岩体预应力锚固内封 (9).doc

第八节 专项试验与监测任何一种新型锚固工作单元在应用之前或已定型的工作单元在应用到未曾应用过的场合时，均应进行专项试验。除专项试验外，试验与监测还包括施工过程中和竣工时所进行的验收试验和抽检，在特殊情况下还要进行蠕变试验。监测项目主要有预应力的大小变化、束体位移、被加固物的位移、应变状况，锚固孔的孔径、孔向、孔斜等。1. 试验内容由中国工程建设标准化协会颁布的土层锚杆设计与施工规范（CECS22：1990）；以及由水利部发布的水工预应力锚固施工规范（SL461994）和水工预应力锚固设计规范（SL2121998）中，对预应力锚固工程应做的试验与监测内容做了具体规定。具体要求见表1081及表10-8-2。这些规范均要求对预应力锚固及其加固对象进行全过程（施工前、施工中、运行期）的监测、试验与检验。试验和监测所获得的数据主要集中在如下几个方面：预应力荷载在各个阶段的状况及发展变化过程，包括锚固单元极限荷载、施工过程中的张拉荷载、锁定荷载、预应力荷载长期变化过程，孔内摩阻状况及其对预应力传递的影响等。束体伸长量及其变化规律，包括束体弹性伸长，塑性伸长、蠕变量等。加固对象的受力状况和位移（应变）状况。束体预应力筋的受力均匀性。2. 主要监测参数取值原则与计算对上述一系列参数的取值与计算方法，参考表1083、表10-8-4和表10-8-5。3. 主要试验（监测）仪器预应力锚固试验所使用的仪器一般有三类:第一类为测力设备,用来监测预应力的瞬时变化或长期历时变化过程，通常使用空芯柱状专用测力计监测。第二类为量测应变、位移的仪器，主要用来监测工作单元或被加固对象的变形、位移状况，常用的有：应变片、测缝计、收敛计、多点位移计及其配套的二次仪表（器）。第三类为确定加固位置，确定钻孔倾角、方位所需的经纬仪、水准仪、测斜仪、井径仪等。上述仪器有些属常规岩土试验设备（材料），如应变片、应变计、测缝计、经纬仪等，在此不做介绍。3.1测力计常用测力计（图1081）一般由弹性承力体、灵敏感应元件和二次接收仪表等三部分组成。弹性承力体，多数做成易于加工的厚壁园筒状，少数也有为改善受力状况而将其制成轮辐状（图1081e）或带有液压枕的矮柱状（图1081d）；承力体多用高弹性钢材经热处理加工制做而成，自身性能稳定、耐久性好。制备灵敏感应元件的器件种类繁多：应变片、钢弦、应变计（差动电阻式、钢弦式）、磁阻式传感器都可，效果均很好。至于二次接收仪表种类更多，高、中、低档均有，既可用万用表、频率计直接测读，也可以通过连结专用仪表或计算机自动连续采集数据，并经分析整理且将结果打印输出，总之可根据施工需要选择配备。表1081 主要试验（监测）项目规范名称试验项目试验要点综述水工预应力锚固施工规范受力性能试验1试验应在正式施工前完成。试验数量一般不小于三束。当锚固对象或地质条件有明显变化时，要增加试验数量2试验使用的锚夹具，张拉机具及施工工艺应与工程实际采用的相同3试验中的张拉力值应以测力装置示数为准。束体伸长值，锚束中预应力筋的受力均匀性和摩阻损失等参数均应在分级张拉中同步量测4张拉分级如下：初始应力为设计应力的0.2倍，各分级张拉力分别为设计值的0.25、0.50、0.75、1.0、1.15倍，但最大张拉力不得超过预应力钢材强度标准值的755资料整理:依据获得数据，绘制张拉应力与伸长值的关系曲线验收试验1应按设计要求随机抽样，进行验收试验。抽样数量应不小于三束，验收试验与竣工抽样检查合并进行，其数量为锚索总数的5。2高边坡预应力锚固工程，验收试验必须在张拉后及时进行；对有粘结型的锚固工作单元，必须在封孔灌浆前进行；对无粘结型锚固工作单元，试验时间可由施工条件确定。