岩体预应力锚固内封 (6).doc

第五节 专用器具预锚施工中使用的专用器具，主要有预应力锚（夹）具及与其配套的限位板、顶压器，以及制备挤压锚头所需挤压机；另外还包括在锚束体上安装的止浆装置、承载体（板）、隔离架、导向帽等小型器件。1 预应力锚、夹具在预应力锚固中锚、夹具是指工作锚具和工具锚具（夹具）。工作锚具张拉后将随束体固定在预应力锚固工作单元中，被永久使用。工具锚具一般是在张拉时临时使用，使用后可拆下来，经清洗组装后，能够重复再用。二者工作原理一致，工具锚为满足重复使用要求，结构上设计得更坚实耐用。国内专业厂家生产的各种锚具，大多数能满足国际预应力混凝土板的协会标准后张预应力体系验收建议FIP93的要求。随着预应力技术的不断发展，预应力锚具将沿着锚固粗直径、大规格、高强度预应力材料的方向发展，而自身结构经过合理优化，也会变得更加轻巧。1.1锚（夹）具性能与特点施工中常用锚具有四种，分别是群锚夹片式锚具、墩头式锚具、螺杆式锚具、精轧螺纹钢筋锚具。四类锚具中群锚夹片式锚具的夹持性能优良、适应性强、施工操作简单方便、因而更具生命力。已成系列的锚具命名常用符号含义见表1051。四种锚具技术性能见表1052及图10-5-1。表1051 系列锚具常用符号含义符号含意简介备注XM斜开缝三片式群锚体系锁定时需用专用顶楔器QM直开缝三片式群锚体系用限位板锁定预应力筋OVM直开缝二片式群锚体系带弹性槽用限位板锁定HVM直开缝二片式不带弹性槽群锚体系系OVM改进型，可锚固强度级别为2000MPa的钢绞线XYM直开缝二片式群锚体系XM锚改进型、用限位板锁定JM夹片式锚具体系在一个锥孔中固定多根预应力筋，目前已很少使用DM墩头锚体系LM螺丝端杆锚具系列JLM精轧螺纹钢锚具BS含直开口三片式、斜开口三片式、直开口二片式3种系列群锚体系可锚固三丝8.6七丝18模拔钢绞线表10-5-2 常用锚具种类及其性能类别楔紧类支承类形式独立锚固夹片式墩头式螺帽旋紧式挤压式夹持对象高强钢丝束、钢绞线高强钢丝束精轧螺纹钢筋热轧钢筋钢绞线、高强钢丝特性1.组成：锚板、夹片（一付三片或二片）、紧固圈（钢丝或橡胶圈），见图851a2.特点：锥孔数量与钢绞线根数对应，一付夹片与一个锥孔配合，仅夹持一根钢绞线；夹片外锥面光滑，内表面有齿；锚板上一个锥孔锚固失效，不会影响其它锥孔的锚固效果。一块锚板可承受10MN以上的张拉力，承载能力强3.锁定方式：用限位板，使夹片自动跟进锁定；用专用顶楔器，将夹片顶进锥孔锁定4.回缩损失：6mm5.品牌产品：XM、QM、OVM、BS、HVM、XYM、YM、VLM等1.组成：锚杯、螺母等，见图851b2.特点：锚杯底部规律地布满孔洞，钢丝从孔洞穿过后，端部墩粗，即可张拉，用外螺母锁定。锚具加工简单，张拉方便，锚固可靠，成本低廉。要求钢丝等长下料且精度高，有一定技术难度2.锁定方式：旋紧螺母3.回缩损失：1mm左右4.常用代号：DM1.组成：螺帽、垫板、连结器等，见图851c2.特点：螺帽与精轧螺纹钢杆体配合，简单、易行。锚具符合类锚具标准，效率系数a0.95，延伸率2。螺帽、连结器材质为优质45号碳素钢，垫板为A3钢3.锁定损失：1mm左右4.常用代号：JLM1.组成：螺帽、螺丝端杆等，见图851d2.特点：螺丝端杆与粗钢筋焊接（如采用闪光对焊），拧紧螺帽即可锁定，制做简单，施工方便3.锚固回缩损失：1mm左右4.常用代号：LM 1.组成：套筒、衬套（有异形钢丝衬套、圆形钢丝衬套和两半圆筒衬套等），见图851e2.原理：套筒在被挤压机挤过模具的过程中，自身变长、变细，同时衬套发生脆断，一半嵌入套筒，一半嵌入钢绞线，增加了套筒与钢绞线间的摩阻力。套筒与钢绞线、紧密结合，形成可靠锚固3.特点：承受集中力大、结构尺寸小、占用空间小适用范围1. 预应力筋的强度可为：1570 MPa、1860 Mpa、2000MPa2.钢绞线直径：12mm17.8mm3.