水工材料
收稿日期:2001-01-19
文章编号:1006-0081(2001)10-0020-04
发展与存在的问题
徐年丰 陈胜宏
(1.长江水利委员会设计院枢纽处；湖北武汉 4300102.武汉大学水电学院水电工程系；湖北武汉 430072)
摘要：在详细调研的基础上系统总结了我国岩土预应力锚索加固技术的发展过程、发展方向与应用情况，以及当前的研究现状。分析了我国岩土预应力锚索技术中尚存在的一些问题，提出了改进的方向。 主题词：岩土工程；预应力锚索；锚固；材料；加固设计；应用研究；中国中图分类号:TV 223.24 文
献标识码:B
1 我国岩土预应力锚索加固技术的发展与
应用概况
我国岩土预应力锚索加固技术始于20世纪60年代。1964年安徽梅山水库坝基加固中首次成功地使用了大吨位预应力锚索。70年代起，该项技术在我国的国防、水电、矿山等领域逐步开始使用。70年代湖南双牌水库又用此技术成功地进行了溢流坝基软弱夹层的加固。1977年葛洲坝工程将该技术推广应用于闸墩大型弧门支铰锚固。80年代以来，随着人们对锚索技术研究的深入和对锚固技术认识的逐步提高，以及相应技术的发展，促进了锚索大量应用于工程。随着设计和施工经验的不断积累，相关的技术规范开始出现，在锚固机理、试验设备和施工工艺等研究方面都取得了较大的进展。
在预应力材料方面，我国开始只是使用低强度钢筋。1956年试制成抗拉强度为1000～1200M Pa 的预应力钢丝。1963年试制成抗拉强度为1570～1760MPa 的预应力钢丝。1984年天津钢厂率先引进瑞得利公司低松驰预应力钢丝稳定化生产线，生产出低松驰预应力钢丝和镀锌预应力钢丝。
1988年新华金属制品有限公司又全套引进意大利瑞得利(Redaelli )公司低松驰预应力钢绞线生产、检测设备及工艺操作技术，建成我国第一条高强度、低松驰预应力钢绞线生产线。随后，上海申佳、江阴华
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新、无锡金羊等中外合资金属制品有限公司也分别引进国外的先进技术设备，生产出高质量的预应力筋产品。目前预应力钢材抗拉强度已达1860M Pa 。近年来在此基础上发展起来的专用无粘结钢绞线也已在我国正式生产。
1985年我国在总结预应力钢丝与钢绞线生产与推广经验的基础上正式确定了预应力钢丝与钢绞线国标“GB5223-85,GB5224-85”,1995年又对国标进行了重新修订，制定了新的国家标准“GB5223-95、GB5224-95”，新标准已达到国际先进水平。
在预应力张拉吨位及张拉设备方面，随着预应力技术应用领域和范围的扩大，张拉力也不断提高，对配套的张拉设备亦提出了更高的要求。国际上单根锚索张拉力在20世纪30～40年代就已达到10000kN ,1964年，我国梅山大坝基础加固中应用钢丝束锚索，单根最大张拉力3240kN ，其张拉过程十分复杂，进入70年代，我国应用的预应力锚索
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松潘地震20· 2001年5月 水利水电快报 EW RHI 第22卷第10期
DOI :10.15974/j ki .slsd kb .2001.10.007
郑小琼
单根张拉力大多为300～1100kN。为促进我国预应力锚固技术的发展，在“七五”期间国家安排进行高
吨位预应力锚固技术研究。1989年我国首台6 000kN级张拉设备研制成功，同年6000kN级单根预应力锚索在丰满坝基一次张拉成功，使我国预应力加固水平提高到新的阶段。此后石泉大坝加固单根锚索吨位提高至8000kN,“八五”期间李家峡边坡加固又成功应用了10000kN级预应力锚索。目前，我国已具有满足多种锚固力需要，适应各种工程应用的张拉设备系列，可适应张拉力200～12000 kN。张拉设备的生产工艺已达到世界先进水平。
