水工预应力锚固设计规范SL212-98

1总则2术语3一般规定4锚杆体的选型与设计5岩体预应力锚固设计6水工建筑物的预应力锚固设计7试验与监测设计附录A预应力锚杆锚固试验规定附录B监测内容与项目条文说明打印刷新UDC中华人民共和国行业标准PSL21298水工预应力锚固设计规范DESIGNSPECIFICATIONFORHYDRAULICPRESTRESSEDANCHORAGE19980604发布19980801实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准水工预应力锚固设计规范DESIGSPECIFICATIONFORHYDRAULICPRESTRESSEDANCHORAGESL21298主编单位东北勘测设计研究院批准部门中华人民共和国水利部施行日期1998年8月1日中国水利水电出版社中华人民共和国水利部关于批准发布水工预应力锚固设计规范SL21298的通知水科技1998223号根据部水利水电技术标准制定、修订计划,由水利水电规划设计总院主持,以东北勘测设计研究院为主编单位制定的水工预应力锚固设计规范,经审查批准为水利行业标准,并予以发布。标准的名称和编号为水工预应力锚固设计措拖SL21298本标准自1998年8月1日起实施。在实施过程中各单位应注意总结经验,如有问题请函告主持部门,并由其负责解释。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。一九九八年六月三日前言水工预应力锚固设计规范,是由水利部水利水电规划设计总院会同电力工业部水电水利规划设计总院,根据水利水电工程中预应力锚固技术发展需要安排编写的。本规范编制过程中,广泛收集了水利水电工程预应力锚固的设计、施工和科研方面的成果，全面地总结了水利水电工程预应力锚固技术的经验,并征求了国内有关行业预应力锚固技术部分专家的意见。本规范共七章两个附录。其主要内容有总则、术语、一般规定、锚杆体的选型与设计、岩体预应力锚固设计、水工建筑物预应力锚固设计和试验与监测设计。本规范解释单位水利部水刊水电规划设计总院本规范的主编单位水利部东北勘测设计研究院本规范主要起草人赵长海王永年田裕甲上官能余如生刘俊柏邓德炎孙洪泽王俊杰王槟车黎明李勇郝长生目次1总则2术语3一般规定3L基本资料32锚杆材料33锚固设计的基本内容4锚杆体的选型与设计41锚杆体的造型42锚杆体的结构设计43锚杆体的防护设计44张拉力的控制和张拉程序设计5岩体预应力锚固设计5L岩质边坡52坝基53地下洞室6水工建筑物的预应力锚固设计6L预应力闸墩62闸室、挡墙63水工建筑物的补强加固7试验与监测设计7L材料及被锚固介质特性的检验72锚杆的整体性试验73锚固效果的原位监测设计附录A预应力锚杆锚固试验规定附录B监测内容与项目条文说明1总则101为经济合理地进行预应力锚固工程设计,保证锚固工程设计质量,推动工程锚固技术发展,制定本规范。102本规范适用于水利水电工程中地基、边坡、地下洞室的岩体及水工混凝土结构的预应力锚固设计。103对于预应力锚固工程的锚固介质,应做好地质勘察工作,并用理论分析和原位监测资科相结合的分析方法,对加固对象做出稳定性评价。采用预应力锚杆进行工程加固设计时,应从工程实际出发,因地制宜地采用新技术,做到安全可靠、经济合理。104水工预应力锚固设计,除应符合本规范的规定外,还应符合国家现行的有关标准的规定。2术语201预应力锚固通过对锚杆索施加张拉力,实现对岩体或混凝土结构物的加固,使其达到稳定状态或改善结构物内部的应力状况。202预应力锚杆施加预应力后的锚杆。本规范将预应力锚杆和预应力锚索统称为预应力锚杆。203普通预应力锚杆采用普通钢材,施加的张拉力小于300KN的预应力锚杆。204锚束一数股钢丝、钢铰线或钢筋,按一定规律编排成束的锚杆。205永久性预应力锚杆在永久性工程中布置的,使用年限为2年以上的预应力锚杆。206临时性预应力锚杆在临时性工程中布置的和在永久性工程中布置的使用年限为2年以内的预应力锚杆。207锚杆体预应力锚杆的整体。包括锚固段、张拉段、外锚头及相连接的所有部件。208锚固段预应力锚杆体的内部持力端。它是用胶结材料或用金属加工的机械装置,使锚杆内端同被锚固体深部稳定的介质形成整体的区段。209张拉段一对预应力锚杆施加拉力时,依靠镭杆材料本身具有的弹性,可以自由伸长的部分。当锚杆锁定后,又依靠这部分的弹性变形对被锚固的介质施加预应力。2010外锚头对锚杆实现张拉和锁定的支撑装置。2011有粘结预应力锚杆锚杆张拉锁定后,对全孔进行封孔灌浆或采用其他方法,使锚杆与孔璧结合成整体,锚杆与被锚固介质无相对滑动的预应力锚杆。2012无粘结预应力锚杆锚杆张拉锁定后,锚杆的张拉段同被锚固介质之间能保持相对滑动的预应力锚杆。2013预应力钢材强度利用系数当预应力锚杆的张拉力达到设计值时,锚杆材料的应力值与锚杆材料极限抗拉强度的比值。2014设计张拉力根据锚固设计需要,并考虑一定安全余度和由于岩体流变、混凝土徐变及钢材松弛可能引起的预应力损失,确定的每根锚杆应施加的张拉荷载。2015超张拉力为消除由于锚杆同孔壁的摩擦和锚具的回缩而引起的预应力损失,施工时将设计张拉力提高后的实际张拉荷载。2016安装荷载预应力锚杆张拉锁定后,锚杆实际存在的荷载。2017永存张拉荷载一预应力锚杆中,各种因素造成的预应力损失均完成之后,稳定的预应力值。