专利名称：一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程中应用于滑坡防治的预应力锚索结构，特别是采用 碳纤维锚索的滑坡防治预应力锚固新型结构。
背景技术：
预应力锚索是一种新型滑坡防治结构，最早应用于矿山，后来逐渐在水库大 坝加固、地下洞室加固、边坡加固、滑坡防治等各种工程中应用，成为一种重要 的滑坡防治措施。由于这类工程属永久性工程，传统施工中的钢锚索不仅单位体 积质量大、运输不便、不易开巻、安装速度慢，而且存在易锈蚀等缺点，尽管现 在采用了如水泥浆结石层防护，镀锌、锡、铜等金属防护，涂有机涂料、塑料、 防锈油等非金属涂层防护等多种措施，但在水泥产生的碱性条件、有水和大气存 在的酸性条件中，仍然不能从根本上杜绝锈蚀现象。尤其是在海水浸蚀地层、火 山灰地层、化学腐蚀环境等特殊锚固工程中，或是薄层混凝土包裹时，钢筋锈蚀 得更加厉害，重点锚固工程不得不定期进行防锈处理，甚至更换、重新施工，无 形中增加了许多后期费用，影响综合经济效益。同时，锚索施工场地一般都比较 狭窄、险峻，而钢锚索密度大，现场运输、开巻、安装极不方便，这也是钢锚索 无法提高安装速度的根本原因。为彻底解决钢材锈蚀问题，国外于20世纪80年代就开始研究、试验非金属锚 杆，如瑞典维德曼公司(Wiedemann) 1987年首推玻璃纤维锚杆，它由嵌固在聚酯或 环氧树脂中的优质玻璃纤维制成，纤维含量约为70%，破坏荷载与钢丝绳相当， 有树脂型和中空灌浆型2种。德国拜尔公司(Bayer)90年代初研制出获专利的玻璃 纤维复合材料Polystal制成的锚杆，受拉件为玻璃增强纤维，填充料为不饱和聚 酯树脂，轴向破坏荷载与单股钢丝绳相当，但成本高6倍左右。加拿大最初一直使 用从德国进口Polystal制作锚索，但由于材料成本高，无市场竞争力，因此，由 几家公司共同研制出玻璃纤维复合材料DAPP雇，专门作为生产矿山锚固支护用的 锚杆，该产品已于1989年在温哥华市投人生产，其性能与Polystal相似，密度仅 为2. lg/cm3，轴向破坏荷载与钢锚索相当，但成本比Polystal低30X。日本于1987，奥地利等国也 有复合材料的锚索出售，并在地表滑坡整治、水电大坝、地下矿山等进行过应用、 测试，取得很好的技术经济效益。可见，非金属锚杆的应用具有良好的前景，已 成为一种国际趋势。而国内虽然有单位正在研究类似产品，但到目前为止，尚未 查阅到相关报道。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，与传统钢绞线相比，碳纤维具有以下 优点-(1) 质量轻，其比重仅为钢绞线的l，易于运输、开巻，安装，可大幅度降4低劳动强度，提高作业效率，减少运输、安装成本；(2) 碳纤维抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是普通钢绞线抗拉强度(1860 Mpa)的2倍。对于同等设计荷载的预应力锚索结构，所需碳纤维的截面面积是普 通钢绞线的一半，因而可以减小锚索钻孔的孔径，大幅度降低造孔成本；(3) 埋设在地下特殊环境条件下(如电腐蚀、化学腐蚀环境等)的普通预应力 锚索结构，容易受周围环境介质的侵蚀，导致钢绞线锈蚀，耐久性大幅度降低， 而碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱中环境下不溶不胀，耐蚀性良好， 可以大幅度提高预应力锚索结构的耐久性；(4) 普通钢绞线在长期荷载作用下容易发生松弛和应力腐蚀，导致预应力损 失；而碳纤维材料无蠕变，耐疲劳性好，可以降低预应力锚索结构的预应力损失。实用新型内容本实用新型的目的是提供一种重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀、专用于滑坡防 治的一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构。本新型的目的是这样实现的 一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束组成，且炭纤维束外侧包裹 聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外侧为灌注水泥砂浆，砂浆外侧为锚索钻孔，炭纤 维束端部设置有承压钢板。