拉力分散型锚索

2024-07-31

拉力分散型锚索（精选4篇）

拉力分散型锚索篇1

1 工程概况

美兰机场隧道位于琼北地区,属波状平原地貌,地势低平开阔,略有起伏。隧道紧邻海口美兰机场,区域地下水位高,涌水量大,工程地质条件较差,隧道全长4 600 m,起讫里程DK16+700～DK21+300,其中DK17+000～DK17+290为试验段,长290 m。采用明挖顺作法施工,以钻孔灌注桩作为围护结构,支撑系统采用两排拉力分散型锚索和一排钢支撑的形式,基坑安全等级为二级。其中第二排锚索总长25.5 m,所处地层为含水量丰富的细砂层,施工难度较大,因此须对传统的锚索施工工艺加以改进,以满足工程质量要求。

2 拉力分散型锚索与传统拉力型锚索的主要区别

传统的拉力型锚索多属集中型锚索,在其受荷时,不能将荷载均匀地分布于锚固段长度上,会产生严重的应力集中现象,因而当锚固体或锚固体一段强度无法满足要求时,整条锚索将失效。

拉力分散型锚索是由几个拉力型单元杆体组合而成的单孔复合锚固体系,荷载分散作用于锚索总锚固段的不同部位,使粘结应力峰值大大降低。理论上整个锚固长度没有限制,锚索承载力可随锚固长度的增加而提高。拉力分散型锚索各个单元之间相互独立,某一单元锚索破坏不会直接影响其他单元锚索,从而不会因个别单元失效而导致整条锚索失效,减少了锚索对地层的依赖性。因此在地质条件较差的地层采用拉力分散型锚索能更好的发挥锚索的作用,达到安全支护的目的。

3 细砂层拉力分散型锚索施工质量控制

3.1 锚索编制

1)自由段:

为保证各单元锚索相互独立,自由段采用涂刷黄油,然后波纹管整体套装保护,铅丝封口的双重方法处理。

2)单元锚索的标识:

为消除在相同荷载作用下因自由段长度不等引起的弹性伸长差,应对各个单元锚索施加补偿荷载后,再同时张拉各单元锚索并锁定,施工中采用不同颜色的油漆,防水胶带双重方法进行标识,以保证张拉顺利进行。

3)锚索注浆:

分一次注浆和二次充填注浆,注浆管除按锚索设计形式布置外,还必须满足设计注浆压力范围内注浆管完好。一次注浆和补浆时,注浆管出口保持在孔底附近不动,使水泥浆液从低处向高处流动,对钻孔孔壁形成一定的压力,以利于填充套管旋出后形成的空腔,保证注浆饱满度。

4)支撑架和导向头:

各单元锚索制作时对称布置,保证锚索张拉时不偏心受力。

3.2 锚索成孔及注浆质量控制

针对美兰机场隧道试验段锚索施工难点(锚索穿越细砂层极易造成扩孔、塌孔和涌砂)采取以下措施,保证成孔和注浆质量:

1)基坑降水:地下水位过高水压过大,极易造成锚索施工中大量涌砂,不但锚索无法施工,还会引起基坑平台、护坡的坍塌,因此必须严格执行基坑降水排水方案,并观测地下水位的变化。

2)采用泥浆护壁:泥浆护壁一方面能改善钻孔周围土体的塑性,提高土体颗粒之间的相互作用力,进而增强自稳能力,从而减小了成孔过程中对周围土体的扰动、破坏;另一方面能够更好的控制成孔直径,从而减少了水泥用量,大大节约了工程成本。

3)采用全程双套管跟进成孔,套管保护二次注浆的施工方法。一次注浆管出浆口插入距孔底30 cm～50 cm,浆液自上而下,将锚索孔内的水和其他杂质排出,二次注浆终压不低于2 MPa,稳压2 min,二次注浆量不小于一次注浆量。细砂层采用双套管跟进成孔、套管保护二次注浆,能大大减少孔体周围土体的流失,保证锚索的施工质量。