锥孔数量：1孔55孔4.工作锚板、限位板（顶楔器）、千斤顶、工具锚必须同品牌配套选购，否则会给施工带来不便5.夹持钢丝会造成中心丝回抽，不提倡使用1.钢丝强度：1670 MPa2.钢丝直径：7、93.主要应用在束体长度较短要求预应力锁定损失小的场合4.锚固吨位：3MN4MN1. 适用于束体长度较短的场合2. 以单根筋的形式应用最方便3. 用YC70型单作用穿心式千斤顶张拉较方便1. 用于粗钢筋系列锚固2. 用于小吨位（一般300kN）锚杆1.主要用来制作挤压式内锚头2. 夹持钢绞线效果较好图10-5-1 常用锚具结构示意图表10-5-3 2GPa级新型锚具参数（HVM）型号（15系列）锚板配套千斤顶型号型号（13系列）锚板配套千斤顶型号直径(mm)厚度(mm)直径(mm)厚度(mm)1514648YDC240Q1314343YDC240Q1528550YCW100B1327550YCW100B1539013380154105521349015511713510055156135YCW150B13611515760137115158150YCW250B138130YCW150B1591571391510175651310157601511681311/12YCW250B15127013131651513YCW350A13146515141851315/16/171951515210721318/19701516801320217YCW350A1517851321/22751518217901323/2480YCW400B1519YCW400B1325/26/27851520235YCW500A1328/2923515-21/221001330/31951523/24260YCW650A1332/33/342601001525/26/271101335/36/371101528/292751338/39/40290120YCW650A1530/311201341/421532/33/343101301343/443101301535/36/371401345/46/47330YCW900A1538/39340YCW900A1348/491321540/41/421350/51/521351543/441501353/54/551401545/46/47360YCW1200A1548/4916015-50/51/521651553/54/55170新一代的以夹持高强度、大直径、低松弛钢绞线为目标的锚固体系已经投入应用，这类锚具的主要特点如下：可锚固2GPa级以下各等级钢绞线，锚固17.8mm以下各种规格的钢绞线。具有高抗疲劳性能、高锚固效率。疲劳试验应力幅度由我国国标规定的80MPa提高到120MPa，各项性能指标符合后张预应力体系验收建议FIP93和我国国标预应力筋用锚具、夹具和连结器GB/T143701993中对类锚具的要求，锚具耐久性优良。夹片和锚板经过优化，尺寸有所减小，改善了夹片与钢绞线的受力状态，增强了锚固的可靠性、提高了综合锚固效果。该类锚具结构合理，性能优异，适用面广，使用方便，易于推广应用。这种锚具的结构参数见表1053。能够锚固大直径（可达17.8mm）钢绞线的锚具尺寸列于表1054，供参考选用。表1054 OVM18型工作锚具参数规格(OVM18-)3456、789121519222527锚板直径(mm)105130135157175185210235260275275310厚度(mm)65707070808085110120120135135注：本表所列数据为柳州建筑机械厂产品参数1.2锚具采购锚具是维系预应力的关键元件，选购锚具要到具有生产锚具资质的专业化大厂采购。采购时要注意如下问题：锚具的静载锚固性能、动载疲劳性能等满足国标预应力筋用锚具、夹具和连结器（GB/T1437093）中对类锚具的要求。