¶ 02492 預力地錨
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第02492章
預力地錨
1. 通則
1.1 本章概要
說明預力地錨應用於基礎之抗傾及抗浮穩定或邊坡、擋土設施之穩定之相關規定,包括材料供應、資料送審、現場品質管理、檢驗、清理及保護等。預力地錨施工應與基礎或擋土設施之施工互相配合。
1.2 工作範圍
包括鑽孔、預灌工作、鋼腱組裝、灌漿、施預力、外部端錨之保護、各項試驗及品質檢驗等。
1.3 相關章節
1.3.1 第03050章--混凝土基本材料及施工一般要求
1.3.2 第03601章--無收縮水泥砂漿
1.4 相關準則
1.4.1 中華民國國家標準(CNS)
(1) CNS 2458 化學工業及一般用高密度聚乙烯塑膠管
(2) CNS 3332 預力混凝土用應力消除無被覆鋼線及鋼絞線
1.4.2 土木水利工程學會
(1) 土木402混凝土工程施工規範與解說
(2) 地錨設計與施工準則暨解說
1.5 定義
1.5.1 地錨係土錨及岩錨之統稱,為可將拉力傳遞至特定地層之裝置,按其錨碇段所在地層類別可再細分為錨碇於土層中之土錨,以及錨碇於岩層中之岩錨。
1.5.2 預力地錨依其使用年限及功能,分為臨時性和永久性地錨。永久性地錨之所有部分(包括錨碇段、自由段及外部端錨)須採適當防蝕保護。
1.5.3 預力地錨由下列主要部分構成:
(1) 錨碇段:
係將預力鋼腱錨碇於所鑽之孔洞底部而成,其長度必須足以安全承受鋼腱施預力時所加之全部荷重。錨碇段之鋼腱組合,應儘量使其軸心與鑽孔之軸心一致,並應均布於鑽孔內,再以壓力灌注水泥漿,將其錨碇於孔中。錨碇段之長度應按設計圖所示施工,但應視現場確認試驗結果及地質實際情況調整之。
(2) 自由段:
係由預力鋼腱、護管及封漿器組成。封漿器須置於錨碇段與自由段之分隔處,務使於錨碇段灌漿時,其漿液不致流入自由段之護管內。為避免腐蝕,自由段應塗抹防蝕油脂並套入PE小護管,於施預力後,以水泥漿將護管與鋼腱(PE小護管)間之空隙灌實。
(3) 外部端錨:
係由握線器、承板及基座等組成。承板須能依設計圖所示,均勻傳布鋼腱拉力至基座、橫檔或其與基礎或擋土設施結構體之接觸面,而其本身應力則應在容許應力範圍內。基座應足以安全承受自承板傳布之全部荷重。除另有規定外,於自由段灌漿後,如屬臨時性工程,鋼腱外部端錨應以油漆及護蓋加以保護,如屬永久性工程,則應將自由段護管以套管延伸至外部端錨,並以鋼筋混凝土或其他防蝕材料密封。
1.5.4 設計拉力(Tw)
地錨設計時,預力鋼腱材料、地層與漿體間及預力鋼腱與漿體間之介面所採之安全係數詳表02492-1。
表02492-1 地錨設計拉力表
-
-
-
分 類
最小安全係數Tu/Tw
預力鋼腱
地層/漿體
預力鋼腱/漿體
臨時性且較不重要之地錨,其使用期限不超過6個月。
1.4
2.0
2.0
臨時性但較重要之地錨,其使用期限不超過2年。
1.6
2.5
2.5
永久性或臨時性地錨,其萬一失敗後果很嚴重者。
2.0
3.0
3.0
-
-
各項地錨之實驗荷重依本章各項實驗之規定辦理。
表中Tu為預力地錨之極限抗拉力,其值係由預力鋼腱之材料強度、斷面積及現場實驗結果決定之。