在预应力锚固夹具及锚固体系方面,60年代，我国刚开始应用预应力锚索时，由于没有专门的锚固夹具，预应力钢丝外锚头主要采用钢筋混凝土墩锚头，施工复杂，预应力不易保持，张拉力也较小，而钢绞线的锚夹具则长期依赖进口。“七五”期间在配套研制6000kN级张拉设备的同时，还专门研制了6000kN级锚固机具，包括工具锚、工作锚、回缩量小且预应力损失小的锚夹片。现已形成品种齐全的预应力锚夹具系列，精度要求均达到了国际同类产品水平。1984年建设部将钢绞线预应力张拉锚固体系的研究列入科学技术开发计划。经过几年的研制试用，于1987年前后推出了XM与QM两种预应力体系。随后YM与OVM体系等相继研制开发成功，使我国的预应力张拉锚固技术得到了迅速发展，产品不断完善，已接近国际先进水平。目前我国生产的锚夹具主要有XM,QM,OVM,YM,DM, GLM,LM,YFM等，在国内各工程中广泛使用。
2 当前国内外岩土预应力锚索研究的现状
锚索技术的出现，是岩土工程技术发展史上的一个里程碑，为岩土体的加固和支护开辟了一条全新的途径。目前，尽管研究与应用已获得了较大的进步，但还不适应工程实践与发展的需要。在预应力锚索的作用机理、锚固注浆材料的试验与选择、锚索设计技术标准、检测方法以及如何结合具体工程特点研究新的具体问题和开发新产品方面，尚需进一步进行深入的工作。以下是工程技术人员一直关心的几个方面。
2.1 材料及选择
对锚索的注浆材料、锚具的选择目前多依据工程类比或参考其它工程经验。这方面深入细致的研究资料很少。2.2 内锚固段受力问题
内锚固段分机械式和胶结式两种，早期由于预应力吨位较低，多采用机械式锚固，近年来，胶结式锚固应用不断推广。对其研究主要依靠试验或现场测试，对内锚段长度的确定，则较多采用经验公式与工程类比。但由于各工程环境条件的不同，被锚固介质存在较大的差异，因而各大型工程中均采取了不同的试验与测试。国内外目前的研究较多地表现在锚杆特别是土层锚杆的研究上。锚索受力分析研究资料显示，国外进行的试验工作多一些，规模一般不大，而国内不仅研究单位少，研究资料也很有限。
2.3 预应力损失及锚束受力不均匀性问题
理论和实践证明，锚固存在预应力损失及不均匀性问题，在早期的预应力锚固体系中，上述问题显得更加突出，近年来，各种高效的锚固机具不断研制成功及施工工艺的不断改进，对降低预应力损失和改善不均匀性取得了一定的效果，但问题并未完全消除，不同的工程中仍普遍反映出不同的损失和不均匀情况。研究方法可用计算分析，但由于影响因素的复杂性，效果多不理想，采用实测分析仍是一种有效的手段。总体看国内外目前研究尚不全面，资料也不多，特别是国外资料不多。
2.4 岩体锚固效应问题
岩体在受荷作用下的反映，特别是锚作用下岩体的反映及岩体与锚固和锚固与锚固之间的相互作用与影响是一项具有现实意义的研究课题，也十分复杂,“八五”期间水电工程中做过一些相关的研究工作，主要基于理论分析、数值计算及现场实测技术。由于各工程的不同特点，岩体的不同特性，锚固设计的不同布置，所反映出的情况虽然具有一定的规律性，但具体在各个工程的定量上还远远不够，仍是一种值得深入探讨的课题。目前这方面单项性的研究较多，而系统性的全面的研究工作很少。
2.5 锚固体系的防腐问题
随着工程实践的不断增加，人们对预应力锚固体系的耐久性及防腐技术研究越来越重视，目前的研究主要是基于腐蚀机理的定性分析研究、腐蚀的室内模拟试验、现场实测分析及防腐技术与防腐材料的研究方面，特别是在防腐技术与材料方面取得了突出的进展。值得引起注意的是锚索防腐在国外