2018预张拉预应力锚杆正式张拉作业之前,为使锚束中各股钢丝或钢绞线拉直或锚杆位置校正,所进行的张拉作业。2019补偿张拉预应力锚杆锁定后,由于预应力损失较大,而进行的再次张拉作业。2020压缩型锚固段采用无粘结锚杆,并通过改变锚固段结构型式的办法,使锚固段由受拉变为受压,由锚固段的压缩传递张拉力,此时锚固段称之为压缩型锚固段。2021压缩集中型锚固段锚固段采用一个承载体,压缩应力集中于锚固段端部,这样的锚固段称之为压缩集中型锚固段。2022压缩分散型锚固段锚固段采用多个承载体,压缩应力分布于整个锚固段中,这样的锚固段为压缩分散型锚固段。3一般规定31基本资料311在进行预应力锚固工程设计时,根据对工程的稳定牲和结构物应力分析的有关设计资料,对锚固措施的合理性、安全性进行技术经济比较。312锚固设计应具备如下地质资料1同锚固工程有关的地形、地貌及建筑物的布置。2围岩级别、主要构造的产状、名种结构面的组合关系以及地下水发商程度。3锚固工程所涉及部位岩体的抗压强度、抗拉强度、声波速度、岩体的C、值,以及可能失稳的结构面的C、指标和胶结材料同被锚固介质的粘结强度。对于、V级围岩,还应提供围岩的流变特性。313对于重要的锚固工程,应具有原位监测资料。32锚杆材抖321锚杆材料可根据锚固工程性质、锚固部位、工程规模选择高强度、低松弛的预应力钢丝、钢绞线、精轧螺纹钢筋或普通预应力钢筋。322采用高强预应力钢丝做为锚杆材料时,其力学性质必须符合国家关于GB/T52231995预应力混凝土用钢丝的规定；采用预应力钢绞线做为锚杆材料时,其力学性质必须符合国家关于GB/T52241995预应力混凝土用钢铰线的规定；采用精轧螺纹钢筋做为锚杆材料时,其物理、力学性质应符合表3221和表3222的规定。表3221精轧螺纹钢筋的公称直径和直径允许偏差表3222精轧螺纹钢筋的力学性能323预应力锚杆的外锚头、锚夹具、机械式内锚头和预应力钢筋联结器的材料性能，应符合国家关于钢材质量的规定。各种部件材质的力学强度，应达到钢材极限抗拉强度的95以上。324预应力锚杆锚固段和封孔灌浆采用水泥浆时，应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥的质量应符合国家GBL75硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的规定。325采用无粘结预应力锚杆时，套管的强度，应足以避免施工过程中发生破损。套管材料还应具有防渗性、化学稳定性和耐久性并与混凝土、钢材和防腐剂不发生物化反应。33锚固设计的基本内容331锚固设计应包括以下内容1确定锚固范围和锚固深度。2选择锚固方式。3计算锚固力的大小。4确定预应力锚杆的数量,选择布置方式。5确定锚杆的结构型式及各项参数。6编制施工技术要求和特殊情况的技术处理措施。7锚固效果监测及锚固后工程安全评价。332预应力锚杆的锚固范围和施加的锚固力应根据工程地质勘察的资料、软弱结构面的位置、产状和力学性质,按照稳定分析结果确定。333单根预应力锚杆的设计张拉力,应根据下列因素确定1保证被加固结构物安全运行需要的总锚固力的大小。2锚固介质和胶结材料的力学强度。3预应力锚杆材料的力学强度。4锚夹具的类型、张拉设备出力和施工扬地条件。5可能发生的预应力损失。334预应力锚杆的数量,应根据总锚固力和单根预应力锚杆设计张拉力的大小确定。335预应力锚杆的长度,应按不稳定结构面的位置和在稳定的介质中有安全的胶结长度等条件确定。336岩体锚固中,预应力锚杆应按下列原则布置1根据锚杆的数量、施工条件、工艺要求,采用方形、梅花形、矩形或菱形布置。应能提供均匀的锚固力。2预应力锚杆的轴线方向,应按最优锚固角布置。当受施工条件限制时,可适当调整轴线方向,并应进行技术经济比较,以做到经济有效。3当采用群锚时,为了防止锚固段部位应力条件恶化,锚杆可长短相间布置,或采用压缩分散型锚固段。337水工混凝土建筑物中,预应力锚杆应按下列原则布置1预应力闸墩中的预应力锚杆,应根据闸墩的结构型式、闸墩中的应力分布和施工条件,经综合比较选定。2结构物中的拉应力,应小于相应规范的规定。为改善锚固段部位的应力状态,预应力锚杆宜长、短相间布置。338预应力锚杆孔的直径,应大于锚束宜径40MM以上。采用机械式锚固段时,锚固段邵位钻孔直径的允许误差为2MM。339重要工程进行锚固设计时,除应按刚体平衡法进行稳定分析外,还应采用完善的数学模型和物理模型,对锚固效果做出论证。对中、小型锚固工程或临时性锚固工程,可直接采用“工程类比法”进行锚固设计。3310永久性预应力锚固工程,应根据工程的重要性,周围介质和渗透水的化学性质等条件,对预应力锚杆进行防腐、防锈处理。3311重要工程或工程的重要部位,应根据实际运行需要,布置一定数量的试验性锚杆。通过试验性锚杆,验证预应力锚杆握供的锚固力、设计选定的参数的合理性。必要时应按试验结果,调整预应力锚杆的各项设计参数。3312锚固工程应做施工期和永久运行期的安全监测设计。4锚杆体的选型与设计41锚杆体的选型411锚杆体的型式，应根据锚固工程的使用年限、单根锚杆的设计张拉力、锚杆的布置及施工条件，经综合比较进行选择。412单根预应力锚杆的设计张拉力小于1000KN；需要迅速实现钱固的抢险工程，岩石力学强度在60MPA以上；或锚固段难以使用胶结材料的情况下，宜选择机械式的锚固方式。