1.6 資料送審
承包商於施工前依設計圖及契約相關規定提供施工計畫、施工圖、地錨預力系統及完整之預力鋼腱裁製及其安裝詳圖(含各鋼腱之施預力順序)、承板及握線器品質證明、計算書、試驗計畫及其他有關資料,送請工程司審核,內容包括:
1.6.1 預力鋼腱等詳圖及樣品:
包括預力鋼腱剖面圖、端錨、間隔器、封漿器、灌漿管、回漿管、灌漿輔助蓋(或錨頭保護蓋)等之詳圖及其樣品。
1.6.2 計算書:
內容應包括錨碇段長度、錨碇段所承受之最大拉力、預力鋼腱有效應力、初期及暫時應力、預力損失之性質及大小、鋼腱伸長量,以及承板、橫檔與托架或基座之計算等。
1.6.3 試驗計畫:
試驗計畫包括確認試驗和適用性試驗。
(1) 確認試驗(Proving Test)
A.確認試驗旨在證明特定型式的地錨能夠符合設計之要求。
B.地錨之所有構件需針對其使用要求於製造廠或實驗室測試其適用性。
C.試驗用地錨應於具代表性的地點安裝進行試驗,原則上應繼續施拉力至破壞為止,必要時並挖出檢視自由段、破壞模式及防蝕系統之情況。
D.確認試驗應依設計圖說或工程司指示辦理,當計劃於現地進行確認試驗時,至少應安裝三支地錨進行試驗。
圖02492-1 確認試驗荷重-變位量關係圖
(2) 適用性試驗(Suitability Test)
A.進行適用性試驗之地錨可為原設計之結構用或為專供試驗之試驗用地錨。但無論為結構用或試驗用地錨其材質、施工狀況均需與工作地錨相同。當工作地錨所處之狀況(如地質狀況)改變時,必須重新進行試驗。
B.地錨各階段之試驗拉力及觀察時間,設計圖說未規定,如表02492-2所示。從起始拉力To逐步施加至設定之最大拉力後,逐階解除拉力至To,並於各階施加拉力或解除拉力之觀察時間開始及終了記讀鋼腱之伸長量。試驗用地錨之最大拉力應不大於降伏拉力Ty之90%,而結構用地錨的最大拉力應不大於1.2 (Tw+Tf) ,式中Tf為鋼腱摩擦損失。
表02492-2 適用性試驗之試驗拉力及觀察時間
-
-
-
-
試 驗 拉 力
觀 察 時 間
試驗用地錨
結構用地錨
堅實岩層
破碎岩層
崩積層
To=0.10Ty
To=0.20 Tw
----
----
----
0.30Ty
0.4(Tw+Tf)
5分鐘
15分鐘
15分鐘
0.45Ty
0.8(Tw+Tf)
15分鐘
1小時
1小時
0.60Ty
1.0(Tw+Tf)
30分鐘
1小時
2小時
0.75Ty
1.2(Tw+Tf)
1小時
2小時
24小時
0.90Ty
1小時
2小時
24小時
-
-
-
C.試驗結果應繪製拉力──伸長量曲線,計算鋼腱摩擦損失及彈性、塑性變形量。並利用各階段試驗拉力觀察時間內所測讀之伸長量繪製變形──對數時間曲線,計算潛變伸長量(Kd)。潛變伸長量係擷取該關係曲線之直線段部分斜率,以下列公式計算:
Kd=(d2-d1)/log(t2/t1)
圖02492-2 各階段荷重維持時間內變位量-對數時間關係圖
D.試驗頻率:
現場適用性試驗頻率若設計圖說未規定,應按相同地質情況(即同一錨碇地層)之地錨總數,及其重要性依表02492-3規定辦理。
表02492-3 地錨試驗頻率表
-
-
-
-
錨碇段在同一錨碇地層之地錨總支數
試 驗 支 數
臨時性且較不重要之地錨,其使用期限不超過6個月