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徐年丰 陈胜宏 我国岩土预应力锚索加固技术的发展与存在的问题
工程界受到普遍重视，研究也较多，而国内则更多地注重锚固技术的应用，专门性的防腐研究工作较少，近年来己逐步认识到腐蚀问题及防腐研究的重要性。
2.6 关于锚索设计理论
虽然工程应用不少，但锚索设计理论尚不完善。国内有关规范也是近年来才出现，其中有的方面所依据的研究资料不多，尚需进一步完善。在锚固设计中经验设计与工程类比仍占主导。
3 我国岩土预应力锚索加固中尚存在的主要问题
与国外相比，我国岩土预应力锚索加固中主要存在下面一些问题。
3.1 预应力锚索的研究
我国岩土预应力锚索加固技术是从预应力混凝土发展过来的。推广应用的较多，进行深入研究则较少。目前不仅研究机构少，深入研究的更少。由于岩土体与混凝土是特性明显不同的介质，因此在应用的基础上结合具体条件进行深入地研究工作，对更好地推广应用该技术有重要作用。
3.2 预应力筋强度利用
目前国外对预应力筋的强度取值有普遍降低的趋势，特别是永久性预锚工程中更明显。我国预应力强度取值普遍偏高，锚索材料强度储备安全度偏低。
3.3 钻孔机具
国外目前生产的专用锚固钻机效率较高，而我国钻进机具多依赖进口，国产钻机性能与效率较低。
3.4 锚固材料与设备
我国对锚固材料及设备的系列化与标准化还不够。
3.5 锚束制作
国外锚束制作工艺较精细，而我国预应力锚索应用中许多配件是各工程中具体加工，配套性差，工艺粗糙，不仅受力性差，锚固效率相对也低。3.6 锚索防腐
国外对锚索防腐特别重视，尤其对永久性预锚，多采用双重保护。而我国对防腐必要性的认识还不够，防腐技术的研究不多，应用也较少。
3.7 锚索设计规范
我国长期以来权威性规范较少，近年来行业规范逐步出现。但还不完善，如有的设计规范中规定的预应力筋强度取值偏高；加固安全系数的概念不清，整体加固安全系数、荷载安全系数、锚筋材料强度系数等混在一起，使设计者迷惑等。
4 我国岩土预应力锚固应用急待改进的方面
根据笔者多年来从事岩土锚固设计应用与研究的体会，认为我国岩土锚固领域今后应重点加强研究与改进的有以下几个方面:
(1)锚固与围岩的相互作用研究。应进行综合性与系统性的研究，而不是单项因素的研究。这是一项具有现实意义的课题。
(2)锚固的基本理论研究。对内锚段受力机理进行微观分析研究；对内锚段长度的确定方法进行深入的研究并结合内锚段长度安全度取值进行深入的试验工作；对整体加固安全度、荷载安全度、材料强度安全度等采用分项系数来表达。
(3)锚固结构研究。加速无粘结技术的应用及新型内锚头(如荷载分散型等)的研制与应用。
(4)锚固材料方面。加速高强、超高强低松驰预应力筋的研制，对胶结材料及改性外加剂的进一步研究与深入的化学分析。
(5)锚固配套设备与机具。加速产品的标准化与系列化；提高锚固件与机具的加工工艺与加工水平，加强高效钻孔机具的研制。
(6)锚索受力研究。深入进行不均匀受力、预应力损失的研究。
(7)锚索防腐技术。对锚索腐蚀机理和防腐新材料进行深入研究，进一步探索防腐新方法。
(8)设计规程和规范。在系统研究的基础上加速完善设计技术标准。
5 结 语
本文在系统调研的基础上总结了国内外预应力
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2001年5月 水利水电快报 EW RHI 第22卷第10期
锚索的发展过程、发展方向、应用情况，以及预应力锚索当前的研究现状，分析了我国预应力锚索中存在的问题，并据笔者从事岩土锚固设计与研究的体会，提出了急需改进的方面，包括基础理论、锚固结构、材料工艺、设计标准等，供从事岩土研究与设计者参考。
主要参考文献
[1] Hanna T.H.(英)著.胡定等译.锚固技术在岩土工程