3合格标准：实测束体应力值不得大于设计值5，也不得小于设计值3。当抽样检查有一束不合格时，应加倍扩检；扩检中如再发现不合格时，必须会同设计及有关单位研究处理。4试验结束后，应汇总各孔的张拉力，评定预锚加固效果。长期观测1必须按设计文件施工，并应尽早安排施工，以便将测试成果用于指导锚固施工2长期观测时间不宜小于5年3观测所用仪表、线路应妥加保护。当仪表受到撞击或观测数据出现异常时，必须及时查明原因，进行补救处理，才能继续观测4长期观测资料应及时整理、分析，作好信息反馈水工预应力锚固设计规范锚杆的整体性试验1目的：验证预应力锚固设计，检验预应力锚固施工工艺，指导安全施工。2数量：按工作锚杆的3控制，有特殊要求时，可适当增加。3试验方法：非破坏性试验：（1） 张拉采用逐级张拉、逐级稳压方式进行。每级稳压5min，最大张拉力达到设计张拉力的115时停止加载。（2） 结果判定：当张拉力达到设计张拉力的115，荷载、位移稳定，围岩变形正常，即可认为锚固力满足设计要求破坏性试验：（1） 试验场地的确定：试验场地的地质条件，应与实际工程类似。不得选在正式工程部位。试验工作单元的长度，可比正式工作单元短，但应满足试验要求（2） 按设计拟定的张拉程序，逐级施加张拉力且在每级荷载施加后，持荷5min，进行相应观测（3） 破坏判据：当锚固段产生连续性位移，或有30的预应力筋拉断，即认为预应力锚杆已达到破坏。当未出现上述现象，但张拉力已达到钢材极限抗拉强度值时，也结束试验，此时锚固力的值由实测的荷载与变形关系曲线来确定4资料整理:绘制应力应变曲线，确定破坏荷载或最高荷载。整理围岩变形资料。对预锚设计、施工工艺做相应评价监测参数1工作单元预应力2束体伸长值3预应力的损失4被锚固体位移续表1081土层锚杆设计与施工规范基本试验1试验锚杆数量不应少于3根，锚杆参数、材料及施工工艺必须和工程锚杆相同2最大试验荷载（Qmax）不应超过预应力筋强度标准值的0.8倍3施力方式：采用循环加荷，初始荷载宜取预应力筋破断荷载的0.1倍，每级加荷增量宜取预应力筋破断荷载的1/101/15。对于淤泥及淤泥质土中锚杆，只在加荷等级为预应力筋破断强度的0.5和0.7倍时，采用循环加荷4观测时间：对于砂质土、硬粘土中锚杆，观测时间一般为5min，只在每个循环的最高等级将观测时间延长至10min；对于淤泥及淤泥质土中锚杆，一般为15min，当张拉荷载达到材料破断荷载的50，60，70，80时，观测时间分别为30min，120min，30min,120min5测读次数：在每级加荷等级观测时间内，测量位移次数不少于3次6稳定标准：砂质土、硬粘土中锚杆在每级观测时间内，束体位移不大于0.1mm，可施加下一级荷载，否则要延长观测时间，直至位移增量2.0h内小于2.0mm时，再施加下一级荷载；而对于淤泥及淤泥持土中锚杆，当加荷等级为材料破断荷载0.6和0.8倍时，锚头位移增量在2.0h内小于2.0mm时，才可施加下一级荷载，其它同前7破坏标准：当具备下述条件之一时，即可认为锚杆已经破坏:后一级荷载产生的束体位移增量达到或超过前一级荷载产生位移增量的2倍束体位移不收敛锚头总位移超过设计充许位移值验收试验1数量：取锚杆总数的5，且不少于3根2最大施加荷载：在任何情况下，最大施加荷载不能大于材料破断强度的0.8倍。