有足够的强度储备，夹持预应力筋的作用必须充分、可靠，当达到极限拉力时，全部零件均不得出现裂缝和破坏。应优先选用具有自锚条件和预应力筋强度利用系数较高的锚夹具。锚具体积小、构造简单，加工时易保证均质性，造价也会低些。工具锚要有良好的耐久性，可重复使用，装拆容易，且有良好的放松性能。 各类锚具的配套原则见表10-5-5。 表1055 锚具选用一般原则预应力筋品种应用部位外锚头处（张拉端）内锚段（非张拉端）钢绞线夹片式锚具挤压锚、夹片式锚具高强钢丝夹片式锚具、墩头锚具墩头锚具、挤压锚具精轧螺纹钢筋专用螺母、垫板螺母、垫板波形螺纹钢管螺母、垫板螺母、垫板1.3锚具的进场验收（1）质量文件的核验。锚具进场后，首先要查验锚具合格证、质检报告等资料，并按出厂证明文件核对其锚固性能类别、型号、规格及数量。（2）验收批的划分。在同种材料和同一生产工艺条件下，锚具和夹具应以不超过1000套为一个验收批。（3）锚具检验。进场后的锚具还应做如下检验：外观检查。应从每批中抽取10的锚具且不少于10套，检查其外观和尺寸。如有一套表面有裂纹或超过产品标准及设计图纸规定尺寸的允许偏差，则应另取双倍数量的锚具重做检查；如仍有一套不符合要求，则应逐套检查，合格者方可使用；硬度检验。应从每批中抽取5的锚具且不少于5套，对其中有硬度要求的零件做硬度试验（多孔夹片式锚具的夹片，每套至少抽取5片）。每个零件测试3点，其硬度应在设计要求的范围内。如有一个零件不合格，则应另取双倍数量的零件重做试验；如仍有一个零件不合格，则应逐个检查，合格者方可使用。静载锚固性能试验。经上述两项试验后，应从同批中抽取6套锚具，组装成3个预应力筋锚具组装件，进行静载锚固性能试验，如有一个试件不符合要求，则应另取双倍数量的锚具重做试验；如仍有一个试件不符合要求，则该批锚具为不合格品。对于一般工程，其静载锚固性能可由锚具生产厂提供试验报告。夹具进场验收时，只做静载锚固性能试验。1.4锚具存放与保管锚具在入库存放、保管期间，应注意如下问题：锚夹具应由有一定专业知识，有责任心的人员保管。锚具应按类型、按不同厂家分别存放，以免相互混杂，造成不必要损失。锚具应架空存放，长期不用的锚具可在其外表涂抹无害防腐材料，以防锈蚀。锚具在运输储存过程中，不得与硫化物、氯化物、氟化物、亚硫酸盐、硝酸盐等有害物质直接接触或同库存放。1.5锚、夹具安装使用注意事项正确使用锚具，方能达到预期的锚固效果，使用锚具要注意如下事项：各体系、各厂家锚具仅与本体系配套使用，不能混合使用。工作锚（包括锚板、夹片）与工具锚（包括锚板和夹片）不能混用。核实所使用的钢绞线强度、直径是否与锚具匹配，否则要更换锚具。检查锚板和夹片是否有加工缺陷，并清除其表面污物。为提高锚固效果和方便，退锚可在锥孔内和夹片外表涂少量润滑剂，以利夹片跟进锚固或方便退锚。安装锚板前应检查孔口部位的束体是否有被漏浆粘结现象，并予清除。清除垫板以及供张拉使用的钢绞线表面污物和浮锈，以免张拉时污物、浮锈填满夹片齿槽引起滑丝。安装工作锚具时、锚板应与垫板贴紧，对正；夹片安装后要平齐，可用专用工具轻敲找平，但不得重敲，使夹片损坏。当工作锚板中夹片全部安装完好后，才能顺序安装限位板（顶压器）、千斤顶和工具锚并确认它们与工作锚能够正确匹配。安装时要保证钢绞线在工具锚和工作锚之间不出现交叉、串位现象。工具锚一般装在千斤顶活动油缸端部，其规格要与工作锚一致。要经常检查工具锚夹片状况，当夹片开裂或牙面损坏两齿以上，或锚板孔已有塑性变形时，不得再使用。为保证施工安全，张拉期间施工人员不得在锚具正前方活动、不得重力敲打锚具和钢绞线束体；切除外露束体时，提倡使用液压切割或砂轮切割，禁用电焊切割，切割后钢绞线出露锚板长度以35cm为宜。2.限位板与顶压器限位板与顶压器是预应力张拉锁定过程中起着关键作用的工具。两种工具实现锚固的原理不尽相同，但均可达到高效锚固的目的。