水电工程预应力锚固设计规范 .doc
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1、DL / T 5176 2003ICS 27.140P 59备案号:J2252003中华人民共和国电力行业标准P DL / T 51762003水电工程预应力锚固设 计 规 范Design specification of Prestressed anchoragefor Hydropower project2003-01-09发布 2003-06-01实施中华人民共和国国家经济贸易委员会 发布目 次前言1 范围12 规范性引用文件23 总则34 术语与符号44.1 术语和定义44.2 符号75 一般规定95.1 基本资料95.2 预应力锚杆材料95.3 锚固设计的基本内容116 锚杆体的选型
2、与设计136.1 锚杆体的选型136.2 锚杆体的结构设计146.3 锚杆体的防护设计166.4 张拉力的控制和张拉程序设计177 边坡锚固198 基础锚固219 地下洞室锚固229.1 围岩锚固229.2 岩壁吊车梁锚固2310 预应力闸墩锚固设计2511 预应力水工隧洞环形锚固设计2612 水工建筑物的补强与锚固2713 试验与监测2813.1 锚杆试验2813.2 锚杆体的原位监测28附录A (规范性附录)胶结材料与围岩的黏结强度30附录B (规范性附录)预应力锚杆锚固试验31条文说明33前 言在我国水电水利工程中,应用预应力锚固技术对岩体边坡、地下洞室、建筑物基础、闸墩、水工隧洞等各类
3、结构进行加固或改善应力,取得了良好的效果和一定的经济效益,并积累了丰富经验。为推广应用预应力锚固技术,提高预应力锚固的效能和技术水平,促进水电工程锚固技术的发展,国家经济贸易委员会以电力200022号文关于确认1999年度电力行业标准制修订计划项目的通知下达了编制水电工程预应力锚固设计规范的任务。水电规划设计标准化技术委员会于2000年12月在北京召开了水电工程预应力锚固设计规范编制大纲讨论会。根据大纲审查会纪要的要求,编制组全面总结了我国预应力锚固技术的应用经验,完成了水电水利工程预应力锚固技术的应用、有关国家和地区预应力锚固规范简介、水工隧洞环形锚束式预应力混凝土衬砌和水电工程预应力锚固设
4、计规范按可靠度理论转轨和套改专题研究报告等四份专题报告,在此基础上于2001年8月提出了规范初稿,2002年2月提出了规范送审稿。电力行业水电规划设计标准化技术委员会于2002年4月对规范送审稿进行了审查。本标准是应用预应力锚固技术对岩体或水工建筑物实施加固的设计规范,应与其他相关标准配套使用。本标准的结构安全度是根据GB 50199水利水电工程结构可靠度设计统一标准的原则确定的。本标准的附录A、附录B为规范性附录。本标准由电力行业水电规划设计标准化技术委员会提出、归口并负责解释。本标准负责起草单位:东北勘测设计研究院。本标准参加起草单位:西北勘测设计研究院,武汉大学土木建筑工程学院。本标准主
5、要起草人为:赵长海、苏加林、沈义生、王槟、吕祖珩、黄福德、侯建国、程燕、舒征、苏萍、王文奇、朱振家、李金祥、马军、赵玉江、刘晓刚、陈大华。751 范 围本标准规定了用于加固岩体和水工建筑物的预应力锚杆的设计原则和方法,适用于下列水电水利工程的锚固设计:1 岩质边坡。2 地下洞室。3 各种水工建筑物的基础。4 闸墩。5 水工隧洞环形锚束式混凝土衬砌。6 岩壁吊车梁。7 其他水工建筑物。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改(不包括勘误的内容)或修订均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版
6、本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB175 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB50287 水利水电工程地质勘察规范DL/T5057 水工混凝土结构设计规范JGJ/T92 无黏结预应力混凝土结构技术规程SD134 水工隧洞设计规范3 总 则3.0.1 锚固设计应以充分利用围岩和岩体的承载能力为基本原则,在地质调查的基础上,根据工程的稳定性和结构应力分析的有关资料,对锚固措施的安全性、合理性进行技术经济比较。3.0.2 预应力锚固工程的地质勘察应根据锚固对象的建筑物等级,按GB 50287的规定执行。3.0.3 预应力锚固工程可采用理论分析和工程类比法设计,重要工程还应根据原位监测
7、结果进行修正,并根据监测结果分析锚固效果,对锚固后的水工建筑物做出稳定状态的评价。3.0.4 预应力锚固设计应积极采用新技术、新工艺、新设备和新材料。4 术 语 与 符 号4.1 术 语 和 定 义下列术语和定义适用于本标准。4.1.1预应力锚固 Prestressed anchorage通过对锚杆(索)施加张拉力,使岩体或混凝土结构物达到稳定状态或改善结构物内部应力状况的技术措施。4.1.2预应力锚杆 Prestressed anchors施加预应力后的锚杆。本标准将锚杆、锚束统称为锚杆。4.1.3锚束 Tensile reinforcing bars数股钢丝、钢绞线或钢筋,按一定规律编排成
