預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛及扭矩與張拉力關(guān)系研究

唐國慶

（中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學(xué)研究所，浙江 杭州 311600）

預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛及扭矩與張拉力關(guān)系研究

唐國慶

（中國水利水電第十二工程局有限公司施工科學(xué)研究所，浙江 杭州 311600）

為解決水利水電地下廠房、交通洞、邊坡等工程開挖后的巖壁、邊坡、洞邊的穩(wěn)定問題，在設(shè)計(jì)施工中經(jīng)常采用到預(yù)應(yīng)力錨桿的方法進(jìn)行加固處理。通過對(duì)樹脂錨固的預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛研究和扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關(guān)系研究，為設(shè)計(jì)施工提供一些經(jīng)驗(yàn)供同行交流參考。

預(yù)應(yīng)力錨桿；應(yīng)力松弛；扭力板手；張拉力

水利水電工程地下廠房、交通洞、導(dǎo)流洞、邊坡開挖等工程，由于卸荷、變形、風(fēng)化、破碎、節(jié)理、裂隙發(fā)育狀況，需要解決開挖后的巖壁、邊坡、洞邊等的穩(wěn)定問題，在設(shè)計(jì)施工中經(jīng)采用到預(yù)應(yīng)力錨桿的方法進(jìn)行加固處理，解決防止失穩(wěn)，確保開挖部位的穩(wěn)定和安全。

在預(yù)應(yīng)力錨桿錨固設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力應(yīng)力松弛問題，利用扭力板手對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力施工十分方便，但應(yīng)考慮扭矩與錨桿張拉力的關(guān)系問題。進(jìn)行了多個(gè)水利水電工程的樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛試驗(yàn)和扭力板手扭矩與錨桿張拉力的關(guān)系試驗(yàn)。

1 扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關(guān)系試驗(yàn)研究

1.1 錨桿螺栓扭力矩計(jì)算公式

錨桿螺栓力矩用于克服螺栓副的螺紋阻力矩T1及螺母與被連接件（或墊片）支承面間的端面摩擦力矩 T2。施加扭力矩時(shí)，可用扭力板手，其扭力矩計(jì)算計(jì)算公式為:

式中:T—錨桿螺栓扭力矩；

K—扭力矩系數(shù)；

D—錨桿螺栓標(biāo)稱直徑；

F—錨桿張拉力（軸力）。

一般來說，K值主要取決于兩個(gè)螺栓副的摩擦因數(shù)u1（螺紋當(dāng)量摩擦因數(shù)）和u（螺母與被連接件支承面間的摩擦因數(shù)），一般機(jī)械中常設(shè)u1=u= u′（此條件近似符合工程實(shí)際），K與生銹的螺栓，上油的螺栓，或者加了墊片、加了鎖緊墊圈等因素密切相關(guān)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺栓來說，尺寸大小對(duì) K值的影響是很小的。K值一般在0.1～0.3之間。由于改變了摩擦力，同樣的扭力矩就不能得到同樣的軸向張拉力。

1.2 扭力板手扭力矩與錨桿張拉力的關(guān)系試驗(yàn)

（1）某水電站擴(kuò)機(jī)工程邊坡預(yù)應(yīng)力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預(yù)應(yīng)力錨桿張拉力關(guān)系試驗(yàn)。

試驗(yàn)主要設(shè)備:1級(jí)精度拉壓力傳感器、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。

器具:某工具廠生產(chǎn)的扭力板手 （型號(hào): AC280-1000Nm）。

錨桿直徑Φ40mm，螺紋M36，錨固長(zhǎng)度1.1m。初次旋進(jìn)，絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 1#孔試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)主要設(shè)備:1級(jí)精度拉壓力傳感器、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。

器具:某工具廠生產(chǎn)的扭力板手 （型號(hào):TG750-2000Nm）。

錨桿直徑Φ40mm，螺紋M36，錨固長(zhǎng)度1.8m。初次旋進(jìn)，絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 2#孔試驗(yàn)結(jié)果

（2）某抽水蓄能電站地下廠房巖壁預(yù)應(yīng)力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預(yù)應(yīng)力錨桿張拉力關(guān)系試驗(yàn)。

試驗(yàn)分3次在專用試驗(yàn)架上進(jìn)行。

試驗(yàn)主要設(shè)備:1級(jí)精度拉壓力傳感器、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。

