预应力锚索的类型及其特点

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预应力锚索是近年来岩土工程加固的重要技术,文章首先针对预应力锚索的类型划分进行分析,并在此基础上对其特点做出了进一步探讨。

  【关键词】预应力锚索;特点;分类;工程
  1.预应力锚索类型 
  预应力锚索结构的多样性和复杂性,要对其准确分类很困难,一般分类方法如下:
  1.1按单孔施加预应力的大小,可将锚索分为四类
  巨型锚索(单孔加力>8MN );大型锚索(3~8MN);中型锚索(1~3MN);小型锚索(1MN)。目前应用最多的是大、中型预应力锚索。
  1.2按预应力锚索束体使用的预应力材料的种类,可将其分为两类
  预应力锚索(束体用高强钢丝、钢绞线等柔性材料制作);预应力锚索(束体使用各类钢筋制作)。
  1.3按束体内锚段与周围介质固结方法,可分为两类
  粘结式和机械式。粘结式内锚固段工作可靠、耐久性好、价格适当、施工方便,因此获得广泛应用。
  1.4按束体内锚段固定的位置,可将锚索分为
  荷载集中型和荷载分散型。荷载集中型又可分为拉力集中型和压力集中型两类;同样荷载分散型也相应可分为拉力分散型、压力分散型与拉压分散型三类。目前拥有最多的是拉力集中型,而具广阔应用前景的将是荷载
分散型锚索。
  1.5按锚索束体在加固任务结束后能否被拆除,又可将其分为两类
  可拆除锚索和不可拆除式锚索。可拆除式锚索在任务完成后,可将束体从地层中抽出,它能充分利用有限的地下空间,在城市中及一些特殊场合应用前景广阔。
  1.6按内锚固段基本受力形态,可分为三类
  压力型、拉力型与拉压复合型。
  2.常用预应力锚索结构及其特点 
  2.1荷载集中型锚索
  荷载集中型锚索按锚索内锚固段沿锚索轴力受力状态可分为拉力型和压力型两种。
  (1)拉力集中型锚索。拉力集中型锚索按束体在锚固孔中固定方式又可分为粘结式锚索和机械固定式锚索,由于机械固定式锚索张拉荷载小(< 600kN ),施工工艺复杂、要求严格,耐震性差,目前在工程上已经很
少使用。拉力集中型粘结式锚索的结果简单、施工方便、造价较低,它一般采用纯水泥浆或水泥砂浆将束体内锚段粘结在被锚固体的稳定部位。
  此类锚索多采用二次注浆工艺,第一次注浆只形成内锚段,张拉后,再进行第二次注浆,将束体自由段保护在一定厚度水泥浆体中。同时开裂的内锚段上部将重新得到修补和完善。防护功能仍可长久保持。由于束体被
全长粘结在锚固孔中,因此该类锚索也称为全长粘结式锚索。
  (2)压力集中型锚索。压力集中型锚索与拉力集中型锚索内锚固段受力机理不同。压力分散型锚索的束体用无粘结预应力筋(钢绞线、钢筋等)使之与内锚固段浆体隔开,束体直接和安放在孔底特制的承载体相连。
张拉时,荷载直接传至底部的承载体,再由承载体从锚固段底部向上推压灌浆体,荷载是从内锚段底部向上部逐步传递的。压力集中型锚索由于采用无粘结筋,因而对束体防护措施较好。此类锚索安装后可以一次性全孔注
浆、简化注浆工序,锚索抗震性能好。但是也应指出,压力型锚索的承载力受到内锚段浆体抗压强度的限制,因此采用一个承载体的集中压力型锚索,不可能有较高的承载力。
  2.2荷载分散型锚索
  (1)拉力分散型锚索。拉力分散型锚索在工程实践中,曾出现过两种制作方法:一种称为多次成型法;一种称为分层固结法。
  此类锚索通过使用无粘结预应力筋,改变束体结构,达到分散内锚段应力集中的目的。施工中锚孔可一次注浆成型,简化施工程序。
  (2)压力分散型锚索。压力分散型锚索也称为单孔复合锚固体系。压力分散型锚索结构形式是多种多样的,有些结构很复杂。国内经常使用的有两种形式:多级承载板式和多级环绕式.
