一种碳纤维预应力锚索应力测试装置及施工方法

本发明涉及临海深基坑工程原位试验及施工，尤其是一种碳纤维预应力锚索应力测试装置及施工方法。

背景技术：

1、锚索是岩土工程中用于加固岩体的装置，它是通过对一端固定于被加固岩体，另一端锚固于稳定岩体的锚固装置并施加拉力，以在被加固岩体与稳定岩体之间产生压应力，从而增加抗滑力；或产生向上的分力，从而减少下滑力，来达到加固岩体的目的。碳纤维锚索是采用现有的碳纤维筋材制作而成的，与现有钢绞线锚索相比，碳纤维锚索不仅具有抗拉强度高、重量轻、不会锈蚀的优点，而且还有蠕变小、耐疲劳性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性好、易于安装和运输、使用方便等优势。

2、现有碳纤维锚索的锚头由碳纤维筋材和螺纹式钢套筒组成，在碳纤维筋材的锚固段部分设有一层芳纶纤维螺纹层，在螺纹式钢套筒内设有与碳纤维筋材上的芳纶纤维螺纹层的螺纹相配的内螺纹，并且螺纹式钢套筒内螺纹连接在碳纤维锚索的芳纶纤维螺纹层，在螺纹式钢套筒的表面上设有与螺纹式钢套筒内螺纹孔相通的注胶孔和出胶孔，在注胶孔内和出胶孔内都注满有树脂基类隔水胶保护层。但在施工过程中该锚头容易损坏而导致后续无法进行锚固张拉。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种碳纤维预应力锚索应力测试装置及施工方法，以解决在施工过程中因锚头损坏而导致后续无法进行锚固张拉的问题。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

2、第一方面，本发明提供了一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，包括由多条碳纤维筋材组成的碳纤维锚索，所述碳纤维锚索的锚头包括带底座的螺纹式钢套筒，所述螺纹式钢套筒通过在其内部填充植筋胶与所述碳纤维锚索连接；还包括张拉锁定装置，所述张拉锁定装置包括用于顶推螺纹式钢套筒的千斤顶和用于锁定螺纹式钢套筒的螺母，以通过千斤顶对锚头调节张拉预应力后利用螺母锁定。

3、作为进一步的实现方式，还包括多个沿碳纤维锚索长度间隔布置的定位支架，定位支架中部设置孔洞以供注浆管穿过。

4、作为进一步的实现方式，所述千斤顶用于设置在螺纹式钢套筒周侧，其一端用于抵接螺纹式钢套筒周侧的钢螺栓，另一端用于抵接钢支墩；所述螺母远离钢螺栓一侧抵接锚垫板，锚垫板通过锁口腰梁支撑。

5、作为进一步的实现方式，任一所述碳纤维锚索表面布设多个电阻式应变片，所述电阻式应变片连接有静态应变采集仪。

6、作为进一步的实现方式，多个所述电阻式应变片在所述碳纤维锚索表面沿其长度方向间隔设置。

7、第二方面，本发明提供了根据第一方面所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，包括以下步骤：

8、确定碳纤维锚索的锚固段、自由段长度以及电阻式应变片粘贴位置，在施工场地确定碳纤维锚索的钻孔位置，碳纤维锚索下入孔中并注浆，碳纤维锚索注浆结束后施工张拉锁定装置，开始利用张拉锁定装置中的千斤顶进行张拉并通过螺母锁定张拉预紧力。

9、作为进一步的实现方式，在下锚过程中边下边送水，碳纤维锚索入孔深度不得小于设计长度的95％。

10、作为进一步的实现方式，碳纤维锚索下入孔中后，通过注浆管开始注浆，待浆液从孔口流出时，结束第一次注浆，当第一次注浆强度达到设计强度后进行二次注浆。

11、作为进一步的实现方式，植筋胶搅拌均匀后倒入螺纹式钢套筒，在螺纹式钢套筒开口处套上塑料袋后将螺纹式钢套筒插向碳纤维筋材。

12、作为进一步的实现方式，锚索注浆结束后，制作锁口腰梁，碳纤维锚索张拉作业应在锚固体和锁口腰梁强度达到设计强度的70％后方可进行。

13、上述本发明的有益效果如下：

14、(1)本发明区别于钢绞线锚索的端部锚固采用圆套筒三夹片式夹具的方式，碳纤维锚索的锚固方式采用千斤顶对锚头调节张拉预应力，并采用螺母锁定张拉预应力，易控制锚索自身所需施加的预应力，施工简便、安全，施加预应力数值稳定可靠，并且通过本发明解决了在施工过程中因锚头损坏而导致后续无法进行锚固张拉，需要重新设计锚头，施工效率低的问题。