器具:某工具廠生產(chǎn)的扭力板手 （型號(hào): AC250-1000Nm）。

錨桿直徑Φ36mm，螺紋M30，錨固端固定在架子上。絲口加黃油，墊板為鋼板。試驗(yàn)結(jié)果見表3～表5。

表3 錨桿螺紋初次旋進(jìn)試驗(yàn)

表4 錨桿螺紋二次旋進(jìn)試驗(yàn)

表5 錨桿螺紋三次旋進(jìn)試驗(yàn)

從 3次螺紋旋進(jìn)分析，其扭力矩與錨桿張拉力關(guān)系中，顯然同樣扭力矩情況下，張拉力在增大，這與多次旋進(jìn)后摩擦因素變小有關(guān)。

2 預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛試驗(yàn)研究

2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿錨固端錨固力計(jì)算

（1）錨固長(zhǎng)度理論值計(jì)算:

式中:L—錨固長(zhǎng)度；F0—桿體破壞荷載（一般可取錨桿屈服強(qiáng)度值，直徑為螺紋內(nèi)徑）；C1—錨固劑對(duì)巖石的粘接強(qiáng)度（由錨固劑廠家提供數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證）；D1—鉆孔直徑。

（2）錨固劑有效長(zhǎng)度值計(jì)算:

式中:L′—錨固劑有效長(zhǎng) 度；n—錨固劑節(jié)數(shù)；d0—錨固劑直徑；L0—單節(jié)錨固劑長(zhǎng)度；D1—鉆孔直徑；D2—錨桿直徑。

（3）錨桿預(yù)應(yīng)力張拉力驗(yàn)算:

式中:Py—錨桿張拉力；d1—錨桿螺紋內(nèi)徑；fy—錨桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.2 錨桿錨固力松弛試驗(yàn)

某抽水蓄能電站地下廠房巖壁預(yù)應(yīng)力錨桿錨固力松弛試驗(yàn)，試驗(yàn)分2個(gè)孔進(jìn)行。

試驗(yàn)工況:錨桿直徑Φ36mm，螺紋M30，錨固長(zhǎng)度0.5m，錨固劑為淮南礦業(yè)生產(chǎn)的 Z2850型樹脂錨固劑，對(duì)巖石粘接強(qiáng)度大于7MPa，錨桿有效直徑26.72mm，錨桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)取值fy為305MPa，預(yù)應(yīng)力錨桿張拉力設(shè)計(jì)值取170kN，孔深11.8m，錨桿長(zhǎng)12m，施工扭力板手為嵊州市工具廠生產(chǎn)的扭力板手（型號(hào):AC250-1000Nm），螺紋加黃油，初次旋進(jìn)，墊片為鋼板。

試驗(yàn)主要設(shè)備:1級(jí)精度拉壓力傳感器、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。待錨固劑充分凝固后進(jìn)行試驗(yàn)。

表6 1#孔錨桿試驗(yàn)結(jié)果

表7 2>#孔錨桿試驗(yàn)結(jié)果

通過兩次錨桿錨固力松弛試驗(yàn)，基本上可以得出這種錨固劑錨固力松弛主要發(fā)生在前10min，后期應(yīng)力松弛十分小，具體試驗(yàn)結(jié)果見表6、表 7。

3 結(jié)語

（1）預(yù)應(yīng)力錨桿錨固工程扭力板手扭力矩與預(yù)應(yīng)力錨桿張拉力關(guān)系，不同的扭力板手對(duì)應(yīng)各種規(guī)格的錨桿和螺紋需要找出相應(yīng)的扭力矩與張拉力關(guān)系。

（2）試驗(yàn)扭力矩與張拉力關(guān)系時(shí)，要保持與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用條件一致，如初次旋進(jìn)、加黃油、墊板等。

（3）同一螺紋第 3次旋進(jìn)與初次旋進(jìn)，同樣扭力矩其張拉力會(huì)增大約 5%，所以如發(fā)生反復(fù)旋進(jìn)螺帽時(shí)要注意這個(gè)問題，在控制扭力矩時(shí)要適當(dāng)調(diào)整。

（4）預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)力松弛主要發(fā)生在初期前10min階段，后期松弛很小，預(yù)應(yīng)力松弛值約下降5%，所以在張拉錨桿時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)因素，一般張拉值比設(shè)計(jì)值增加約5%。

（5）一般預(yù)應(yīng)力錨桿張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)值（考慮錨固力松弛）后，自由段應(yīng)盡快灌注水泥漿。

TV31

：A

：1008-1305（2015）05-0047-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.017

唐國慶（1963年—），男，高級(jí)工程師。