详细记录孔位、孔深等情况，钻进暂停或终孔时，孔口应加盖保护。

③ 垂直度保证措施

为保证钻孔垂直度，孔斜<0.2％，具体可采用BC-1型测斜仪或KXP-1测斜仪进行检查，钻机就位后必须对钻机底盘进行调平，四角的水平误差应控制在1mm以内。调整水平度采用水准尺进行，并用水平尺检查钻杆的垂直度，其误差应控制在0.5mm以内，使钻杆与钻机底盘保持垂直。钻进过程中，应该严格控制钻进速度，不得高出钻机本身标准钻速的1%～2%，采用匀速钻进，以防止钻孔弯

曲和变径,造成下锚困难，并随时对垂直度进行测量，发现偏差及时调整。钻进达到设计深度之后，不能立即停钻，必须在停止进尺的情况下，稳钻1～2min，防止孔底端部形成尖形，达不到设计的锚固直径。

（3）扩孔和清孔

钻孔到规定的深度后，孔底用扩孔机具扩成φ140mm倒锥形孔，孔长200mm。

扩孔完成后，采用特制的小孔径深孔压力清孔器进行清孔，将孔内明水和渣子清除干净，然后用空压机干燥孔底。

（4）锚索安装

①安装时先将P锚和锚索及对中隔离架按照要求进行装配，用吊机将装好P锚的锚索放入孔中，锚头在下；

②安放索体时，应防止扭压和弯曲，注浆管宜随索体一同放入钻孔，索体放入孔内应与钻孔角度保持一致；

③安放索体时，不得损伤PE护套，不得影响正常的注浆作业；

④下锚固段插入孔底的深度不应小于设计锚固深度的98%，锚索的最终下放深度与设计深度的误差不得大于±2 cm，锚索安放后，不得随意敲击。

（5）灌胶

为了使锚固更加安全有效，锚头安装完毕后在锚索底部约3m长度范围内灌注环氧类树脂。灌胶的深度由灌胶重量来控制，胶体固化之后采用卷尺来测量其深度。

①准备工作：

a. 洗孔、清孔，用专用清孔器将孔中明水和沉渣吸干，并将孔壁吹干； b. 准确测量孔深；

c. 将锚索底端约1m长的表面锈迹和氧化层清除； d. 按比例配置结构胶； ②灌注

a. 用JCZ-2压力注胶灌注，灌注压力控制在0.5-0.8MPa；

b. 开始灌注时应将灌注管内的出胶端放入孔的底部，随灌注的进行每隔五分钟将灌注管向上提15cm，直至注胶器中的胶水全部灌注完毕； ③检查

待结构胶凝固后用测深尺检查孔深，与灌注前比较。有效灌胶深度大于3m。 （6）预应力张拉

环氧树脂结构胶达到强度后，严格按照试验要求中的张拉循环次数及加荷等级进行张拉。且锚索张拉前必须整平承压支撑物的表面,并安装好钢垫板和锚具,且保证两者与锚索轴线方向垂直，安装千斤顶时应注意使其轴线与锚索轴线在一

条直线上,不可压弯锚头部分。张拉前应检查油泵各阀门的工作情况、油管的畅通情况,以免在张拉时油泵工作不正常而导致张拉失败。

9、试验设备

试验设备见下表

锚索基本试验设备

名 称 穿心式液压千斤顶 油泵 电 焊 机 手持式机械切割机 百 分 表 测斜仪 灌胶设备 空压机 空压机 钻机150 专用扩孔钻头110 压锚设备 氧割设备 专用清孔器120 柴油发电机

型 号 及 规 格 YCW-150 ZB500B 16KW V-6/8 0.3m3 150型 20kw 数量 2台 2台 1台 4台 2台 1台 3套 1台 2台 2台 10个 1套 1套 5个 2台