双套管跟进成孔及套管注浆工艺流程分别见图1,图2。

3.3锚索循环加卸载试验

一般在地层条件不详或无锚固经验的地层中进行锚索试验时,为了清楚地研究锚索在这种条件下承载力和位移特征等性能,需要在多个荷载条件下仔细观察锚索的荷载—位移关系,而循环加卸载试验正是研究锚索的荷载—位移关系的重要手段。因此应根据相关规程和设计要求,确定循环加卸荷等级与位移观测间隔时间等来进行循环加卸载试验。

3.4拉力分散型锚索优化方案

拉力分散型锚索优化方案示意图见图3

4结语

在含水量丰富的细砂层中进行拉力分散型锚索施工时,极易发生涌砂、扩孔和塌孔现象,在施工过程中要采用合理的施工工艺,严格控制直接影响锚固体的直径和强度的二次注浆压力和注浆量,在进行锚索循环加卸载试验后,密切关注锚索轴力监测数据,桩间涌砂应及时堵漏,必要时进行补张拉。

参考文献

[1]盛宏光.压力分散型锚索锚固性能与设计方法研究[J].成都理工大学,2003(6):41-42.

[2]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[3]YB 9258-97,建筑基坑工程技术规范[S].

[4]胡忠志,简文彬,蔺宝云,等.套管法成桩原理及其技术进展研究[J].施工技术,2005,34(9):37-38.

拉力分散型锚索篇2

目前荷载分散型预应力锚索(包括拉力分散、压力分散、拉压分散型)在高大边坡、坝基及大型地下洞室围岩加固工程中得到了广泛应用,特别是在大型水利工程中已成功研制6000KN级YKD张拉千斤顶及相应的锚夹具,新型GYM系列锚索,完善了锚索深孔钻探技术及分组张拉预应力锚索技术。

2 受力特点

普通拉力型锚索的束体是等长的,东直门站原设计的锚索为带扩大端头的预应力锚索,该类型的锚索荷载是依靠内锚段束体与浆体相接触界面上的剪应力(粘结应力)由内锚段上部向其底部传递。工作时在内锚段上部浆体中,拉应力集中,并沿深度方向衰减。

拉力分散型锚索又称为内锚段分层固结式锚索,是将预应力钢绞线分为数组,并被分层固结在锚孔不同深度处,同组的预应力钢绞线彼此等长,不同组的钢绞线不等长;然后将各组钢绞线末端按设计长度锚固在土体或岩体中。当孔内注浆后,预应力通过钢绞线与浆体粘结力传递给加固体,从而提供锚固力。

3 工程实例

北京市轨道交通机场线东直门站D区为明挖五层三跨框架结构,基坑深度28m。基坑北侧为在建东华广场(基坑已开挖16m),南侧为交通主干道东直门外大街,西侧为既有城铁13号线站后折返线,施工环境复杂,施工风险极大。

基坑支护参数:围护桩采用C25钢筋砼灌注桩,直径1000mm,桩间距1500mm,嵌入深度8m。为有效解决深、大基坑不对称受力情况,基坑南侧采用拉力分散型预应力锚索。

4 主要施工工艺

锚索基本施工工艺:施工准备→钻孔→锚索制作→穿索→注浆→张拉锁定。

4.1 钻孔

锚索施工紧接基坑土方开挖进行,基坑土方开挖采取分层开挖,当每层土方开挖至锚索孔位下0.5m左右高程时,平整开挖面后即移动钻机就位进行钻孔作业。该工程采用德国HD90锚杆钻机,钻机采用套管跟进水冲法作业工艺施工,机内配置高压泵及可冲击钻头,土壤在高压水冲击钻头及推进力的作用下冲散成孔,泥浆及水沿套筒周边涌出,反复冲击,形成扩大头锚杆,能更有力地保证锚索的支撑作用。

锚索钻孔直径150mm,锚索钻孔间距水平方向允许偏差为±10mm,垂直方向允许偏差为±50mm,钻孔倾斜允许偏差为3‰,孔深应超过锚索设计长度0.5~1.0m,终孔后清孔要彻底,并立即插入锚索灌注水泥浆。采用套管跟进水冲法作业的特点是施工时受地质变化影响较小,成孔速度快,一般土层成孔时间为2h(钻孔30m),不足之处是施工时需水量大,须做好排水工作。