因此目前国内主要品牌的锚具，均可同时配置上述两种专用锁定工具，以满足施工需要。2.1限位板限位板安装在锚具与千斤顶之间，张拉时起控制夹片后退距离的作用，以确保回油锁定时夹片能被回缩的预应力筋安全地带入锥孔，完成对预应力筋的夹持。利用限位板进行锁定，锚固回缩值一般不大于6mm。与用顶压器锁定相比，锚固回缩值约大1mm左右，这种差异一般可通过调整张拉控制预应力的方式加以解决。限位板构造（图1052）简单，锁定时不需顶压，方便施工。选用限位板要与束体中的预应力筋的根数、规格和锚具类型、锥孔分布均相匹配，否则无法施工。图10-5-2 限位板结构示意图一般限位板两面均可使用，但适用的条件不同。生产厂家在每面均有标识，例如OVM限位板一面标识为152/157，表示适合于锚固15系列（直径为15.0、15.24、15.70）的钢绞线，使用时，此面要朝向锚具；另一面标识为127/129，表示适合于锚固13系列（直径为12.0、12.7、12.9）的钢绞线，使用时此面也应朝向工作锚具。2.2顶压器顶压器是与锚具、千斤顶配套使用的专用锁定机具。作用是使锚具上的夹片在锁定过程中能够被整齐地推入锥孔，牢靠地夹持预应力筋。根据作用原理顶压器分为液压顶压器（DY）和弹性顶压器（DYT），后者是靠弹簧的弹性或是橡胶的弹性，对夹片施加顶压力，前者是靠液压推动活塞将夹片顶入锚孔中。液压顶压器又根据活塞是分体或是整体，而化分为液压分体式（DYF）和整体顶压式（DYZ）。整体式顶压器的构造见图1053所示。当张拉力达到控制荷载后，使千斤顶持荷，并向顶压器供油，使顶压器活塞伸出、推动锚具夹片进入锥孔，当顶压器压力达到要求后，锚具夹片即可牢靠的地夹持预应力筋。在选用顶压器时，一定要与锚具、千斤顶配套，顶压器上的孔数和孔位分布要与锚具一致。液压分体式（DYF）顶压器一般与XM锚具配套；液压整体式（DYZ）能与QM锚具配套。表1056和表1057列出能与上述锚具配套的顶压器技术参数。图10-5-3 顶压器（DYZ）构造示意图1-端盖；2-缸体；3-油嘴；4-密封件；5-活塞；6-吊环；7螺钉表1056 顶压器（与 QM锚具配套）技术参数型号顶推力（kN）外形尺寸直径高度（mm）配套锚具型号配套千斤顶型号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注：顶压器最大工作油压均为40MPa表1057 XM锚具用液压顶压器参数型号额定压力（MPa）锚固行程（mm）外形尺寸直径高度（mm）配套锚具型号配套千斤顶DY15250102200110238XM152YCD120DY153198110236XM153DY154200110238XM154DY155200110248XM155DY157210110248XM157DY158250110288XM158DY159250110288XM159YCD200DY1512250110288XM1512DY151931095343XM1519YCD300XYD153498140150190XM153YCD120XYD154140120190XM154XYD155140248210XM155XYD157140250210XM157XYD158140288250XM158YCD200XYD159140288250XM159XYD1512140288250XM15125154912140210248XM155YCD1200715140210248XM157815140250288XM158YCD2000915140250288XM1591215140250288XM15122.3使用注意事项使用限位板和顶压器时应注意如下几点：检查限位板、顶压器外观，不得有肉眼可见变形或裂纹等质量缺陷。顶压器活塞运行正常，没有渗、漏油现象。供两面使用的限位板，要选择正确的安装面；注意确认板面上标注的线径标识符与所用钢绞线规格一致，并将此面朝向工作锚具安装。