專利名稱：一種壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及巖土工程中應(yīng)用于滑坡防治的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，特別是采用 碳纖維錨索的滑坡防治預(yù)應(yīng)力錨固新型結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力錨索是一種新型滑坡防治結(jié)構(gòu)，最早應(yīng)用于礦山，后來(lái)逐漸在水庫(kù)大 壩加固、地下洞室加固、邊坡加固、滑坡防治等各種工程中應(yīng)用，成為一種重要 的滑坡防治措施。由于這類工程屬永久性工程，傳統(tǒng)施工中的鋼錨索不僅單位體 積質(zhì)量大、運(yùn)輸不便、不易開巻、安裝速度慢，而且存在易銹蝕等缺點(diǎn)，盡管現(xiàn) 在采用了如水泥漿結(jié)石層防護(hù)，鍍鋅、錫、銅等金屬防護(hù)，涂有機(jī)涂料、塑料、 防銹油等非金屬涂層防護(hù)等多種措施，但在水泥產(chǎn)生的堿性條件、有水和大氣存 在的酸性條件中，仍然不能從根本上杜絕銹蝕現(xiàn)象。尤其是在海水浸蝕地層、火 山灰地層、化學(xué)腐蝕環(huán)境等特殊錨固工程中，或是薄層混凝土包裹時(shí)，鋼筋銹蝕 得更加厲害，重點(diǎn)錨固工程不得不定期進(jìn)行防銹處理，甚至更換、重新施工，無(wú) 形中增加了許多后期費(fèi)用，影響綜合經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，錨索施工場(chǎng)地一般都比較 狹窄、險(xiǎn)峻，而鋼錨索密度大，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸、開巻、安裝極不方便，這也是鋼錨索 無(wú)法提高安裝速度的根本原因。為徹底解決鋼材銹蝕問(wèn)題，國(guó)外于20世紀(jì)80年代就開始研究、試驗(yàn)非金屬錨 桿，如瑞典維德曼公司(Wiedemann) 1987年首推玻璃纖維錨桿，它由嵌固在聚酯或 環(huán)氧樹脂中的優(yōu)質(zhì)玻璃纖維制成，纖維含量約為70%，破壞荷載與鋼絲繩相當(dāng)， 有樹脂型和中空灌漿型2種。德國(guó)拜爾公司(Bayer)90年代初研制出獲專利的玻璃 纖維復(fù)合材料Polystal制成的錨桿，受拉件為玻璃增強(qiáng)纖維，填充料為不飽和聚 酯樹脂，軸向破壞荷載與單股鋼絲繩相當(dāng)，但成本高6倍左右。加拿大最初一直使 用從德國(guó)進(jìn)口Polystal制作錨索，但由于材料成本高，無(wú)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此，由 幾家公司共同研制出玻璃纖維復(fù)合材料DAPP雇，專門作為生產(chǎn)礦山錨固支護(hù)用的 錨桿，該產(chǎn)品已于1989年在溫哥華市投人生產(chǎn)，其性能與Polystal相似，密度僅 為2. lg/cm3，軸向破壞荷載與鋼錨索相當(dāng)，但成本比Polystal低30X。日本于1987，奧地利等國(guó)也 有復(fù)合材料的錨索出售，并在地表滑坡整治、水電大壩、地下礦山等進(jìn)行過(guò)應(yīng)用、 測(cè)試，取得很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。可見，非金屬錨桿的應(yīng)用具有良好的前景，已 成為一種國(guó)際趨勢(shì)。而國(guó)內(nèi)雖然有單位正在研究類似產(chǎn)品，但到目前為止，尚未 查閱到相關(guān)報(bào)道。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，與傳統(tǒng)鋼絞線相比，碳纖維具有以下 優(yōu)點(diǎn)-(1) 質(zhì)量輕，其比重僅為鋼絞線的l，易于運(yùn)輸、開巻，安裝，可大幅度降4低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，減少運(yùn)輸、安裝成本；(2) 碳纖維抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是普通鋼絞線抗拉強(qiáng)度(1860 Mpa)的2倍。對(duì)于同等設(shè)計(jì)荷載的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，所需碳纖維的截面面積是普 通鋼絞線的一半，因而可以減小錨索鉆孔的孔徑，大幅度降低造孔成本；(3) 埋設(shè)在地下特殊環(huán)境條件下(如電腐蝕、化學(xué)腐蝕環(huán)境等)的普通預(yù)應(yīng)力 錨索結(jié)構(gòu)，容易受周圍環(huán)境介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致鋼絞線銹蝕，耐久性大幅度降低， 而碳纖維材料具有良好的耐腐蝕性能，在酸、堿中環(huán)境下不溶不脹，耐蝕性良好， 可以大幅度提高預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的耐久性；(4) 普通鋼絞線在長(zhǎng)期荷載作用下容易發(fā)生松弛和應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損 失；而碳纖維材料無(wú)蠕變，耐疲勞性好，可以降低預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種重量輕、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕、專用于滑坡防 治的一種壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)。本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)，包括錨索，錨索由抗拉強(qiáng)度大于3500MPa的碳纖維束組成，且炭纖維束外側(cè)包裹 聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外側(cè)為灌注水泥砂漿，砂漿外側(cè)為錨索鉆孔，炭纖 維束端部設(shè)置有承壓鋼板。本新型旨在解決傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線易腐蝕、耐久性差、比強(qiáng)度低、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸、 制作、安裝強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，而提出采用碳纖維材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼絞線，形成一種新4型的碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)，新型結(jié)構(gòu)能夠有效地避免普通鋼絞線預(yù)應(yīng) 力錨索的缺陷，使滑坡預(yù)應(yīng)力錨固工程結(jié)構(gòu)更加安全、可靠、耐久。 