臨時性但較重要之地錨,其使用期限不超過2年
永久性或臨時性地錨其萬一失敗後果很嚴重者
≦20
-
-
3
>20
地錨總數之1%但至少3支
地錨總數之1.5%但至少3支
地錨總數之2%但至少3支
-
-
-
E.試驗結果評估:
試驗結果需符合下列各項要求:
a.潛變伸長量Kd應小於2mm。
b.極限潛變拉力為造成潛變伸長量Kd=2mm之拉力,其值應大於1.2Tw。
c.各階段之鋼腱摩擦損失應小於試驗拉力之20%。
d.有效自由段長度Lef應滿足:
0.8Lfr≦Lef≦(Lfr+0.5Lb)
式中
Lef=(del×A×E)/(T-To-Tf)
del:各階段試驗拉力之彈性伸長量
Lfr:鋼腱自由段長度
Lef:鋼腱有效自由段長度
Lb:鋼腱錨碇段長度
A:鋼腱斷面積
E:鋼腱楊氏模數
T:實際拉力
To:起始拉力
Tf:鋼腱摩擦損失
圖02492-3 適用性試驗荷重-變位量關係圖
上圖中Tws為夾片滑動損失。
1.6.4 其他有關資料
包括預力鋼腱品質試驗報告、握線器及承板檢驗報告、無收縮灌漿材料之規格及其檢驗報告、施預力及預力試驗之方法、油壓雙動千斤頂之型式及其檢驗報告,以及其他有關技術資料(包括鑽孔及灌漿機具之型式及性能等)。
1.6.5 上列各項經工程司認可後,承包商應提供經核定後之完整圖說供工程司查核作業使用。
2. 產品
2.1 材料
2.1.1 預力鋼腱
(1) 預力鋼腱應為無銹蝕之新品,其品質須符合CNS 3332規定,且不得附有塵垢、油脂或其他有害物質,並不得銲接或含有接頭。
(2) 承包商應提送預力鋼腱製造廠商之品質證明,其內容應包括機械性質、化學成分分析、應力─應變曲線圖等。
(3) 預力地錨數量100支以下時免送驗,但應檢送出廠及試驗合格證明文件。數量超過100支時,每100支加驗1支,不足100支部分亦檢驗1支。
2.1.2 承板及握線器
(1) 承包商應提供握線器及承板之產品試驗合格及組合拉力試驗證明文件,並於每批材料進場後由工程司抽樣1組,現場做組合抗拉複驗,施拉荷重為0.90Ty,試驗費用由承包商負擔。
2.1.3 灌漿材料
(1) 水泥應符合第03050章第I型或第II型之規定。
(2) 拌合用水應符合第03050章之規定。
(3) 摻料應符合第03050章及第03601章之規定,含有氯化鈣之摻料不得使用。用料規範、製造廠商之說明書及樣品應先送請工程司核可,如工程司認為有先予試驗之必要時,承包商應即照辦,並負擔其費用。
2.1.4 外護管材料應為非再生高密度聚乙烯。臨時性或永久性地錨自由段之鋼腱均需以護管包裹,管厚應大於3mm;永久性地錨錨碇段之鋼腱需以浪形護管包裹,管厚應大於1mm,惟通過結構體部分除該護管外,應按設計圖所示預埋外護管,其內徑應略大於鑽孔孔徑或鑽孔時所用套管之外徑,其品質應經工程司之認可者。自由段小護管為PE管,外護管內徑應較小PE護管及灌漿管之組合後外徑大8mm以上。
2.1.5 材料檢驗
(1) 承包商應將預力鋼腱製造廠商之品質證明報告,隨同所製鋼腱提送工程司,其內容應包括物理及機械特性試驗、材質分析、最後檢驗及應力─應變曲線等。承包商於裁製鋼腱時,均應留下一段試樣,以供工程司認為需要時可通知複驗其品質。此項複驗費用應由承包商負擔。
