上海祥谷钢结构工程有限公司
摘要：超高强度预应力锚杆的制作、安装、张拉及灌浆成套施工工艺技术
关键词：高强锚杆、结构合金钢、锚杆张拉、套管灌浆、液压中空扳手
一、项目概况
上海临港科创城A0202地块工程项目，裙房钢结构柱脚采用超高强预应力锚栓，主要有Φ45mmX1870（48套）、Φ60mmX2690（614套）两种规格共662套，强度选用850级，即名义屈服强度≧850MPa，抗拉强度≧1050MPa，伸长率≧10%，设计要求张拉力M60为1060KN，M45为675KN，锚栓张拉后需要在套关键填充高强灌浆料。锚栓材料选用等级高，锚栓直径大，布置密集，且设计要求的张力预应力值非常大，锚栓加工制作及现场施工的施工难度都非常高。经网络检索，该类型类型超高强度锚栓仅在大型斜拉桥、央视新址大楼、天津117大楼等超大跨度或超高层中有过使用。
柱脚超高强预应力锚栓效果图
二、超高强度制作材料选用
施工图要求锚栓满足国家规范《钢拉杆》（GB/T20934-2016）中GLG850级的力学性能要求（注：设计施工时间为2017年4月，2018年2月1日实施的《钢结构用高强锚栓连接副》（GB/T33943-2017）国家规范中相关规定对本工程锚杆更适用），具体如下表：
根据现行的《合金结构钢》（GB/T3077-2015）中的性能指标，杆体：选用规范中42CrMo经一次调质的调质钢棒，确保杆体总长方向获得最大断后伸长率不小于10%；性能如下表：
锚杆螺纹：采用机加工后端部热处理，并达到12.9级标准，采用铜炉试棒检验。
螺母：选用10H级，考虑到后期预张拉应力值较大，不易下端设置锚板，而采用2端均设置双螺母的锚固形式。
单根锚杆设计图纸如下图：
三、预应力锚栓施工流程
四、锚栓群整体安装
本工程单个柱脚最多锚栓设置了20根超高强度锚杆，安装前在地面将锚栓群及套管整体固定在统一的临时支架上，形成整体后，单个柱脚的锚栓（含套管）一次性整体吊装就位，确保了锚栓群的定位尺寸及锚栓之间的相对尺寸。
五、预应力张拉
由于本工程的锚栓群设置密集，柱脚加劲板之间净尺寸仅为195mm，且单根锚栓最大预先张拉力达到10060KN，无法采用传统的穿芯式液压千斤顶进行张拉，且锚栓数量多，张拉周期要求短。最终根据大六角高强螺栓连接副的施工工艺，选用了钛合金中空液压扳手进行扭矩转换的方式进行逐根张拉。即根据下式计算确定张拉力：
Tc=k·Pc·d
其中：d—高强锚栓直径；
k—扭矩系数平均值，由试验测得；
Pc—张拉轴力；
Tc—施工终拧扭矩。
高强锚栓的扭矩系数可按照大六角螺栓的扭矩系数的试验方法取得，选8个锚栓作为试验对象，测得达到设计要求张拉力时的扭矩T，就可得到：
K=T/（P·d） 其中扭矩T按中空扳手显示扭矩实测值，P由设置于螺母底部的压力 传感器实测获得，以M60锚栓为例，本工程实测数据如下：
锚栓张拉应从中间向两边对称张拉，张拉分预紧、初紧和终拧，预紧时扭矩为终拧的10%，初紧时扭矩为终拧的一半。张拉完毕后，锚杆上加装双螺帽，防止螺帽松动。锚栓群张拉顺序如下图：
锚栓张拉顺序
六、高强灌浆料施工工艺
本工程设计要求在锚栓张拉完成后，需要对锚栓和套管之间进行高强灌浆料填充，设计强度不小于C40混凝土，因此选用了超流态水泥基H40高强灌浆料填充，其设计强度如下表：
七、总结
本工程实施的超高强度预应力锚杆制作、安装、张拉、灌浆等工艺，提现了目前建筑钢结构对地脚锚栓施工的最高要求，材料的选取经同炉试棒检测，强度和伸长率完全满足设计要求；基于现场实测数据的张拉工艺，经压力传感器测量数据表明，预张拉力值完全能够满足设计需求；设置导管和透气管的灌浆工艺，对于套管灌浆密实度尤其是套管根部的密实度有可靠保证，整体施工工艺达到当前国内先进水平。
结合2018年2月1日实施的《钢结构用高强锚栓连接副》（GB/T33943-2017）国家规范，本工程锚杆是一个完整的施工案例，其施工工艺具有一定的推广意义。
论文作者:魏义进,张强
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月上
论文发表时间:2018/9/5
标签：扭矩论文; 预应力论文; 强度论文; 锚杆论文; 套管论文; 拉力论文; 钢结构论文; 《建筑细部》2018年2月上论文;