413单根预应力锚杆的设计张拉力大于1000KN；锚固段岩体较为软弱破碎，宜选用胶结式锚固方式或带有承载体的胶结式锚固方式。414预应力锚杆的外锚头，应由专门厂家采用金属材料制造。制造锚头的材料应符合本规范323条的规定。生产厂家的产品应通过国家质量监督部门的质量认证。特殊情况下，通过现场试验论证后，可采用其他型式的外锚头。415锚杆材料选择，应遵守下述规定1永久性预应力锚固工程，应选择高强度、低松弛的钢丝或钢绞线。2当要求预应力锚杆具有一定刚度，或由于锚杆安装的特殊需要，锚束可采用精轧螺纹钢筋。3对于防腐要求较高、观测性锚杆或有补偿张拉要求的锚杆，可采用无粘结式锚杆。4设计张拉力较小的临时性锚固工程，可采用普通预应力钢筋。416张拉设备的选择，应满足下列要求1张拉设备的出力，应满足超张拉的要求，其最大出力宜大于设计张拉力的150。2张拉设备的行程，宜大于锚杆的弹性伸长和接触变形之和。3张拉设备应按计量法规要求，定时标定。417在施工允许的条件下，应优先选择对拉式预应力锚杆。418新研制的预应力锚杆，必须经过现场验证后，方可在锚固工程中应用。42锚杆体的结构设计421预应力锚扦体中的锚固段、张拉段、外锚头，以及各种联接部件，应按等强度的原则进行设计。422胶结式锚固段所提供的锚固力，必须大于预应力锚杆的超张拉力。锚固段长度可按式422确定，其胶结长度的安全系数可按表422的规定选取。对于重要工程，锚固段长度还应通过现场拉拔试验进行验证。422式中LL锚固段长度；QM单根锚杆超张拉力；D锚杆孔直径；C胶结材料同孔壁的粘结强度；K锚固段长度的安全系数按表422选取。表422胶结式锚固段安全系数永久性锚固工程临时性锚固工程工程性质与锚杆孔方向仰孔俯孔仰孔俯孔安全系数K20151612423当计算决定的锚固段长度大于10M时，宜采取改善锚固段岩体质量、改变锚头结构或扩大锚固段直径等技术措施，提高胶结式锚固段的锚固力。424锚固段的胶结材料，应根据锚固工程的需要和锚固段的岩体强度等因素，选择水泥浆、水泥砂浆或树脂材料。胶结材料的性能应符合本规范324条的规定。水泥浆胶结材料的抗压强度等级，不应低于C35；树脂材料的抗压强度等级，不应低于C50。425机械式内锚头应根据单根锚杆的设计张拉力，锚固部位岩体质量，并参照已建工程的经验选择其结构型式和结构尺寸。对于重要工程，还应对选定的机械式锚固段结构进行现场拉拔试验，验证其锚固力。426采用机械式锚固段时，锚固段的结构尺寸，应与锚杆孔直径有较好的配合。应保证锚固段安装后，其外夹片与孔壁呈整合状曲面接触。锚杆拉紧后，外夹片的齿纹同孔壁紧密咬合，并保证作用在孔壁上的压力分布均匀，在锚杆超张拉力的作用下，锚因段不产生滑移。427锚束的结构设计应遵守下列规定1锚束采用的高强预应力钢丝，钢绞线或精轧螺纹钢筋的材质应符合本规范322条的规定。进行预应力锚杆设计时，在设计张拉力作用下钢材强度的利用系数为06065。2锚束中各股钢丝或钢绞线的长度应一致。沿锚束的长度方向，应安设隔离架，对于陡倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不大于4000MM；对于缓倾角方向布置的锚杆，隔离架间距不大于2000MM。隔离架中，还应预留灌浆管和排气管的通道。3封孔灌浆后，锚束应有大于20MM的保护层厚度。4机械式锚固段同钢丝或钢绞线的联结必须牢固，联结部件的强度，应满足本规范323条的规定。428外钻头的结构设计应遵守下列规定1外锚头及其各部件的承载能力，必须同单根锚杆的最大张拉力相匹配，其材料性能应符合本规范323条的规定。2外锚头的结构型式，应有利于孔口设备的布置与安装，有利于锚杆的张拉,有利于锚杆的锁定和多余钢绞线的切除。3采用的锚夹具,当锚杆张拉时,应保证锚杆受力均匀,夹片的硬度适中,不能损伤钢或钢绞线。锁定时,钢丝或钢绞线的回缩量不大于5MM。4孔口混凝土垫墩应保证传力均匀。垫墩尺寸,应根据单根锚杆的最大张拉力、垫墩材料性质、锚杆孔口周围的地质情况及其力学性质,通过计算决定。垫墩混凝土的强度等级不应低于C30。5垫墩之上应设置钢垫板,钢垫板的平面尺寸可略小于垫墩上平面尺寸,垫板厚度不小于20MM。钢垫板和垫墩的承力面,应垂直于锚杆孔的轴线,其偏差角不宜大于2。43锚杆体的防护设计431预应力锚固工程中的锚杆体,可按表431的标准,进行防腐、防锈处理。表431预应力锚杆的防腐、防锈标准预应力锚杆的工作时间工作环境临时性预应力锚杆永久性预应力锚杆无侵蚀性按A级进行防护张拉后15天内,按C级进行耐久性防护中等侵蚀性张拉前按A级或B级防护张拉前按A级或B级防护。张拉后按C级进行耐久性防护强侵蚀性张拉前接B级进行防护。张拉后按C级进行耐久性防护张拉前按B级进行防护。张拉后按C级进行耐久性防护注A级防护材料液态防护，如石灰水、防腐油。B级防护材料塑态防护,如凝胶、树脂、防锈油脂等。C级防护材料刚性防护,如水泥浆或水泥沙浆。432锚杆体防腐、防锈处理时,所使用的材料及其附剂中,不得含有硝酸盐、亚硫酸盐、硫氰酸盐。氯离子含量不得超过水泥重量的002。433预应力锚杆采用水泥砂浆或水泥浆做为封孔灌浆或胶结材料时,应符合本规范324条的规定。掺入的减水剂、早强剂、膨胀剂中对钢材有腐蚀作用的物质含量也应符合本规范432条的规定。434无粘结预应力锚杆锚固段所使用的胶结材料亦应满足本规范433条规定。对于张拉段也必须采用水泥浆或水泥砂浆进行全孔封闭灌浆防护。