对永久锚杆取设计轴向拉力的1.5倍；对临时锚杆取1.2倍3施荷方法：逐级加荷，逐级稳定，初始荷载取锚杆设计轴向拉力值的0.1倍，具体规定见表8824量测次数：在每级观测期内，量测位移的次数，不应少于3次5结束标准：在最大试验荷载下观测15min后，卸荷至初始荷载，并量测位移，然后加荷至锁定荷载锁定，结束试验6验收标准：锚杆总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的80，且小于自由段与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长在最大试验荷载作用下，束体位移趋于稳定蠕变试验1塑性指数大于17的淤泥及淤泥质土层中的锚杆应进行蠕变试验2加荷等级与观测时间应满足表1082规定3在观测期内荷载必须保持恒定并按时间间隔1、2、3、4、5、10、15、20、30、45、60、75、90、120、150、180、210、240、270、300、330、360min记录蠕变量4资料整理：绘制蠕变量时间对数（St）曲线，计算蠕变量表1082 加荷等级与观测时间加荷等级观测时间（min）临时锚杆永久锚杆验收试验蠕变试验验收试验蠕变试验0.10Nt5/5/0.25 Nt5/5100.50 Nt51010300.75 Nt103010601.00 Nt1060151201.20 Nt1590152401.33 Nt/120/3601.50 Nt/15/注：Nt锚杆的设计轴向拉力值表883 主要试验参数的获取与计算参数名称获 取 方 法简 要 说 明张拉荷载据测力计的示数，查标定曲线测力计与千斤顶配套标定，以便相互验证，但以测力计示数为准极限荷载(Ru)测力计显示的最高荷载在岩体锚固中指工作单元所能承受的最大荷载；而在土层锚固中取最大荷载的95，做为极限荷载锚固安全系数(Ko)通过公式计算是锚固工作单元极限荷载（Ru）与设计承载力（Nt）的比值： Ko Ru Nt锁定荷载从测力计获取测力计安装在工作锚板下面，锁定后立即测读示数，经查率定曲线获得锁定损失经计算获得锁定损失张拉荷载锁定荷载孔壁摩阻损失由测力计与测试元件获取张拉端施加的荷载，传递到非张拉段（如内锚段上部）过程中，由于孔壁弯曲、束体结构形式、张拉方式等原因造成的预应力损失张拉端荷载可用测力计获取，而非张拉端要通过安装在预应力筋上的测试元件获得国内一些工程，例如三峡、白山大坝等均进行过这方面的试验，所测得的损失情况见表1084蠕变系数(Kc)通过蠕变试验获得的蠕变量经计算获得计算公式为：Kc(S2S1)(lgt2lgt1)S1 t1时刻测得的蠕变量S2 t2时刻测得的蠕变量对于一个合格的工作单元，在最后一级荷载作用下，蠕变系数不应大于2.0mm束体位移(伸长)值用百分表或钢尺测得必须用量程足够大的仪器量测正常施工用钢板尺量测，已可满足施工精度要求束体受力不均匀系数() *依据实测数据经计算获得在预应力筋上粘贴应变片或并联应变计等方法，监测其受力状态每根筋的实际受力（Ti）与预应力筋理论受力（T）之比，称为不均匀系数（）国内一些工程实测情况见表1085注：有*者，其计算方法规范没有明文规定。表1084 孔壁摩阻损失实测值工程名称三峡永久船闸边坡试验三峡永久船闸边坡施工李家峡边坡加固工程白山水电站大坝加固工程（孔口-孔底）/孔口（%）1.7%0.9%30%22%注：由于试验方法不统一，以及锚固具体应用环境存在较大差异，因而表中数据的可比性较差表1085 束体预应力筋受力不均匀系数工程名称双牌白山地下厂房白山15号坝段锚固丰满坝基加固镜泊湖进水口小浪底隧洞开挖试验丰满600t级锚索试验漫湾加固工程不均匀系数0.951.110.661.250.71.170.81.170.871.130.41.670.911.030.951.05测力计工作原理是：承力体受到压力作用，自身产生弹性变形，由灵敏感应元件感知此种变形，并将信号输出到二次仪表，建立一一对应关系，实现测力。