中外锚索防腐理念及结构设计对比.pdf
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1、人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45,Sup.1Jun.,2023中外锚索防腐理念及结构设计对比谭海,李洪斌,肖伟,傅兴安(长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉 430010)摘要:预应力锚索防腐经历了从单一水泥浆防腐、加单层、双层波纹套管防腐等发展历程。欧美的永久锚索大都要求采用双层防腐的无黏结结构,且已倾向不再将水泥浆体作为防腐层。我国与欧美发达国家对锚索结构的认识有较大差别,早期绝大多数锚索均采用全长黏结结构,防腐结构从单一的水泥结石防护,逐渐向波纹管防护转变,但仍把水泥浆体作为防腐层,目前我国水电工程中的锚索大都是全长波纹管或内锚头段波纹管防护的
2、无黏结锚索。锚索防腐要求欧洲标准较为严格、美国标准次之,我国标准更接近美国标准。对比二滩水电站国外公司和国内公司施工的锚索可知,国外公司施工的锚索,工艺比较完备,施工质量较好。总的说来,我国岩土锚固技术的应用与发达国家比较,施工工艺和防腐要求均还存在一定差距。关键词:全长黏结锚索;无黏结锚索;防腐理念;结构设计中图分类号:TU476文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.051收稿日期:2022-06-20基金项目:中国长江三峡集团有限公司科研项目资助(201903073)作者简介:谭海(1992),男,湖南益阳人,博士,主要从事岩土工程设计及研
3、究工作E-mail:预应力锚索在岩土体中主要发生电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀和氢脆。锚索防腐就是对锚索提供与水和氧接触的阻隔层。防腐方法有涂层、包裹密封套、灌注防腐浆材等,以及上述方法的组合。其中灌注水泥浆是锚索防腐最简便和最常用的方法。预应力锚索防腐经历了从单一水泥浆防腐、加单层、双层波纹套管防腐等发展历程1。欧洲标准对锚索防腐要求较为严格、作法较为复杂,而美国标准相对简单一些,比欧洲标准低一个级别,我国锚固规范中的相关要求更接近于美国标准2-3。国内锚索结构经历了从荷载集中型锚索向荷载分散型锚索的发展历程。拉力型锚索和压力型锚索均属于荷载集中型锚索,这类型锚索将预应力过于集中传递到锚固段
4、的局部,锚固段应力集中,导致浆体产生裂缝或浆体破坏,钢绞线裸露,裸露的钢绞线受地下水侵蚀,容易发生腐蚀破坏失效。而荷载分散型锚索如拉力分散型锚索、压力分散型锚索和拉压分散型锚索等将施加的预应力分散到整个锚固段上,可以提供比纯拉力型锚索或纯压力型锚索更为均匀的锚固力。甘国荣等4针对压力分散型锚索具有张拉施工复杂、钢绞线应力不均匀等结构缺陷,基于新型让压锚具技术,研发了让压分散型锚索。王栋等5研发了自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索,其最大特点是一根锚索由多组锚头构成,打破了传统一根锚索一组锚头的结构形式,破解了预应力锚索锚固段应力集中、锚索腐蚀等难题。笔者对中外锚索的防腐理念进行系统梳理,在此基础
5、上对中外锚索的结构设计进行对比研究。1国外锚索防腐理念及结构设计欧洲国家,如英国、德国的地锚规范中均要求永久锚索必须采用双层防腐的无黏结结构(锚索有能适应岩土结构变形的自由段,有的内锚段采用双层波纹管,张拉段或自由段采用双层塑料管)。欧洲规范 特种岩土工程的实施锚杆(EN 1537:2013)6按设计使用年限分为临时锚杆和永久锚杆,对锚头、无黏结段和黏结段分别建议了双层、单层等不同防腐方法。单层防腐张拉段的钢绞线仅涂敷油脂和外包护套,双层防腐除钢绞线涂敷油脂和外包护套外,还有一层塑料护套,因此防腐效果更佳。美国岩土工程手册 岩土工程手册4:地层锚杆和锚固体系(FHWA-IF-99-015)按设
6、计使用年限、地层侵蚀性等因素分为级、级及无防护三级。美国公路部门的锚索结构由钢绞线、灌浆管、内隔离支架、外对中支架和护套组成。护套将地下环境中的氯离子和硫酸根离子等阻挡在外,保护内部的钢绞线免受这些侵蚀性离子的腐蚀破坏。美国锚索级和级防腐的结构对比见表1。级防腐锚索张拉段的钢绞线充填油脂,外裹两层护套;锚固段的钢绞线去皮脱脂洗油,裸露的钢绞线外裹一层波纹管保护。级防腐锚索张拉段在包裹钢绞线的护套内充填油脂,仅有一层护套;锚固段的钢绞线裸露,无波纹管保护,仅采用水泥浆充填密实。由此可知,I级防腐锚索比级防腐锚索的防腐等级要高。对于锚头和无黏结段,级和级防腐都假定地层具有侵表1美国锚索级和级防腐措
7、施对比防腐级别级(采用封套保护的钢绞线)级(采用水泥浆保护的钢绞线)锚头喇叭管;保护层覆盖(锚头外段暴露时)同级无黏结段锚索单根采用内充油脂的护套防护,然后在最外层包裹一层共用的光滑套管;锚索单根采用内充油脂的护套防护并充填水泥浆;在浆体充填的套管段外采用光滑的防黏结材料内充油脂护套;热收缩护套黏结段注浆填充的包封;熔结环氧树脂注浆蚀性,对钢绞线采用多层屏障防护。对于黏结段,级防腐假定地层具有侵蚀性,对钢绞线采用多层屏障防护,而级防腐则只采用单层屏障防护。级防腐可视为包封性的防护,级防腐可视为注浆式的防护。对比美国标准和欧洲标准可知,美国标准对锚索防腐要求相对简单一些,欧洲标准对锚索防腐要求较
8、为严格、作法较为复杂,比美国标准高一个级别。2国内锚索防腐理念及结构设计近年来,岩土锚固技术在我国发展十分迅猛,已广泛应用于水工大坝加固、边坡及滑坡支挡、大型地下洞室支护等诸多领域。锚索的结构形式也呈多元化发展,从荷载集中型锚索逐步向荷载分散型锚索发展。2.1二滩水电站锚索防腐方法二滩水电站在地下厂房、上游进水口及下游尾水渠边坡3 100人 民 黄 河2023年S1处应用了预应力锚索支护。其中,地下厂房采用1 750 kN预应力锚索,锚索在发电机层以上长度20 m,间距3 m3 m,在发电机层以下长度15 m,间距4.5 m4.5 m。二滩地下洞室在1#、2#母线洞之间岩柱体上布设了1 750
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