8、束的构件。亦称锚索。在预应力闸墩或预应力衬砌中又习惯称为锚束或锚索。4.1.4永久性预应力锚杆 Permanent prestressed anchors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。4.1.5临时性预应力锚杆 Temporary prestressed anchors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。4.1.6张拉锚杆 Tensile anchors施加张拉力的砂浆锚杆。4.1.7砂浆锚杆 grouted anchor bar以普通螺纹钢材为杆体,在锚杆全孔充填水泥砂浆、快硬水泥砂浆或水泥卷的锚杆。4.1.8锚杆体 Body of
9、 anchors预应力锚杆的整体。包括内锚固段、张拉段、外锚头及相连接的所有部件。4.1.9内锚固段 Inner anchored section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与被锚固体深部稳定的介质形成整体的区段。4.1.10张拉段 Tensile section对预应力锚杆施加拉力时可以自由伸长的部分,当锚杆锁定后依靠自由伸长部分的弹性变形对被锚固的介质施加预应力。4.1.11外锚头 Outer fixed end对锚杆实现张拉和锁定的支撑装置。4.1.12有黏结预应力锚杆 Prestressed anchors with bond 锚杆锁定后,张
10、拉段与被锚固介质无相对滑动的预应力锚杆。4.1.13无黏结预应力锚杆 Prestressed anchors without bond锚杆张拉锁定后,张拉段与被锚固介质之间能相对移动的预应力锚杆。4.1.14预应力钢材强度利用系数 Utilization factor on the strength of prestressed anchors当预应力锚杆的张拉力达到设计值时,锚杆材料的平均应力值与锚杆材料抗拉强度标准值之比。4.1.15设计张拉力 Design tension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后,确定的每根锚杆应施加的
11、张拉荷载。4.1.16超张拉力 Extra design tension为消除由于锚杆与孔壁的摩擦、锚具的压缩和锚束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。4.1.17安装荷载 Load of installation预应力锚杆张拉锁定后,锚杆实际存在的荷载。4.1.18永存张拉荷载 Eternal tensile load由各种因素造成的预应力损失均完成后,锚杆中保存的预应力值。4.1.19预张拉 Pretension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受力均匀,所进行的张拉作业。4.1.20补偿张拉 Compensatory tension预应力
12、锚杆锁定后,为补偿预应力损失而进行的再次张拉作业。4.1.21压力型锚固段 Anchored section on the compression type采用无黏结预应力锚杆,并通过改变锚固段结构型式的办法,使内锚固段由受拉状态变为受压状态,用内锚固段的压缩传递张拉力,此时锚固段称之为压力型锚固段。4.1.22压力集中型锚固段 Anchored section on the compression-concentration type内锚固段采用一个承载体,对预应力锚杆施加的张拉力全部集中在一个承载体的内锚固段内,这样的内锚固段称之为压力集中型锚固段。4.1.23压力分散型锚固段 Ancho
13、red section on the compression-dispersion type内锚固段采用多个承载体,对预应力锚杆施加的张拉力,分散在每一个承载体的锚固段内,这样的内锚固段称之为压力分散型锚固段。4.2 符 号L预应力锚杆长度;L1内锚固段长度;L2张拉段长度;L3外露段长度;Pm单根预应力锚杆超张拉力;P单根预应力锚杆设计张拉力;c胶结材料与孔壁的黏结强度;D锚杆孔直径;n预应力锚杆根数;A单根预应力锚杆所控制的面积;q引起围岩失去稳定的下滑力;P1需要预应力锚杆提供的支护抗力;P2砂浆锚杆提供的支护抗力;P3钢筋网喷射混凝土提供的支护抗力;P0围岩具有的支护抗力;b锚固角(预
14、应力锚杆轴线与水平面的夹角);q滑动面(软弱结构面)与水平面的夹角;j内摩擦角;g 0结构的重要性系数;y设计状况系数;g d结构系数;g p单根预应力锚杆张拉力分项系数;g c黏结强度分项系数;g Q下滑力作用分项系数;g k抗滑力作用分项系数;pk单根预应力锚杆的支护抗力;qk预应力锚杆承担的不稳定块体下滑力;g s预应力锚杆材料强度分项系数;g q需预应力锚杆承担的下滑力分项系数;SGK永久作用在预应力锚杆中拉力的标准值;SQK可变作用在预应力锚杆中产生的拉力标准值;g G永久作用分项系数;g Q可变作用分项系数;fptk预应力锚杆材料强度的标准值;Ap单位梁长所需要的预应力锚杆截面面积