确认限位板（或顶压器）与工作锚具为同一系列，同一厂家产品，锚板上锚孔数量与分布形式和限位板一致。限位板和顶压器要经常用棉丝擦拭，保持干净，以免影响锚固效果。3挤压机挤压机是制备挤压锚具（也称为挤压锚头）的专用器具。分散压力型内锚段，经常利用它制作挤压锚头，实现束体与承载板的连结。挤压机(图1054)主要由油缸、顶杆、挤压模及承力架等组成。它结构小巧、工作可靠、维修方便，是现场经常使用的小型工具。常用的挤压机有JY45、GYJA、BJL60等型号。图10-5-4 挤压机构造及工作原理1-油缸；2-顶杆；3-衬套；4-套筒；5-挤压模；6-承力架3.1挤压机工作原理挤压机顶杆（2）在油缸推动下，将套筒（4）、衬套（3）、钢绞线从挤压模中共同挤出，套筒、衬套变形，牢牢地压缩、紧固在钢绞线上，形成锚固性能非常可靠的挤压式锚头。3.2挤压机的检验新购置或检修过的挤压机，应做如下检验：空载运行试验。挤压机与配套油泵连接后，启动油泵，让其空载运行2 min3min，设备运转正常后，就可操作控制阀，使挤压机油缸空载往复23次，排出管路中的气体并观察油路和油缸密封件有无渗漏，活塞运行是否通畅，有无卡阻、爬行现象。空载运行时，顶杆伸出距离应在设计允许范围内，以免损坏设备，当一切正常后，即可进行负荷试验。负荷试验。取下顶杆，在挤压模与活塞之间加装厚钢板（厚度大于5cm），向挤压机供油，使油压缓慢升至额定压力，稳压持荷。观察油路及密封件有无渗漏，一切正常即可减压结束试验，挤压机可正式使用。3.3挤压锚头的制作3.3.1所需零件挤压套筒和钢丝衬套是制作挤压锚头的主要零件，套筒由45#钢车制而成。衬套一般用硬质钢丝缠成筒状，钢丝外形有圆形的，也有三角形的，还有的将衬套做成对开两半筒状的。它们的功能相同，均能起到增强套筒握裹力的作用。套筒和衬套分成13、15、18系列，可分别夹持相应规格的钢绞线。3.3.2零件组装首先将钢绞线欲装挤压头部位的防腐层、油脂除去，擦拭干净，之后套上钢丝衬套，用手使钢丝并紧，且紧旋在钢绞线上；将带有钢丝衬套的钢绞线穿过挤压机模孔，再套上挤压套筒，并插入顶杆凹槽内。组装后的钢丝衬套要在套筒两边伸出，且伸出长度不能小于14mm。当衬套长度不够时，可用两条钢丝拼合加长。挤压元件组装后的情况如图1055a所示。当组装的零件符合要求后，即可在挤压套筒外刷上一薄层干净的机油，准备挤压成型。图10-5-5 挤压头示意图1-挤压套筒；2-钢丝衬套；3-钢绞线3.3.3挤压成型按如下步骤挤压成型：挤压元件就位后，操纵油泵，向挤压机油缸供油，让顶杆伸出，将套筒顶紧在试模上。在这过程中要观察钢绞线是否对中，否则必须采取措施将其扶正。继续供油并完成挤压过程。其间观察压力表的最大数值：15系列的表压应在32MPa60MPa之间，13系列应在23MPa52MPa之间。当压力从峰值降低或顶杆行程到位后，即可使千斤顶回程，结束挤压头的制做。挤压过程应连续完成，中间不得停顿。3.4挤压锚头的验收对已成型的挤压头，应做如下检验：外观。挤压后，钢丝衬套在套筒两端应该仍可见到，且其外露长度不小于2mm（图1055b）。挤压头外径尺寸检测。可用专用卡规或卡尺量测，当挤压头可通过卡规时，产品合格，否则为不合格品，需更换挤压模，重新制做。当用卡尺量测时，挤压头外径尺寸，对15系列的，不得大于30.65mm，13系列不得大于15.65mm，否则为不合格品。定期做挤压锚头的拉力试验，验证加工质量。4.止浆装置止浆装置一般安装在内锚段与自由段分界处，目的是保证内锚段注浆饱满。它经常用于水平锚索、上仰锚索或其它特殊场合。目前国内工程中应用的有胶囊式和布袋式等类型（图1056）。止浆环已在隔河岩电站厂房高边坡，李家峡水电站山体加固工程，三峡水利枢纽永久船闸水平锚索等得到应用，效果较好。（1）胶囊式止浆环。胶囊式止浆环靠充气胶囊的膨胀，贴紧孔壁将内锚段和自由