  多级承载板式锚索――多级承载板式锚索束体采用无粘结钢绞线,在束体内锚段不同深度处布置数个承载板,无粘结筋也相应分成数组与各自承载板联结。束体注浆固结后张拉时,总张拉力将被分散成若干个较小的
力,通过承载板作用于较小的固定段上,导致固定段上的粘结应力峰值大大减小且分布也比较均匀。承载板的数量、位置和间距要依据承载地层的地质情况而定,这样才能从不同位置调动锚固区内岩土体的承载能力,使地层提供较大的锚固力。
  多级环绕式锚索――多级环绕式锚索的特点是:束体采用Φ12系列无粘结钢绞线,每根钢绞线绕过承载体并被弯曲成U 型,每根U型筋对应一个承载体,一般全孔可安放1~4个承载体,当孔内注浆固结后,承载体及U
型筋就被固定在孔内不同深度处。但使用功能完成后,U型筋还能从地层中抽出,因此此类锚索也被称为可拆芯式锚索,此种锚索的预应力筋(钢绞线)全长均被油脂、聚乙烯护套包裹,并被完整的送入孔内,注浆后受到
灌浆体包裹,形成多层无缝保护层,且灌浆体受压、不易开裂,大大提高了锚索的耐久性。
  2.3装有特殊挤压套的压力分散型锚索
  利用无粘结预应力筋受力遵循虎克定律的性质,在一根或数根无粘结钢绞线上,按一定间隔(视锚固区地层大小定,一般间隔为1~3m)设置挤压套和承载板。挤压套具有特殊可滑动机构,张拉时随着预应力的施
加,挤压套可以顺钢绞线滑动,将张拉力分散传递到地层不同深度处。
  2.4拉压分散型锚索
  拉压分散型锚索在国内工程应用中有两类型:
  第一类由柳州建筑机械厂(OVM建筑机械股份有限公司)开发研制,并获得有关专利。其构造特点如下:利用承载板下部的裸钢绞线与浆体的粘结力及承载板、可活动挤压套共同作用,使得承载体上面的锚固体受承
载板的压推,而承载板下面锚固体适度的受到拉力,二者共同抵抗张拉力,拉应力和压应力在内锚段相互叠加,使得锚固体内应力及锚固体与周边土体间的粘结摩阻应力较均匀分布,大幅降低应力峰值。   第二类由四
川准达岩土工程公司开发研制,并获得有关专利。准达公司将此类锚索定名为自由式拉压防腐型预应力锚索。该锚索基本组成结构为:高强无粘结钢绞线、挤压头锚板等,束体有拉力型钢绞线与压力型钢绞线复合编制而
成。
  此两类锚索在软弱、破碎地层中应用均可获得满意的效果。
  2.5对穿式预应力锚索
  对穿式锚索锚固孔为通透孔,施工人员在锚孔两边均可方便施工,因此该类锚索没有内锚段,两端均安设外锚头即可。
  该类锚索充分利用了工程环境所提供的条件,简化了锚索结构,省掉了约占锚索长度1/3~1/4的内锚固段,降低了工程造价。同时可以双向建立预应力。加固效果要比端头锚好,是一种理想的加固形式。
  2.6无粘结锚索
  该种锚索在靠近孔口处仍采用8m长的粘结段。锚索张拉注浆后,外端由锚具和8m粘结段共同保存预应力,改变了无粘结锚仅靠锚具保存预应力的状况。
  2.7多重防护锚索
  多重防护型锚索是国际上最常用的锚索结构之一。此种锚索结构的最大特点是:预应力筋采用无粘结钢绞线或为环氧喷涂无粘结钢绞线;预应力筋全长被大直径波纹管封闭,阻断有害离子、地下水侵入钢绞线的通道;
在大直径波纹管内外用优质水泥浆固灌,在外锚头处注入专用防腐油脂,对预应力筋加以防护。因此,该类锚索的耐久性得到了很大的提高。
  2.8矿用单束锚索
  矿用单束锚索是指在一个锚固孔中,只安放一根钢绞线而形成的锚索。其主要特点是:孔径小(Φ28~32)、长度短(约5~10m)。利用树脂锚固剂将单根钢绞线端头锚固,已成为煤矿巷道支护的主要手段之一。
  2.9玻璃纤维锚索
  玻璃纤维锚索的束体用非金属材料(玻璃纤维)制作,具有耐腐蚀、抗拉力大、束体柔软、质量轻等特点。常规锚索可提供的抗拉力为198~396kN。
  3.结语 
  总的来说,预应力锚索结构的多样性和复杂性,在对其进行分类的时候有一定难度,在实际的工程实施中,要结合具体的施工需求,选择适合的预应力锚索类型,从而确保工程的顺利开展。
  参考文献:
  [1]周北. 预应力锚索抗滑桩结构设计理论与应用研究[D].湖南大学,2006.
  [2]姜少涛. 预应力锚索框架梁在边坡支护中的综合应用研究[D].安徽工业大学,2012.
  [3]刘玉堂,翟金明. 常用预应力锚索的结构和特点[J]. 预应力技术,2005,05:32-37.
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