44张拉力的控制和张拉程序设计441对于岩体锚固工程,施加设计张拉力时,锚束中的各股钢丝或钢绞线的平均应力,不应大于钢材极限抗拉强度的60当施加超张拉力时,其各股钢丝或钢绞线的平均应力,不宜大于钢材极限抗拉强度的69。442对于水工建筑物的锚固工程,当施加设计张拉力时,锚束中各股钢丝或钢绞线的平均应力,不应大于钢材极限抗拉强度的65；当施加超张拉力时,其各股钢丝或钢绞线的平均应力,不宜大于钢材极限抗拉强度的75。443预应力锚杆张拉程序设计,应遵守下列规定1锚杆的张拉力应分级施加,逐级增加至超张拉荷载。2每级张拉荷载下,应持荷5MIN,锚杆锁定后,当预应力损失超过设计张拉力的10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超张拉荷载。补偿张拉最多进行两次。3对于群锚工程,为避免锚杆张拉时,使邻近已锁定锚杆产生应力松弛,应优化张拉程序设计。若邻近锚杆产生应力松弛的幅度超过设计张拉力的10时,应进行补偿张拉。444为保证预应力锚杆锁定时的预应力效果,应根据锚夹具的性能和造孔质量,确定超张拉力的数值。一般情况下超张拉力不宜超过设计张拉力的115。5岩体预应力锚固设计51岩质边坡511为防止岩质边坡滑动,采用预应力锚杆加固时,应同采用阻滑桩、抗滑墩,或以预应力锚杆为主的综合加固方案进行技术经济比较。512根据可能使边坡失稳的软弱结构面位置、产状及其各项力学指标,应采用极限平衡理论进行稳定性分析,确定失稳边坡的范围、滑动面位置和下滑力的大小。513应在充分考虑岩体自身强度作用的原则下,决定由预应力锚杆提供的抗滑力。对边坡施加预应力后,岩体边坡的稳定状况应符合式513的规定。513式中QL岩体强度提供的抗滑力Q2其他加固措施提供的抗滑力Q3预应力锚杆提供的抗滑力Q滑动体的下滑力K抗滑稳定安全系数,其中永久性预应力锚固工程K1815；临时性预应力锚固工程K1512。514锚杆长度,应按式514确定。LLLL2L3514式中L预应力锚杆长度；LL锚固段长度,胶结式锚固段长度应按式422计算确定；机械式锚固段,应根据锚杆同锚固段的搭接长度确定；L2张拉段长度；L3外露长度。515预应力锚杆同水平面的夹角,可按式515确定。515式中最佳锚固角；滑动面软弱结构面倾角；软弱结构面内摩擦角。当确定的最优锚固角为55时,锚杆同水平面的夹角应调整至一5或5。当受到施工场地或施工设备限制时,可适当调整锚固角度,但必须通过技术经济比较,以确定最佳的锚固角度。516在边坡锚固设计时,应做好截水、排水设计。施工用水的排、放布置也应合理。52坝基521坝基的预应力锚固设计,应针对不同的工程对象,按相应的规范进行抗滑稳定、抗倾覆稳定和应力分析计算,确定加固范围和锚固力的大小。522采用预应力锚杆对坝基加固,坝体提供的抗滑力和由预应力锚杆提供的抗滑力与沿坝基或软弱结构面上的滑动力之比,应满足有关规范规定的安全系数。523坝基施加预应力荷载后,锚固荷载加上坝基在各种荷载组合下地震荷载除外,坝基所承受的最大压应力,应小于坝基容许压应力。坝基的拉应力应满足有关规范的相应规定。524加固坝基的预应力锚杆的轴线方向,应根据场地条件和方便施工,经过技术经济比较选定。525根据软弱结构面的位置和产状,应按式514的规定计算锚杆长度,并根据结构物的布置和施工条件确定锚杆布置。526坝基加固的预应力锚杆,应遵照本规范431条的规定,按刚性防护标准C级进行防护。527对裂隙发育或较为软弱破碎的基础,为了提高锚固效果,霄要进行固结灌浆时,固结灌浆的设计,应遵守相应规范关于坝基固结灌浆的规定。53地下洞室531对各种用途的地下洞室的不稳定围岩,可采用预应力锚杆进行加固,以保证地下洞室的围岩稳定和安全运行。532对围岩的稳定性分析,可采用极限平衡理论、有限元分析、模型试验或原位监测分析等成熟的方法。在分析结果中,有下列情况之一者,应采用预应力锚杆,或以预应力锚杆为主、普通锚杆为辅的综合措施,进行整体或局部加固1围岩中的压剪破坏区和塑性区。2各种结构面组成的下滑区或塌落区。3作用在岩壁上的吊车梁。533属于整体性质的压剪玻坏区和塑性区,应采用系统加固的方法进行设计。系统加固的普通锚杆和钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力,满足不了围岩稳定需要的最小支护抗力时,应采用预应力锚杆加固。预应力锚杆提供的支护抗力按式533计算533式中PL由预应力锚杆提供的单位面积上支护抗力；Q1单根锚杆提供的锚固力；A单根锚杆所控制的面积。534由预应力锚杆、普通锚杆、钢筋网喷射混凝土和围岩本身提供的支护抗力之和应满足式534的规定。534式中PL预应力锚杆提供的单位面积上的支护抗力；P2普通锚杆提供的单位面积上的支护抗力；P3钢筋网喷射混凝土提供的单位面积上的支护抗力；P4围岩具有的单位面积上的支护抗力；PI围岩稳定需要的最小单位面积上的支护抗力；K围岩稳定安全系数,可取为1815。535预应力锚杆应穿越破裂区或塑牲区,锚固段必须布置在没有扰动的弹性区内。锚固段长度应满足式422规定。536预应力锚杆的间距不宜大于预应力锚杆张拉段长度的1/2。537预应力锚杆应均匀布置。锚杆方向应按洞室轮廓线的法向布置。538属于局部范围压剪破坏区、塑性区,由各种结构面组成的下滑区或塌落区,以及岩壁吊车梁,应按局部加固进行设计。