(2) 護管(含浪形管)須為非再生高密度聚乙烯製品,其材質依CNS 2458之規定應符合下列要求:
抗拉降伏強度> 200 kgf/cm2
伸長率> 350%
密度> 0.941 g/cm3
(3) 凡未經工程司認可之材料,一律不得使用。運入工地之材料,經工程司抽檢結果未合規定者,應即運離工地。
(4) 錨碇段灌漿後應採取灌漿管口(或回漿管)漿液,製作5cm立方試體3組(含)以上,以供單壓強度試驗用。
2.1.6 預力鋼腱之保護
製造完成之預力鋼腱各部組件,於運達工地及安裝地點後,其儲存及處置,應依製造廠商推薦及工程司認可之方法辦理。製造廠起運前,預力鋼腱應妥為包裝,以防受損、受潮或為油污或其他穢物所污染。鋼腱材料如因銹蝕而有斑點現象者,絕不得使用。取用及放置鋼腱時,須特別小心,並應詳細檢查鋼腱是否受損或受潮,其兩端是否良好,以及有無缺口或刻痕等。在存放預力鋼腱或腱束之鄰近處,不得進行銲接工作,更不得將鋼腱各有關部件作為銲接基座或與電銲電極觸碰。
3. 施工
3.1 施工要求
3.1.1 邊坡整理
依照設計圖所示或工程司指示先完成頂部邊坡之導水管後逐階次(每階2~4m)降挖施工,先從最上階地錨位置開挖,並完成該階鋼筋混凝土擋土幕牆(或格梁),及完成預力工作後,再依序往下分階施工,每階之水平接縫應位於上下層錨頭之間。開挖時應小心施工,避免鬆動土壤或岩盤。必要時應採用跳島式間隔開挖,以避免坍方。開挖後之坡面應平順,並符合設計高程及坡度。
3.2 鑽孔
3.2.1 鑽孔應選用適當鑽掘系統施鑽,其鑽頭外徑不得小於設計孔徑。鑽孔進行中,應視地層實際情況,於必要時,以套管保護孔壁,以免發生崩坍現象。
3.2.2 鑽孔時如遇岩盤破碎、裂縫、地下湧水或嚴重漏水等情形,承包商應先行灌漿妥善處理後重新鑽孔。
3.2.3 鑽孔時若遇岩盤,應紀錄岩盤位置及入岩深度。錨碇段應取土樣或岩樣,以供研判地質及校核錨碇段長度。如工程司認為由相鄰兩側孔所鑽取之土樣或岩樣可判明該孔之地質時,則該孔可免取土樣或岩樣。
3.2.4 鑽孔應按設計圖說規定之位置、孔徑、長度及方向正確施工。鑽孔時如不是採用全套管施工時,應特別注意鑽桿角度是否與預埋導管一致。。
3.2.5 鑽孔用循環水不得使用污水或添加對地錨錨碇強度有不良影響之藥液。
3.2.6 鑽孔完成後應以高壓水或高壓空氣反覆清除孔內之淤泥殘碴,以免影響地錨錨碇力。
3.3 預力鋼腱安裝
3.3.1 預力鋼腱應按設計圖說規定加工製作,其自由段應安裝護管,並在自由段與固定段間安裝封漿器,務使自由段鋼腱與固定段之灌漿隔離,俾施預力。錨碇段與自由段銜接處採熱收縮膜密封止水。
3.3.2 錨碇段灌漿時之迴漿管口設於封漿器前端,錨碇段灌漿時,須確認自由段PE管外漿液溢流出管口,管內設於封漿器前端之迴漿管滿管出漿。
3.3.3 自由段之保護管或錨碇段之浪形管皆不允許有續接情況或開孔。
3.3.4 於錨碇段內之鋼腱依規定之間距(一般為60cm左右)設置大小間隔器,導尖前端除設計圖另有規定,一般設有2根灌漿管(供浪型管內外灌漿用),護管與浪型護管外側每隔1.5~2m設中心固定器,避免護管或浪型護管入孔後底部與孔底接觸影響摩擦力。
3.3.5 鋼腱在裝入孔內時,不得遭受嚴重扭曲及損傷套管,並應預防其他雜物落入孔內。