15、。5 一 般 规 定5.1 基 本 资 料5.1.1 预应力锚固设计应具备以下基本资料:1 建筑物级别及工程布置图。2 水工建筑物基本参数,荷载组合和运行特性。3 锚固区域地形地质条件。4 施工条件。5 建筑材料的物理力学指标。5.1.2 岩体锚固设计应具备下列地质资料:1 锚固工程部位的地质平面、剖面图。2 不稳定岩体的范围和边界条件。3 围岩质量、主要构造的产状、各种结构面的组合关系及地下水的资料。4 锚固工程所涉及部位岩体的抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩体重度、声波速度、岩体的c和j 值,可能失稳结构面的c和j 值,胶结材料与被锚固介质的黏结强度。对于、类围岩,还应提供围岩的流变特性。
16、5 重要部位的锚固工程,应具有试验资料和原位监测资料。5.2 预应力锚杆材料5.2.1 锚杆材料可根据锚固工程的性质、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、无黏结预应力筋、精轧螺纹钢筋或普通预应力钢筋。5.2.2 当采用高强预应力钢丝作锚杆材料时,其力学性质应符合GB/T 5223的规定;当采用预应力钢绞线作锚杆材料时,其力学性质应符合GB/T 5224的规定;当采用无黏结预应力筋做锚杆材料时,其力学性能、预应力筋涂料及外包层材料应符合JGJ/T 92 的规定;当采用精轧螺纹钢筋做锚杆材料时,其物理力学性质应符合表5.2.2-1和表5.2.2-2的规定。表5.2.2-1
17、精轧螺纹钢筋的力学性能级 别钢材名称及型号公称直径mm屈服点ssMPa抗拉强度sbMPa伸长率ds冷弯540/83540Si2MnV45Si2MnV18不小于540不小于835不小于10d=5a 9025d=6a 903236不小于8d=7a 9040735/935(980)K40Si2MnV18不小于735不小于935(980)不小于8d=5a 9025d=6a 9032不小于735不小于935(980)不小于7d=7a 90表5.2.2-2 精轧螺纹钢筋的公称直径和直径允许偏差规格公称直径do mm外形尺寸及允许偏差mm理论线密度kg/m有效截面系数基圆直径螺纹高h螺距L螺纹根弧gdndv
18、标准尺寸允许偏差标准尺寸允许偏差标准尺寸允许偏差标准尺寸允许偏差基圆重钢筋重1818+0.40.418+0.40.81.2+0.30.390.00.40.52.002.110.952525+0.40.425+0.40.81.6+0.30.312+0.30.31.03.854.100.943232+0.50.532+0.40.82.0+0.40.416+0.30.32.06.316.650.953636+0.50.536+0.40.82.3+0.40.418+0.30.32.37.998.500.944040+0.60.640+0.51.02.5+0.50.520+0.40.42.59.8710
19、.50.94图形5.2.3 预应力锚杆的外锚头、锚夹具、机械式内锚头和预应力钢筋连接器的材料性能,应符合国家关于钢材质量的规定。各种预应力锚具的性能和质量应符合GB/T 14370等标准的有关规定。当采用超高强预应力材料时,锚夹具应与其相匹配。5.2.4 内锚固段和预应力锚杆封孔灌浆应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。当地下水有腐蚀性时,应采用特种水泥,其质量应符合GB 175 的规定。5.3 锚固设计的基本内容5.3.1 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 计算锚固力大小。4 确定预应力锚杆数量,选择布置方式。5 确定锚杆结构型式及各项参数。6 编制施工技
20、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的工程安全评价。5.3.2 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资料、软弱结构面的位置、产状和力学性质,或结构物的力学要求等,按照稳定分析或应力分析结果确定。5.3.3 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大小。2 锚固介质和胶结材料力学指标。3 预应力锚杆材料力学指标。4 锚夹具的类型、张拉设备出力和施工场地条件。5.3.4 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确定。5.3.5 对边坡、地下洞室和基础锚固所采用的预应力锚杆,其长度应按不稳定结构面
21、的位置和在稳定的介质中有安全的胶结长度等条件确定。对于水工建筑物加固采用的预应力锚杆,其长度应根据结构物尺寸和应力分析结果确定。5.3.6 岩体锚固中的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、工艺要求的不同,选用方形、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,宜按最优锚固角布置。当受施工条件和地形条件限制时,经技术经济比较后,可适当调整轴线方向。3 当布置有10根以上预应力锚杆时,锚杆可长短相间布置。当单根锚杆设计张拉力大于5000kN时,宜采用压力分散型内锚固段。5.3.7 水工建筑物中的预应力锚杆应按下列原则布置:1 闸墩中的预应力锚杆,应根
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