539位于顶拱部位的塌滑体,应按预应力锚杆承担全部塌滑体重量决定锚固力。5310位于边墙部位的塌滑体,应在充分考虑塌滑体周围岩体的嵌固作用,并按岩质边坡的规定,计算需要锚杆提供的锚固力。5311对有相邻洞室的岩墙,应优先采用对拉式预应力锚杆。6水工建筑物的预应力锚固设计61预应力闸墩611当弧形闸门承受的水推力达到35000KN以上,闸墩中混凝土出现较大拉应力时,应采用预应力式闸墩。612闸墩中的预应力锚杆按下述原则进行设计1锚块与闸墩和与大梁相连的颈部,以及闸墩的锚固区上游混凝土中的主拉应力,应满足SL/T19196水工混凝土结构设计规范的规定。2混凝土支撑结构的强度及变形应满足结构及运行的要求。613预应力闸墩的结构设计,应采用三维有限元法进行闸墩的应力分析,必要时还应采用结构模型试验加以论证。614进行闸墩应力分析时,必须考虑各种荷载组合和所控制的工况。615闸墩中预应力锚杆的布置,应遵守下列规定1预应力锚杆合力方向,宜同弧门支铰推力方向一致。2预应力锚杆在平面上的布置,应力求使闸墩内部应力分布均匀。闸墩中锚杆的间距不得小于500MM,边部锚杆同闸墩边缘的距离不得小于600MM。616为了改善锚块的应力状况,应设置一定数量的次锚杆。次锚杆一般为水平方向布置。617闸墩预应力锚杆穿索孔道的直径,应根据锚杆的直径决定,并留有一定的空间和灌浆通路。穿索孔道可以采用预埋钢管或预埋波纹管。618预应力闸墩中,锚固区域的混凝土强度等级,不得低于C30。锚块的混凝土强度等级不得低于C40。62闸室、挡墙621为了节省工程造价,减少闸室或重力式挡墙的工程量,并保证闸室和挡墙的稳定,可采用预应力锚杆进行加固。622对闸室施加的锚固力,应满足抗浮稳定的要求。其安全系数应符合相应规范的规定。锚固设计时,抗浮力不足的部分,由预应力锚杆施加于闸室的法向力承担。623挡墙中的预应力锚杆,应按下述规定设计1挡墙承受的水压力或土压力,由预应力锚杆和挡墙的自重共同承担。2根据对挡墙稳定分析结果决定锚杆的数量和单根锚杆的设计张拉力。3根据挡墙的用途、断面形式和可能失稳破坏的方式,通过技术经济比较,选择最优的锚固角度。63水工建筑物的补强加固631对需要加高的坝体或对水工建筑物的裂缝、缺陷进行补强时,经过技术经济比较,可采用预应力锚杆进行加固。632采用预应力锚杆加固坝体,在坝体抗滑稳定校核中,抗滑稳定安全系数应满足本规范522条的规定。坝基应力应满足本规范523条的规定。633对水工建筑物的裂缝或缺陷采用预应力锚杆加固时,应选择适合于原水工建筑物强度要求的锚固力。为减少锚固段部位的应力集中,锚固段应错开布置。634对水工建筑物裂缝实行预应力锚固后,对裂缝进行固结灌浆时,应控制灌浆压力。7试验与监测设计71材料被锚固介特性的检验711对于重要锚固工程,在施工初期应通过现场试验对下列项目进行检验1胶结材料同被锚固介质的粘结强度。2控制性软弱结构面的C、值。3特殊工程还应进行预应力损失试验。712预应力锚杆施工阶段,应通过抽样栓查的方法,对如下项目进行检验1锚杆材科实际强度。取样数量应符合SL4694水工预应力锚固施工规范的规定。检验结果应符合322条的规定。2胶结材科的抗压强度、抗拉强度以及同被锚固介质的粘结力。取样数量为5。试验结果不应低于设计值。3防护材料的化学成份及其稳定性。检验结果应符合本规范432条的规定。713各项检验方法应符合国家或行业有关标淮。72锚杆的整体性试验721为验证预应力锚固设计,检验预应力锚杆施工工艺,指导安全施工,在锚固工程施工初期,应进行预应力锚杆整体性试验。722整体性试验应按本规范附录A规定的方法进行,无特殊要求,不应在工作锚杆中进行破坏性试验。723整体牲试验的数量,可按工作锚杆的3控制,有特殊要求时,可适当增加。整体性试验的平均拉拔力,不应低于预应力锚杆的超张拉力。当平均拉拔力低于此值时,应再按3的比例补充整体性试验的数量。试验结果仍达不到规定标准,则应追加工作锚杆的布置数量。724重要工程与工程的重要部位,应在现扬选挥有代表性的地段进行顶应力损失量和群锚的相互影响试验。73锚固效果的原位监测设计731预应力锚固工程应根据工程的重要性和实际条件,对预应力锚杆的工作状况和锚固效果进行施工期和永久运行期的原位监测。732施工期的原位监测,以保证施工安全和施工质量为目的。可按本规范附录B选择监测项目。监测内容应简单,采用的仪器应轻便灵敏,观测应快捷,信息反馈应迅速。施工期监测的观测断面，应设置在锚固区的关键部位。有条件时,宜同永久监测结合。733预应力锚固工程的长期原位监测应遵守下列规定1长期监测应以锚固区域的整体稳定和锚杆预应力保持为主。可按本规范附录B的规定选择监测项目。2长期监测至少应安设一个观测断面,一个观测断面至少应设置三个观测部位。3验长期监测宜从锚杆施工初期开始,以获得连续、完整的观测资料。734施工期监测和长期监测选用的仪器,应性能稳定,量程与精度满足变形需要。产品应有合格证书。735为保证观测仪器埋设的施工质量,在监测设计时应根据仪器的特性、施工和运行的要求,编写仪器埋设的技术要求。明确埋设方法和保护措施。736原位监测设计文件中,应提出观测要求。施工期监测要定期编制监测简报。附录A预应力锚杆锚固试验规定A01预应力锚杆锚固力非破坏性试验,应遵守如下规定1非破坏性试验可选择在有代表性的锚杆中进行。2按设计拟定的张拉程序,逐级施加张拉力。每级荷载施加后,持荷5MIN,进行相应的观测。