本新型旨在解决传统预应力钢绞线易腐蚀、耐久性差、比强度低、现场运输、 制作、安装强度大等缺点，而提出采用碳纤维材料代替传统钢绞线，形成一种新4型的碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，新型结构能够有效地避免普通钢绞线预应 力锚索的缺陷，使滑坡预应力锚固工程结构更加安全、可靠、耐久。 本新型施工步骤如下测量放样一施钻成孔一压力型碳纤维锚索制作、安装一锚孔灌注水泥砂浆一 混凝土锚墩浇注一锚索张拉锁定一封锚。压力型碳纤维(CFRP)预应力锚索滑坡防治结构，是以高强度炭纤维束(〉 3500Mpa)代替传统的钢绞线(1860Mpa)，形成一种新型的滑坡防治预应力锚索结 构。与现有技术相比，本新型的有益效果是(1) 质量轻，其比重仅为钢绞线的l，易于运输、开巻，安装，可大幅度降4低劳动强度，提高作业效率，减少运输、安装成本；(2) 碳纤维抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是普通钢绞线抗拉强度(I860 Mpa)的2倍。对于同等设计荷载的预应力锚索结构，所需碳纤维的截面面积是普 通钢绞线的一半，因而可以减小锚索钻孔的孔径，大幅度降低造孔成本；(3) 埋设在地下特殊环境条件下(如电腐蚀、化学腐蚀环境等)的普通预应力 锚索结构，容易受周围环境介质的侵蚀，导致钢绞线锈蚀，耐久性大幅度降低， 而碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱中环境下不溶不胀，耐蚀性良好， 可以大幅度提高预应力锚索结构的耐久性；(4) 普通钢绞线在长期荷载作用下容易发生松弛和应力腐蚀，导致预应力损 失；而碳纤维材料无蠕变，耐疲劳性好，可以降低预应力锚索结构的预应力损失。
图l是本新型的示意图； 图2是图l所示锚索的断面图。
具体实施方式
图1示出，锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束l组成，且炭纤维束外 侧包裹聚氯乙烯套管2，聚氯乙烯套管2外侧为灌注水泥砂浆3，砂浆外侧为锚索 钻孔6，炭纤维束端部设置有承压钢板4。压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构， 采用高强度碳纤维替代传统的钢绞线，碳纤维材料具有比传统钢绞线材料更多的 优点，主要体现在质轻、高强度(不小于3500Mpa)、高弹性模量(300Gpa以上)、耐化学腐蚀性、热膨胀系数小等方面，能够有效地解决传统钢绞线抗拉强度低、 耐久性能差、应力损失大、施工强度高等缺点。实施例针对一个具体的滑坡防治工程，通过勘查、设计工作，确定采用压 力型碳纤维预应力锚索结构进行防治，根据设计文件，首先采用测量设备对预应 力锚索孔位进行实地测量定位；根据单根锚索的孔径、孔深进行钻探成孔；同时 在室内加工、制作压力型碳纤维锚索，由于采用的碳纤维锚索是无粘结的，需要 在碳纤维束外侧包裹PVC套管，在端部设置承受钢板；清孔并进行预应力锚索安 装；灌注M30水泥砂浆；现浇预应力锚索锚墩；待混凝土、砂桨强度达到70%设计 强度时，进行预应力张拉，并锁定；最后对预应力锚索锚头进行封锚处理(参见 图l，图中有锚头5、锚索钻孔6、滑动面7、自然坡面8。锚索结构滑动面以下部 分为锚固段，滑动面以上部分为自由段)。
权利要求1、一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，其特征是所述锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束(1)组成，且炭纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管(2)，聚氯乙烯套管(2)外侧为灌注水泥砂浆(3)，水泥砂浆(3)外侧为锚索钻孔(6)；炭纤维束端部设置有承压钢板(4)。
专利摘要一种压力型碳纤维预应力锚索滑坡防治结构，包括锚索，锚索由抗拉强度大于3500MPa的碳纤维束组成，且炭纤维束外侧包裹聚氯乙烯套管，聚氯乙烯套管外侧为灌注的水泥砂浆，水泥砂浆外侧为锚索钻孔，炭纤维束端部设置有承压钢板。它具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀、寿命长的特点。
文档编号E02D5/74GK201428135SQ20092008281
公开日2010年3月24日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者何思明, 渝 罗 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所