15、(2)本发明通过在碳纤维锚索上布设电阻式应变片，可以实时监测预应力锚索沿碳纤维锚索长度方向上的应力分布情况，更好的去研究预应力锚索的锚固机理。

16、(3)本发明采用钢套管钻进，可以在钻孔过程中起到支护的作用，更能适应各种地层，特别是一些临海填土地层，减少周边土体沉降，减小施工对周边土层的扰动，对后续锚索的安放起到保护作用。

17、(4)本发明采用碳纤维锚索，具有抗拉强度高、重量轻、不会锈蚀的优点,而且还具蠕变小、耐疲劳性好、热膨胀系数小、耐腐蚀性好、易于安装和运输、使用方便等优点。由于碳纤维锚索抗剪能力差、抗拉能力强，基坑支护中使用完毕后，后续碳纤维地层区域施工时，容易拆除、破坏，不会造成额外的处理费用。

技术特征：

1.一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，其特征在于，包括由多条碳纤维筋材组成的碳纤维锚索，所述碳纤维锚索的锚头包括带底座的螺纹式钢套筒，所述螺纹式钢套筒通过在其内部填充植筋胶与所述碳纤维锚索连接；还包括张拉锁定装置，所述张拉锁定装置包括用于顶推螺纹式钢套筒的千斤顶和用于锁定螺纹式钢套筒的螺母，以通过千斤顶对锚头调节张拉预应力后利用螺母锁定。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，其特征在于，还包括多个沿碳纤维锚索长度间隔布置的定位支架，定位支架中部设置孔洞以供注浆管穿过。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，其特征在于，所述千斤顶用于设置在螺纹式钢套筒周侧，其一端用于抵接螺纹式钢套筒周侧的钢螺栓，另一端用于抵接钢支墩；所述螺母远离钢螺栓一侧抵接锚垫板，锚垫板通过锁口腰梁支撑。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，其特征在于，任一所述碳纤维锚索表面布设多个电阻式应变片，所述电阻式应变片连接有静态应变采集仪。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维预应力锚索应力测试装置，其特征在于，多个所述电阻式应变片在所述碳纤维锚索表面沿其长度方向间隔设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，其特征在于，在下锚过程中边下边送水，碳纤维锚索入孔深度不得小于设计长度的95％。

8.根据权利要求6所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，其特征在于，碳纤维锚索下入孔中后，通过注浆管开始注浆，待浆液从孔口流出时，结束第一次注浆，当第一次注浆强度达到设计强度后进行二次注浆。

9.根据权利要求6所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，其特征在于，植筋胶搅拌均匀后倒入螺纹式钢套筒，在螺纹式钢套筒开口处套上塑料袋后将螺纹式钢套筒插向碳纤维筋材。

10.根据权利要求6所述的碳纤维预应力锚索应力测试装置的施工方法，其特征在于，锚索注浆结束后，制作锁口腰梁，碳纤维锚索张拉作业应在锚固体和锁口腰梁强度达到设计强度的70％后方可进行。

技术总结
本发明涉及临海深基坑工程原位试验及施工技术领域，尤其是一种碳纤维预应力锚索应力测试装置及施工方法，包括由多条碳纤维筋材组成的碳纤维锚索，所述碳纤维锚索的锚头包括带底座的螺纹式钢套筒，所述螺纹式钢套筒通过在其内部填充植筋胶与所述碳纤维锚索连接；还包括张拉锁定装置，所述张拉锁定装置包括用于顶推螺纹式钢套筒的千斤顶和用于锁定螺纹式钢套筒的螺母，以通过千斤顶对锚头调节张拉预应力后利用螺母锁定。本发明区别于钢绞线锚索的端部锚固采用圆套筒三夹片式夹具的方式，碳纤维锚索的锚固方式采用锚头与螺母旋紧的方式施加预应力，易控制锚索自身所需施加的预应力，并且通过本发明解决了在施工过程中因锚头损坏而导致后续无法进行锚固张拉的问题。

技术研发人员：白晓宇,刁浩杰,张鹏飞,闫楠,刘全,包希吉,李垒,张明义,孙培富,秘金卫
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14