本新型施工步驟如下測(cè)量放樣一施鉆成孔一壓力型碳纖維錨索制作、安裝一錨孔灌注水泥砂漿一 混凝土錨墩澆注一錨索張拉鎖定一封錨。壓力型碳纖維(CFRP)預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)，是以高強(qiáng)度炭纖維束(〉 3500Mpa)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絞線(1860Mpa)，形成一種新型的滑坡防治預(yù)應(yīng)力錨索結(jié) 構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本新型的有益效果是(1) 質(zhì)量輕，其比重僅為鋼絞線的l，易于運(yùn)輸、開巻，安裝，可大幅度降4低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，減少運(yùn)輸、安裝成本；(2) 碳纖維抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是普通鋼絞線抗拉強(qiáng)度(I860 Mpa)的2倍。對(duì)于同等設(shè)計(jì)荷載的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，所需碳纖維的截面面積是普 通鋼絞線的一半，因而可以減小錨索鉆孔的孔徑，大幅度降低造孔成本；(3) 埋設(shè)在地下特殊環(huán)境條件下(如電腐蝕、化學(xué)腐蝕環(huán)境等)的普通預(yù)應(yīng)力 錨索結(jié)構(gòu)，容易受周圍環(huán)境介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致鋼絞線銹蝕，耐久性大幅度降低， 而碳纖維材料具有良好的耐腐蝕性能，在酸、堿中環(huán)境下不溶不脹，耐蝕性良好， 可以大幅度提高預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的耐久性；(4) 普通鋼絞線在長(zhǎng)期荷載作用下容易發(fā)生松弛和應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損 失；而碳纖維材料無(wú)蠕變，耐疲勞性好，可以降低預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失。


圖l是本新型的示意圖； 圖2是圖l所示錨索的斷面圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出，錨索由抗拉強(qiáng)度大于3500MPa的碳纖維束l組成，且炭纖維束外 側(cè)包裹聚氯乙烯套管2，聚氯乙烯套管2外側(cè)為灌注水泥砂漿3，砂漿外側(cè)為錨索 鉆孔6，炭纖維束端部設(shè)置有承壓鋼板4。壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)， 采用高強(qiáng)度碳纖維替代傳統(tǒng)的鋼絞線，碳纖維材料具有比傳統(tǒng)鋼絞線材料更多的 優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在質(zhì)輕、高強(qiáng)度(不小于3500Mpa)、高彈性模量(300Gpa以上)、耐化學(xué)腐蝕性、熱膨脹系數(shù)小等方面，能夠有效地解決傳統(tǒng)鋼絞線抗拉強(qiáng)度低、 耐久性能差、應(yīng)力損失大、施工強(qiáng)度高等缺點(diǎn)。實(shí)施例針對(duì)一個(gè)具體的滑坡防治工程，通過(guò)勘查、設(shè)計(jì)工作，確定采用壓 力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)進(jìn)行防治，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，首先采用測(cè)量設(shè)備對(duì)預(yù)應(yīng) 力錨索孔位進(jìn)行實(shí)地測(cè)量定位；根據(jù)單根錨索的孔徑、孔深進(jìn)行鉆探成孔；同時(shí) 在室內(nèi)加工、制作壓力型碳纖維錨索，由于采用的碳纖維錨索是無(wú)粘結(jié)的，需要 在碳纖維束外側(cè)包裹PVC套管，在端部設(shè)置承受鋼板；清孔并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索安 裝；灌注M30水泥砂漿；現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力錨索錨墩；待混凝土、砂槳強(qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計(jì) 強(qiáng)度時(shí)，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，并鎖定；最后對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索錨頭進(jìn)行封錨處理(參見 圖l，圖中有錨頭5、錨索鉆孔6、滑動(dòng)面7、自然坡面8。錨索結(jié)構(gòu)滑動(dòng)面以下部 分為錨固段，滑動(dòng)面以上部分為自由段)。
權(quán)利要求1、一種壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)，包括錨索，其特征是所述錨索由抗拉強(qiáng)度大于3500MPa的碳纖維束(1)組成，且炭纖維束外側(cè)包裹聚氯乙烯套管(2)，聚氯乙烯套管(2)外側(cè)為灌注水泥砂漿(3)，水泥砂漿(3)外側(cè)為錨索鉆孔(6)；炭纖維束端部設(shè)置有承壓鋼板(4)。
專利摘要一種壓力型碳纖維預(yù)應(yīng)力錨索滑坡防治結(jié)構(gòu)，包括錨索，錨索由抗拉強(qiáng)度大于3500MPa的碳纖維束組成，且炭纖維束外側(cè)包裹聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外側(cè)為灌注的水泥砂漿，水泥砂漿外側(cè)為錨索鉆孔，炭纖維束端部設(shè)置有承壓鋼板。它具有重量輕、抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D5/74GK201428135SQ20092008281
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者何思明, 渝 羅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所