当张拉力达到设计张拉力的115时,停止加载,即可认为锚杆的锚固力满足设计要求。A02预应力锚杆锚固力破坏性试验,应遵守如下规定1破坏性试验不得在实际锚固工程部位进行。2选择与加固工程地质条件相似的现扬,按设计拟定的程序和工艺条件造孔、安装锚杆,待锚固段就位或达到养生期限后,安装孔口设备和量测仪器。3用于进行破坏性试验的预应力锚杆,其长度可比工作锚杆短,但应满足试验要求。4按设计拟定的张拉程序,逐级施加张拉力。每级荷载施加后,持荷5MIN,进行相应的观测。当锚固段产生连续性位移,或有30的钢丝或钢绞线拉断,即认为预应力锚杆已达到破坏状态。5当施加的锚固力已达到钢材极限抗拉强度值时,预应力锚杆并没有出现第4款规定的现象,可由实测的荷载与变形关系曲线确定锚固力大小。6进行锚固力破坏性试验时,应做好安全防护,防止人身伤亡和设备损坏事故的发生。附录B监测内容与项目B01原位监测内容包括锚杆体的工作状况和被锚固对象的加固效果。各工作阶段的监测项目可按表B选定。表B预应力锚固工程原位监测内容和项目预应力锚杆工作阶段监测内容监口项目锚杆体材料锚杆的工作状态锚杆的施工质量1锚杆张拉力2锚杆伸长值3预应力损失施工阶段锚固对象加固效果被固体的位移和变形锚杆体锚杆的工作状态预应力值变化工程运行阶段锚固对象锚固工程安全状况被锚固体位移地下水状态中华人民共和国行业标准水工预应力锚固设计规范SL21298条文说明制定说明预应力锚固技术作为对边坡、围岩、基础和各种建筑物的加固手段,已经有了很大的发展和广泛的应用。国内外工程实践表明,它是一种高效、经济的加固措施。这种加固技术,在国际上始于20世纪20年代。我国从60年代开始应用预应力锚杆加固大坝基础,70年代扩展到对阐墩和地下洞室的加固。现在几乎所有的水利水电工程均不同程度的应用预应力锚杆加固高陡边坡、地下洞室、大坝基础、大型弧门的闸墩,也广泛应用于其他水工建筑物的加固和补强。预应力锚固技术的发展不仅表现在应用广泛,还表现在预应力锚杆的锚固力在我国已经发展到6000KN,锚杆的最大张拉力已达到10000KN成功地研制出能施加相应张拉力、性能稳定的系列张拉设备具有适应工程需要的,加工精度高、生产工艺严格、锚杆回缩量小、安全可靠的系列锚夹具产品发展和研制了一批预应力锚固监回仪器,此外在造孔和锚杆施工方面也有了一套完整的可行的技术。这些预应力锚固配套技术的形成和发展,促进了我国预应力锚固技术的发展和应用,同时也推进了我国预应力锚固设计和施工技术法规的形成。为了进一步推广应用和发展预应力锚固技术,规范预应力锚固技术的应用,特制定本规范。水工预应力锚固设计规范,主编单位为东北勘测设计研究院,参编单位有西北勘测设计研究院和湖南省水利水电勘测设计研究院。1996年9月,由水利水电规划设计总院和水电水利规划设计总院共同主持,邀请了冶金部、水利部、电力部、工程兵等单位的预应力锚固工程设计、施工和科研方面的专家参加了送审稿审查会,形成了水工预应力锚固设计规范送审稿审查纪要水规局技字19960010号。按照审查会专家们提出的意见和纪要的要求,规范编制单位又经过了近一年的工作,对规范进行了两次补充和修改并提出了报批稿。为了保证规范质量,规范编制组又邀请部分专家进行了讨论,讨论后又做了局部修改。水工预应力锚固设计规范是我国第一部预应力锚固设计规范,它集中了国内预应力锚固专家的智慧,力求全面总结我国预应力锚固发展的经验,反映我国当前预应力锚固的发展水平。但由于预应力锚固技术本身的先进性及其发展的迅速,实施过程之中应注意总结经验,并使该规范在预应力锚固技术的发展和设计实际中逐步加以完善。目次1总则3一般规定31基本资料32锚杆材料33锚固设计的基本内容4锚杆体的选型与设计4L锚杆体的造型42锚杆体的结构设计43锚杆体的防护设计44张拉力控制和张拉程序设计5岩体预应力锚固设计5L岩质边坡52坝基53地下洞室6水工建筑物的预应力锚固设计6L预应力闸墩62闸室、挡墙63水工建筑物的补强加固7试验与监测设计7L材料及被锚固介质特性的检验72锚杆的整体性试验73锚固效果的原位监测设计1总则101预应力锚固技术的最大特点,是尽可能少的扰动补被锚固的土体或岩体,并通过锚固措施合理的提高可利用岩体或土体的强度。所以预应力锚固技术是最为高效和经济的加固技术,因此得到了各行各业的高度重视和迅速的发展。在土木工程建筑中,利用钢丝或钢绞线具有较高抗拉强度的特性,用于建筑和加固各种工程,已取得了良好的效果。早在20世纪初,预应力锚杆就做为一种新的支护手段,用于西利西安的矿山开采。进人30年代以后,阿尔及利亚的舍尔法坝采用预应力锚杆加固取得了成功。到5070年代,则有更多的工程应用了预应力锚杆技术。这种高效、经济的预应力锚固技术,近年来又得到了迅速的发展,目前已广泛的应用于工业民用建筑、桥梁、矿山建设、高陡边坡、大型地下洞室的围岩加固、大型弧门闸墩加固、坝基的加固,以及各种建筑物的维护和补强。在国际上对单根预应力锚杆施加的锚固力已达13000KN,在我国已发展到了10000KN。锚杆的结构类型不仅种类繁多,而且越来越先进。在水利水电建设中,应用预应力锚固技术也越来越普遍,葛洲坝、白山、漫湾、龙羊峡、李家峡、岩滩、小浪底、三峡等大中型工程都不同程度的采用了预应力锚固技术。为了更加有效地推进预应力锚固技术的发展,规范应用条件,合理地利用预应力锚固技术,保证工程安全,特制定本规范。