的应用.北京：中国建筑工业出版社,1987.10
[2] 刘效尧，朱新实主编.预应力技术及材料设备.北京:
人民交通出版社,1998.4
[3] 梁炯均.我国岩土工程预应力锚索的发展与问题.国
际岩土锚固与灌浆新进展.北京：中国建筑工业出版
社,1996.5
[4] 任尚卿，杨春堂.发展水电预锚技术争取更好的技术
经济效益.水利水电施工,1988(9)
[5] 程良奎.中国锚固技术的应用与发展.岩土锚固工程
技术的应用与发展(国际岩土锚固工程技术研讨会论
文集).万国学术出版社,1996.11
[6] W eerasinghe P.B,Adams D.A technical review of rock
世界机械发展史anchorage practice1976-1996.Ground anchorage and
anchored structures.T homas Telford,Lo ndo n,1997 [7] Nierlich H,Bruce D.A.A review of the Post-T ensio n-
ing I nstitute(s revised recommendations for prestressed
rock and soil ancho rs.Anchors in theo ry and practice.A.
聚丙烯管材
A.Balkema,Rotterdam,1995
巴西图库鲁伊水电站Ⅱ期工程
图库鲁伊水电站位于巴拉州首府贝伦市以南350km处的托坎廷斯河上，该地区矿产丰富。Ⅰ期工程有12台机组，装机容量4250MW，于1984年11月投入运行。
为了输送第Ⅱ期工程的电力，与Ⅰ期工程有关的大型输电系统正在进行更新，其中包括2930km 长的500kV线路,630km长的230kV线路和11个变电所。
Ⅱ期工程安装11台单机容量380MW的机组，首台机组即电站的第13号机已于2000年5月投运。其余10台机组每隔4个月投运一台。2006年9月，该电站共有23台机组运行。
2000年2月,Ⅱ期工程的设备供货合同授与由阿尔斯通公司牵头的联营公司，其余成员是GE水电公司,Inepar-Fem公司和Odebrecht公司。
该合同包括Ⅱ期工程11台新机组的供货、安装和调试，以及进水口闸门、压力钢管、排水管和叠梁，起重机，保护和控制系统，还有绝缘母线。
阿尔斯通将提供8台水轮机和8台发电机，以及全部新机组的控制、命令和保护子系统，并将用改进的
控制和保护子系统更新原有的12台机组。阿尔斯通水轮机和发电机的制造将在巴西阿尔斯通Tabante工厂进行。阿尔斯通公司供货总价将为2.9亿美元。
GE水电公司将提供另外3台水轮机和3台发电机，总价约6500万美元。
上海财务管理进修学院Inepar-Fem公司将提供一系列主要设备，包括溢洪闸门，总价约3000万美元，而Odebrecht公司的合同价约为6600万美元。
Ⅱ期工程的设计将使环境影响最小，在增加发电容量的同时不增加水库容量。
巴西北部电力公司于1973年组建，负责巴西北部地区的发电和输电。其供电地区占国土面积的58%，包括巴拉、亚马逊、马托格罗索、朗多尼亚、罗赖马、阿克里、阿马帕、托康提斯和马兰哈奥州。
该公司成立以来，装机容量从40M W增加到约5563MW。其中4751MW由图库鲁伊、巴尔比纳、萨穆尔和科拉西诺尼斯4座水电站提供。另外812M W由12座火电站提供。
从图库鲁伊电站Ⅰ期工程开始以来，北部电力公司一直从事一项使当地印第安人持续发展的项目，包括为保健、教育、促进印第安语言和文化发展提供资金。
马元王廷 译自美刊《现代电子系统》2000年6月
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