而装有液压枕的测力计，当承力体变形后，首先使封闭于枕内的不可压缩液体产生压力变化，再由灵敏感应元件同步感测液体压力变化，从而实现用一个灵敏感应元件即可测力的目的。图10-8-1 测力计示意图1-承力体；2-应变计；3-钢弦；4-磁阻式传感器；5-钢弦式传感器；6-温度计；7-液压枕；8-外环；9-轮辐；10-内环一些测力计的技术性能参数见表1086。目前国内有些单位正在研制可拆除式测力计，即在测力计工作一定年限后或出现故障时，可从锚头处将测力计拆下来，对其检测、修复、标定后，重新装回原处，而不影响锚索受力状况。表1086 一些测力计主要技术参数型号CXGMKs4cBMS1IRXcLNA4900分辨率1(kN)0.150.25（灵敏度）0.03F.S0.15%0.025F.S精度（F.S）10.3不重复度1.50.3重复性误差0.50.5允许过载（F.S）2020%5020%10025工作温度（C）2560406020702560-30704075研制单位柳州建筑机械厂丹东三达测试仪器厂煤炭科学研究总院中国地质科学院探矿工艺研究所中国水利水电科学研究院大连基康工程监测技术有限公司3.2并联式多点位移计并联式多点位移计（见图1082 ）可用来监测被加固体的位移，它主要由四部分组成：测筒（4、5）、传导杆、锚头及测量显示仪表。测筒内装位移传感器，其坚固的外壳还可起到保护仪器的作用；锚头固结在被测地质体中。传导杆连结锚头和位移传感器，传递锚头处位移量。传导杆有金属杆或金属丝之分。下面介绍金属杆多点位移计。图10-8-2 多点位移计结构及安装示意图1-锚头；2-传导杆；3-钻孔；4-上筒；5-下筒；6-PVC塑料护管；7-套管测筒。测筒一般为不锈钢或铝合金件，外径为110 mm130mm，长300 mm400mm，分上筒和下筒两部分。上筒内装有48根可滑动的导线及受力弹簧等，而下筒依量测方式而定，电测时其内装有48个电位移传感器，由电测仪表测读。当机测时，其内装一块有48个孔的不锈钢基准板，用专用的千分表或百分表测读。目前已有可同时进行电位移传感器量测和机械式位移量测的测筒。位移计锚头。多点位移计的锚头种类较多，有机械或液压涨壳式、注浆粘结式、楔缝式、压缩木式等。锚头是位移计的关键部件，锚头锚固是否牢靠，直接影响量测结果的可靠性和稳定性。涨壳式和楔缝式锚头安装方便，适用于完整或比较完整的坚硬岩体；注浆式最可靠，适用于破碎岩体，爆破震动范围内岩体；压缩木式锚头一般仅适用于地下水位以下或非常潮湿的岩体中。金属传导杆。传导杆连接着锚头和位移传感器，反映锚头相对测筒的位移。传导杆用经过调直及磨光的不锈钢圆杆制作，外面用PVC塑料管保护，沿程采取“多点支承、减少摩阻”的措施，防止由于挠曲、弯曲、磨擦造成测量误差。在温度变化较大地区，对测量结果，必须进行温度校正。一些常用的多点位移计的性能参数如表1087 所示。表1087 杆式多点位移计性能参数型号传感器类型测量深度（m）测点（个）灵敏度（mm）量程（mm）测量方式研制单位SDW型振弦式3050460.10视需要而定钢弦频率计中国水利水电14局施工科研所CDJ6型振弦式4060.180100钢弦频率计成都勘测设计院BM1型机械式2050.0230钢尺或百分表北京钢铁学院IRDWJ型振弦式3060160.01视需要而定数字式频率计中国水利水电科学研究院注：钻孔直径一般需76100mm3.3钻孔测斜仪目前采用的测量法主要有人工测斜法和测斜仪测斜法。人工测斜法有灯光法和浮筒重锤测斜法等。此类方法操作方便，设备简单，测斜成果获得快且准确，常用于孔口或孔深不大的钻孔的检验。测斜仪测孔适应性更好，不论是铅直孔或斜孔，