预应力衬砌锚具槽模型试验研究

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1、预应力衬砌锚具槽模型试验研究张辉吉林省水利水电勘测设计研宄院摘要：在预应力混凝土衬砌中，锚具槽作为锚固端以及锚头最后的保护层，对隧洞的安全运行起着至关重要的作用。本试验是根据某浅埋奋压隧洞工程在原位试验之前建立模型试验（比例1:1，为原位试验大小的一部分），对锚具槽的施工工艺、钢绞线摩阻系数、干斤顶及偏转器预应力损失、锚具槽微膨胀砼土回填进行了一系列的试验研宄，得到一些研宄成果，通过模型试验为原位试验提供借鉴，为今后类似工程的施工提供一定的宝贵经验。关键词：预应力砼;模型试验;预应力损失;微膨胀砼回填;作者简介：张辉（1987-）,男，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。收

2、稿日期：2017-10-24Received：2017-10-24某工程沿线地质条件变化复杂，有一部分为浅埋有压隧洞，设计采用了无粘结预应力混凝土衬砌，目前，无粘结预应力技术在长距离有压输水隧洞屮的应用实例还较少，其结构耐久性仍然是工程关注的重要问题之一111。而在无粘结预应力混凝土衬砌中，锚具槽作为锚M端既是预应力结构的重耍组成部分，也是锚头最后的保护层，对隧洞的安全运行起着至关重要的作用，例如，小浪底排沙洞在运行一年后，相关人员在进洞检查时发现了锚具槽处存在大量滲汕和流油现象，这些现象会造成预应力钢绞线防腐体系的破坏、影响锚固夹片使用寿命、锚固力减少较快等问题，如果放任不管，

3、在长期工作的情况下，将使整个预应力体系失效m。此工程隧洞内径为6.8m,设计、施工难度大，另外，国内外关于预应力隧洞的应用和研究很少，缺少相关数据支撑，需进行原位试验研究。由于原位试验为主体工程的一部分，而锚具槽安全性又是保障预应力锚索长期耐久和正常工作的前提条件，因此，为保证主体工程的安全，更好地为原位试验提供支撑，特进行模具槽模型试验。本文采用模型试验方法，采用1:1比例建立物理模型，由于重点研宄锚具梢部分，此模型仅为原位试验隧洞大小的一部分。木试验以研究锚具槽回填工艺为主，同时又确定了预应力张拉工艺、钢绞线摩阻系数、千斤顶以及偏转器摩檫损失，为接下来的原位试验提供技术支持。

4、1模型试验1.1试验目的与方法试验釆用模型试验方法，建立物理模型(1:1比例)，模拟实际预应力张拉过程，测定相关数据，同时进行微膨胀混凝土填筑试验，对混凝土材料进行取样分析，以得到以下数据及成果：(1)熟悉并确定预应力张拉工艺；(2)获取锚索摩擦系数；(3)获取千斤顶和偏转器预应力损失；(4)熟悉并确定锚具槽微膨胀混凝土冋填工艺；(5)获取微膨胀混凝土最优配合比。通过获取以上数据及工艺措施，在本工程中，采用合理的施工工艺，减少千斤顶和偏转器的预应力损失，同时采用优化的微膨胀混凝土配合比，使新老混凝土接触面接触良好，以达到保证锚具槽安全运行的0的。1.2试验相关参数的确定主体工程(

5、也即原位试验)预应力隧洞闪径6.8m，锚具槽尺寸为1200mmX200mmX200mm，位于0°角位置，锚具槽间距为500mm,采用环锚布置,每组锚索有4根钢绞线。为了真实模拟实际钢绞线张拉过程，模型试验釆用和主体工程一致的尺、？(也即kl比例)，由于主要研究模具槽部分，大小仅为主体工程的一部分，如图1所示。为了保证模型的稳定性，下部基础为方型。本次试验参数主要为预应力损失计算，公式为：其中：为张拉力控制值，kN;oR为预应力损失值，kN;P为预应力筋与孔道壁间的摩擦系数;1为从张拉端至计算截面的孔道长度，m;e为从张拉端至孔道部分切线的夹角，rad;k为考虑孔道局部偏差影响的摩

6、擦系数。1.3模型建立试验模型位于某标段TBM安装间右侧，直接在底板上进行浇筑和试验，尺寸长为3573mm,宽为700mm,高为900mm;为测试预应力筋与孔道壁间的摩擦系数k,设置单根直线锚索数量7根，长3500mm;为测试预应力筋与孔道壁间的摩檫系数，设置单根曲线锚索数量为7根，半径3800mm，圆心角为55°，弧长为3646画，环锚数量为3组，每组锚索数量4根，间距为500mm;锚具槽数量为3个，槽尺寸为1200X200X200mmo1.4试验过程以及结果1.4.1摩阻系数及千斤顶和偏转器预应力损失测试模型浇筑完成之后，采用0VM公司提供的仪器进行张拉试验。张拉试验分单根锚

7、索（直线、曲线）张拉和4根锚索（环锚）张拉两种方法，均采用六级张拉，分别为设计值的5%、15%、25%、50%、75%、100%（参见图1）。根据预应力损失计算公式，利用二元函数回归分析分级张拉曲线锚索受力结果，求得k=0.0012,P=0.0449。因为，摆动系数k值比较稳定，且对无粘结锚索摩阻影响不大，取k=0.0012,可以得到分级加卸载张拉曲线锚索受力结果为：u=0.0449;不分级张拉曲线锚索受力结果：P=0.0879。测得千斤顶和偏转器损失为9.58%,11.27%,