3.4 錨碇段灌漿
3.4.1 灌漿機具及材料應經工程司認可。
3.4.2 以水灰比為0.4~0.5並加無收縮摻料之水泥漿,用壓力灌漿將錨碇段灌滿,如該段設有防蝕護管時,則其內外空隙均應灌滿,且灌漿壓力除另有規定外,應介於3~7kgf/cm2,並保持定壓,觀察10分鐘,如壓力低落,應再施灌,直至無低落現象為止。倘於灌漿作業進行中,發生灌漿中斷情事時,承包商應將預力鋼腱立即拔出,重新施鑽錨孔。拔出之預力鋼腱及各部件,應經工程司檢視合格後,方可再行使用,否則應廢棄之。如預力鋼腱無法拔出時,應予作廢,承包商應即提出重做補強計畫,送請工程司核可後施工。上述所需費用概由承包商負擔,不另計價。
3.4.3 向下傾斜之地錨,應由孔底往孔口灌注,俾能排出孔內積水及空氣。灌漿時如有多餘之水泥漿逸入自由段,應即清洗乾淨,以免施預力時受影響。
3.4.4 若另有規定或依地質現況,承商提出鑽孔後先灌漿再放入鋼腱再灌錨碇段內外部水泥漿時較可確保灌漿品質時,應先提出施工計畫書經工程司核可後方可辦理,相關灌漿注意事項仍依前揭規定辦理。
3.5 自由段灌漿
3.5.1 自由段護管與鋼腱(PE小護管)間應以水灰比0.45~0.5並加無收縮摻料之水泥漿灌實,直至水泥漿由承板外之灌漿輔助蓋上方透氣孔滿管穩定溢出時為止。
3.6 預力鋼腱施預力
3.6.1 預力鋼腱應於錨碇段所灌水泥漿之立方體抗壓強度達200kgf/cm2以上時,並經工程司認可後,方可開始施預力。
3.6.2 安裝承壓鈑與鋼套管時將鋼腱調整於套管中央及承壓鈑與地錨孔軸線保持垂直與結構物壁體密貼,並將承壓鈑與鋼筋混凝土調坡塊壁體間隙應塗環氧樹酯,施預力前於鋼套管與PE保護管間安裝橡膠止水封。若錨頭保護方式以內充油脂防蝕保護者,另依補充施工說明之規定辦理。
3.6.3 預力鋼腱應於錨碇段灌漿完成及混凝土基座施工完成,達到規定強度後,方可施預力。施預力機具不得有漏油情形,須備有六個月內校正合格之壓力表。
3.6.4 施預力時,除設計圖另有規定外應將每孔全部鋼腱以油壓千斤頂同時施拉,不得每股鋼腱分別施拉,其施拉程序及錨碇強度試驗,應依本章3.8規定。
3.6.5 拉力控制設備應為自動式,並於達到某一設定拉力噸數時,即能自動停止且維持該拉力者。
3.7 鋼腱之剪斷及端錨保護
3.7.1 施預力及自由段灌漿完成後,外露之鋼腱長度至少留5cm,若屬日後維護期間可復拉及檢測之地錨其外露之鋼腱長度至少留20cm,鋼腱剪斷時不得使用燒切。除另有規定外,端錨外伸之鋼腱應依規定以混凝土密封保護。
3.8 檢驗
3.8.1 接受試驗(Acceptance Test)
(1) 接受試驗分為例行接受試驗及追加接受試驗。所有結構地錨均應接受例行接受試驗。每10支應取一支進行追加接受試驗,以檢核其性能。
(2) 例行接受試驗之試驗程序:
地錨各階段之試驗拉力及觀察時間如表02492-4所示。由初始拉力 To 開始逐階施加拉力,並於各階觀察時間開始與終了記讀鋼腱之伸長量,後將拉力錨碇於錨碇拉力T1,T1=Tw+Tws+Tf。
式中:
Tws:夾片滑動損失。
Tf:摩擦損失。
表02492-4 接受試驗之試驗拉力及觀察時間
試驗拉力 |
觀察時間 |
To=0.2 (Tw+Tf) |
2分鐘 |