102本规范的应用范围是,采用预应力锚固技术对坝基、岩质边坡、地下工程的围岩,以及混凝土结构的各种水工建筑物的加固、补强等工程的设计。103预应力锚固技术是一种发展中的加固措施,工序比较复杂,种类繁多,应用广泛,而且制约因素较多,又多用于隐蔽工程。在工程设计时必须详尽地掌握工程的运用要求和锚固对象的各种基础资料,根据不同的条件,采用可靠的技术,因地制宜地进行设计工作。为了有利于新技术、新方法、新工艺的推广应用,应开展必要的室内和现扬试验以及工程的原位监测,做好技术论证,以保证锚固工程的安全可靠、技术先进、经济合理。对于锚固工程,因地质条件的差异,运行、管理要求的不同,锚固设计有较大的差别。为做好锚固设计,详尽地掌握地质资料和工程运行要求是必要的。此外,锚固对象又受诸多影响因素的制约,小面积的试验资料又很难真实地反映实际情况,目前一些重要工程,还安排了反映综合因素影响的原位监测。因而这些监测成果也是设计工作不可缺少的重要资料。依据上述基础资料,可参照图103的程序对预应力锚固工程进行设计。图103预应力锚固设计程序图104预应力锚固的目的是采用最为经济、施工简便、布置简捷的方法,提高工程的稳定性,改善工程的应力条件,增加工程运行的安全度。锚固设计是工程设计中的部分内容。本规范主要用于工程的锚固设计,涉及工程其他内容的设计,应遵守相应的规定。3一般规定31基本资料311采用预应力锚杆对岩体、坝基、边坡及水工建筑物进行加固处理,主要目的是保持岩体和水工建筑物的稳定,改善水工建筑物或围岩的应力分布。应根据基础资料,按相应的规程规范,并按其荷载组合进行稳定和应力分析,确定不稳定区域的范围,分析失稳原因。为论证采用预应力锚固技术的先进性和合理牲,还应做好技术经济比较。312预应力锚杆的承载能力、锚杆的长度、锚束的方位受地质情况影响很大,因此必须详尽地掌握锚固部位的地质资料。对地下洞室,主要评价围岩的稳定状态和可能发生塑性破坏的深度、范围对局部破坏部位,主要了解和掌握滑动面或破坏面的位置、产状和不利结构面的组合对水工建筑物本身,要掌握影响稳定和内部应力恶化的各种荷载和运行方式对锚固介质,要掌握所处的环境条件及物理和化学特性。从而正确确定设计参数,优化结构布置和施工方法。为了正确进行锚固设计必须具备的资料包括工程地质平面图、剖面图围岩的级别、岩性、产状和主要构造；岩体强度,结构本身强度；软弱结构面的位置及组合关；围岩同胶结材料的结合强度工程所处位置的水文地质条件地下水发育程度、性质、化学戚分工程建筑物等级、布置、地形、地貌等。上述资料都应通过地质勘察和试验获得。313原位监测的资料,对地下工程的围岩稳定、边坡的稳定评定有非赏重要的价值,原位监测的结果可直观地反映结构物及岩体的稳定状况。为此,许多工程特别是一些重要工程在施工韧期就布置了一定数量的收敛计、多点位移计或测斜仪,监测边坡或地下结构物的稳定状况,而且直接用于工程稳定评价。本规范所规定的重要锚固工程是指一旦出现失稳将给其他工程带来较大的危害,造成较大损失的工程。32锚杆材抖321在大多数的预应力锚固工程中,锚杆材料主要有两种,一种是高强度、低松驰的预应力钢丝另一种是高强度、低松弛的预应力钢绞线。随着预应力锚固技术的发展,有些锚固工程使用一种特殊的高强度的精轧螺纹钢筋,以满足锚杆安装中的刚度要求。精轧螺纹钢筋的极限抗拉强度可达1100MPA,其螺纹可直接用标准的联接器对接。我国丰满大坝的加固中,部分锚杆采用了精轧螺纹钢筋,由4股钢筋组成单根锚杆的张拉力达到了2400KN,效果很好。当预应力锚杆设计张拉力小于300KN时,应采用普通螺纹钢筋做锚杆材料。322我国生产的预应力钢丝和预应力钢绞线均为定型产品,并制定了国家标准GB/T52231995和GB/T52241995。预应力锚杆设计、施工、试验及验收均应以此为标淮。对于精轧螺纹钢筋,国家尚未制定技术标准。为保证工程安全,本规范根据已有工程经验和厂家条件制定了精轧螺纹钢筋的技术标准。323预应力锚杆的外锚头、锚夹具主要包括锚夹片、锚板、锚垫板和限位板。这些部件分别承担着传递、保持预应力锚杆的张拉力的任务,是预应力锚杆实际施加预应力的重要部件。加工这些部件的材质也应符合国家的标准,它们的实际强度不应低于国家规定指标的95。324因矿渣水泥、火山灰水泥中,含有较多的硫化物和氯化物,对锚杆有应力腐蚀作用。故封孔灌浆的材料,应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。325无粘结式预应力锚杆是近几年发展起来的具有特殊防腐、防锈性能的,可以使预应力筋自由仲缩的预应力锚杆,已开始广泛地用于各种工程的加固。例如小浪底边坡加固和地下厂房加固几乎全部是采用这种类型的锚杆。日本生产的无粘结预应力锚杆的基本结构见图325,包裹尺寸见表3251。我国也开始生产这种类型的预应力锚杆,其结构尺寸及包裹材料见表3252和表3253。锚杆体采用的包裹材料应有一定强度,以防止因运输或施工过程中造成破损,而失去双层保护的作用。此外还要求包裹材料对锚杆不产生腐蚀作用并具有化学稳定性。图325无粘结式预应力锚杆基本结构表3251锚杆包裹材料厚度表涂膜式包裹厚度（MM）锚杆材料标准外径ABC标准润滑脂涂敷量（G/M）7股钢丝绞合20001061036表3252我国生产喷涂钢绞线参数钢绞线种类127钢绞线152喷涂钢绞线标准外径MM136161标准单位重量G/M7931123标准被膜厚度MM014014标准被膜重量G176210被膜材料日本产环氧树脂粉末日本产环氧树脂粉末表3253我国生产无粘结预应力筋参数钢绞线种类127喷涂钢绞线按日本标准152喷涂钢绞线按日本标准152光面钢绞线我国建议标准无粘结筋外径MM168193178185无粘结筋重量G/M8911239840870PE厚度MM11110812PE重量G/M51593060建筑脂用量G/M47573533锚固设计的基本内容331根据对围岩或水工建筑物稳定性分析的结果,经过技术经济比较,选定采用预应力锚杆加固方案后,可采用图103的程序,确定锚固范围和锚固深度选择锚固方式,计算锚固力的大小；确定预应力锚杆的数量和锚杆的布置；确定镭杆的结构型式和各项设计参数；编制施工技术要求和需要特殊处理的工程措施,以及安全监控设计。并根据监控结果优化锚杆的设计参数等。332在预应力锚固设计中,需研究岩体或水工建筑物可能失稳的条件和失稳玻坏的形式。响定预应力锚杆的锚固范围和锚固深度。一般情况下,岩质边坡和水工建筑物基础的破坏形式主要是滑动。引起岩质边坡滑动的主要因素是顺坡节理的存在。查清顺坡节理的位置,各种结构面的组合情况、产状及其力学性质就可确定滑动范围、滑动力的大小,决定施加的阻滑力和锚固位置。地下室围岩失稳主要有两种方式。一种是由于洞室开挖引起应力的重新调整,使部分部位应力超限,出现大范围的塑性区。为抑制有害变形发展和限制塑性区扩大,应采用系统加固的方法。根据洞室的开挖程序,通过有限元分析计算,确定塑性区范围和深度、需要施加的锚固力和锚固深度；另一种是由于软弱结构面的不利组合,使局部岩体滑动或塌落。此时可按块体理论分析失稳条件,确定锚固力和锚固深度。对于水工建筑,主要是应用预应力锚杆所施加的预压应力,改善结构物内部的应力状态。因此,需要根据水工结构内部的应力分析结果,确定施加的预应力大小和锚固的部位。333单根锚杆的锚固力大小,主要由锚固介质的力学强度、锚杆体采用的材料和张拉设备的张拉能力决定。当被锚固介质力学强度较低、质量不好、岩体破碎、软弱时,只能采用胶结式锚固段型式的锚杆。当胶结材料同岩体或混凝土的粘结强度较低时,锚固段的锚固力受到限制。因而需要增设其他结构措施,增大锚固段的锚固力。锚杆体的材料是制约单根锚杆锚固力的一个重要因素。决定材料数量时,应考虑一定安全裕度,再根据需要决定钻孔直径。一般情况下,当采用钢绞线时,锚固力、单束杆锚杆钢绞线股数和钻孔直径有表333的关系。表333单束锚杆的锚固力、钢绞线根数和钻孔直径关系表单根锚杆固力KN1000200030006000单束锚杆钢绞线股数6121940钻孔最小直径MM110140160220单根锚杆的锚固力还受到施工设备的限制。例如钻孔机具,必须满足可造锚固力需要的最小孔径的要求；张拉锚杆的千斤顶,最大出力应大于单根锚杆的超张拉力。目前我国生产的张拉千斤顶的最大出力为6000KN。在锚固设计时,单根锚杆锚固力应综合上述条件选取。选用的张拉设备可依照SL4694水工预应力锚固施工规范附录A规定执行。此外,在选择单根预应力锚杆的锚固力时,还应考虑可能发生的预应力损失。影响预应力损失的主要因素是锚杆材料的徐变性质；锚固介质的流交特性锚杆张拉锁定后钢绞线回缩量的大小与锚夹具特性有关；以及锚杆同孔壁的摩擦和锚夹具之间的接触情况等。在上述预应力损失中,锚杆的回缩量大小及同孔壁和锚夹具的接触变形可利用超张拉克服,而锚杆材料的徐变和锚固介质的流变是属时间效应,应在设计时予以考虑。其中钢材的徐变影响仅占预应力值的1,对于混凝土建筑物中的预应力锚杆,由于混凝土的徐变引起的预应力损失为56,此值变幅不大,而对于岩体或土体中的预应力锚杆,大部分预应力损失则来源于岩体的流变特性,所以岩体锚固设计时应着重考虑锚固介质的质量。在预应力锚固设计时,关于应力损失量的考虑,对于一般性工程,可根据经验或工程类比法确定；对于重要工程,应通过试验确定。334预应力锚杆的数量与需要提供的锚固力和单根锚杆的设计张拉力有关。各根锚杆提供的锚固力的总和应满足式334的规定。N1Q1N2Q2NNQNQ或NQQ334式中Q稳定需要的总锚固力Q1、Q2、QN各单根锚杆的设计张拉力N1、N2、NN不同设计张拉力的锚杆根数Q单根锚杆平均设计张拉力NN1N2NN锚杆的总根数。335采用预应力锚杆进行加固,锚固段的位置需置于稳定的介质中。对于由软弱结构面引起的塌滑,预应力锚杆需穿越软弱结构面,锚固段需置于不能滑动的完整岩层中对于由塑性变形引起的塑性区或拉力区,锚固段需置于稳定的弹性区内。这样,预应力锚杆在被锚固介质中的实际长度为孔口至软弱结构面或塑性区的距离,加上与铺固荷载相应的锚固段长度。336为了向被锚固介质提供最佳的锚固效果,力求锚固力分布均匀。在一般情况下,锚杆应均匀、等距离布置。布置型式可以是方型布置,也可以是梅花型或菱型布置。由于其他布置要求,也可以布置成矩型。从锚杆的受力条件分析,当锚束受到较大拉力时,被锚固介质处于受压状态,而在锚固段和外锚头附近的一定范围内,被锚固介质出现拉应力区。所以锚杆的布置应力求缩小锚固段和外锚头附近的拉应力区范围,拉应力值也要控制在允许的范围之内。此外,由于锚杆的锚固力是靠锚固段的胶结材料同锚杆体的握裹力及同孔壁的粘结力来提供的,当锚杆张拉时,锚固段附近介质出现拉应力。当其拉应力过大时,对锚固效果也会产生一定影响。因此,锚杆的布置应力求达到为锚固对象提供均匀的锚固力,而且锚固段部位的拉应