0.50(Tw+Tf) |
2分鐘 |
0.75(Tw+Tf) |
2分鐘 |
1.00(Tw+Tf) |
2分鐘 |
1.20(Tw+Tf) |
15分鐘 |
錨碇拉力,T1 |
|
(3) 追加接受試驗之試驗程序
地錨每10支應進行追加接受試驗一支,其各階段試驗拉力及觀察時間同例行接受試驗。由初始拉力To起逐階施加拉力,於各階觀察時間開始與終了記讀鋼腱之伸長量直至最大試驗拉力1.2 (Tw+Tf),然後維持此拉力至變形-對數時間曲線中直線部分出現止,再逐階解壓至初始拉力To,最後安裝握線器再重施拉力並錨碇於T1。
(4) 試驗結果之評估
A.例行接受試驗之潛變伸長量Kd應小於2mm。
B.追加接受試驗
a.潛變伸長量Kd應小於2mm。
b.有效自由段長度Lef需符合現場適用性試驗之要求。
c.檢查預估摩擦損失是否正確。若由於錯估摩擦損失致使試驗結果顯示作用於錨碇段之有效拉力小於所需拉力之90%,應使用正確試驗拉力重做試驗。
(5) 鋼腱摩擦損失若小於所施拉力之5%,於適用性試驗及接受試驗時不需考慮。
(6) 其他規定
A.預力操作人員須具有此項工作經驗者,施預力時,其安全防護設施應符合要求。
B.每一條鋼腱之施工應有詳細紀錄,且應經工程司簽認,施預力及檢校預力時,均應有工程司在場。
(7) 不合規定之鋼腱
施工中如發生鋼腱損壞,以致使得鋼線或鋼絞線拉力無法符合本章之規定或無法符合接受試驗之要求時,應視為不合格,承包商應提出重做或加做補強計畫,經工程司核可後施工,其費用概由承包商負擔。
圖02492-4 例行接受試驗荷重-變位量關係圖
3.8.2 除設計圖說另有規定外,護管之施工檢驗項目如表02492-5。
表02492-5 護管施工檢驗項目表
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名稱
檢驗項目
依據標準
規範要求
頻率
護管
抗拉強度
CNS 2458
> 200 kgf/cm2
依設計圖說規定
伸長率
CNS 2458
> 350%
密度
CNS 2458
> 0.941 g/cm3
-
4. 計量與計價
4.1 計量
4.1.1 除另有規定外,預力地錨(包含試驗用之地錨)按實作數量(從承板底面至錨碇段尾)以公尺計量。
4.2 計價
4.2.1 該項單價包括鑽孔、套管(含自由段PE小護管)、灌漿輔助蓋、油脂、預灌工作、鋼腱及其製作與安裝、灌漿、施預力、外部端錨之保護、一切附屬配件(如橫檔、托架等)、各項試驗及品質檢驗等,以及為完成預力地錨所需之一切人工、材料、機具、設備、運輸、搬運、動力、工作架、安全設施以及其他有關之費用在內。
4.2.2 開挖時若因承包商之施工疏忽引起地盤鬆動或掉落,則所需回填同級混凝土等一切費用由承包商負擔。
4.2.3 本章工作項目名稱及計價單位如下。
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工作項目名稱
計計價單位
預力鋼腱地錨(註明規格)
公尺
預力鋼腱岩錨(註明規格)
公尺
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〈本章結束〉
02492-8 2012/102/17