4.2 锚索制作与下放

锚索用4准15.2钢绞线制作,每根钢铰线长度误差小于50mm,锚固段每隔2.0m设一个固定环,用绑扎丝绑扎牢固。锚索自由段套入塑料管保护,两端采用塑料胶带进行封口,防止漏入水泥浆。

4.3 注浆

为了提高锚索受力,一次注浆与二次注浆都使用纯水泥浆,水灰比为0.45~0.5,水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。锚索注浆分为一次注浆和二次劈裂注浆两个阶段。

一次注浆:由孔底开始注浆,当孔口冒出的水泥浆与新浆相同时,再继续注浆2分钟即可;拔出一节套管,在管内注满水泥浆,并在管口加盖高压注浆帽,继续注浆,管内水泥浆在高压作用下,向锚固端土壤扩散,渗透压缩周边土体,稳定2分钟后卸管,再拨出一节套管,并继续上述过程,直至拔管至自由段时停止二步注浆,继续拨管至完成。二次劈裂注浆:二次注浆为劈裂注浆,注浆压力一般为2.5~4.0MPa,其目的是再次向锚固区段注浆,浆液在高压下被压入孔内壁的土体中,使锚索能牢固地锚入岩层。压浆管为胶管,在制作钢绞线时绑扎在钢绞线中。施工中为了使二次注浆达到设计的效果,在一次注浆中必须使锚固段注浆饱满。

4.4 张拉锁定荷载分散型锚杆的张拉锁定有两种方式,即等荷载张拉和等位移张拉。通常采取等荷载张拉。

锚固体的强度大于15MPa且达到设计强度70%时,可进行锚索张拉锁定。本明挖基坑锚索张拉的时间定为二次注浆后7天进行张拉。拉力分散型预应力锚索采用等荷载张拉,张拉前应进行10%预张拉,有效减缓张拉过程中的受力不均匀和预应力损失。当分级张拉至110%时卸荷锁定为设计预加力。

5 锚索基本试验及抗拔力验收试验

对锚索进行基本试验和抗拔力试验,以确定锚索的极限承载力,掌握锚索体在不同凝固期(3天、7天、14天)抵抗破坏的安全程度,锚杆基本试验是锚杆性能的全面试验,目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆参数的合理性,为锚杆设计、施工提供依据。锚杆基坑试验采用的地层条件、杆体材料和参数必须与工程锚杆相同,且试验数量不应少于3根,锚杆极限抗拉试验加载应采用分级循环加载。

6 总结

为了掌握锚索在实际工作中的受力状态,并检验锚索的施工质量,东直门站地铁深基坑中在每排锚索中设置了三个锚索测力计。经过长时间的观测结果显示,锚索自施工至主体结构施工6个月中,锚索受力性能良好,蠕变量小,说明本次锚索施工是成功的,锚索施工质量达到了设计要求,保证了本深基坑工程施工的安全。

参考文献

[1]CECS22:2005,岩土锚杆(索)技术规程[S].北京:中国计划出版社,2005.

[2]中冶集团建筑研究总院建筑工程检测中心.东直门站基坑支护锚杆抗拔力检测报告[R].2006.

[3]黄武科.拉力分散型锚索在碎裂岩体边坡中的适用性研究文集[J].科技资讯,2008,24.

[4]田裕甲.压力分散型与拉力型锚索的比较——再论新型锚索结构系列及工程应用[J].OVM通讯,2002(3).

拉力型预应力锚索的应力分布研究篇3

预应力锚固体系一般是由内锚固段与外锚固段组成的复杂受力体系。锚索结构是由锚头,锚束体(钢铰线束)、锚固粘结材料、岩土体等几种材料共同组成的协调体,因此影响锚索内力分布的因素较多。锚索内力分布是锚索结构设计的基础。我国现行的锚固规范和设计中,内锚固段的剪应力分布均采用平均强度进行设计,这与理论研究和现场试验结果不一致。所以,进一步研究锚索内锚固段应力分布规律,有着理论和实践的重要意义。

1 理论分析

锚索内锚固段埋入岩体中,锚索所作用的岩体可视为半无限平面,施加预应力荷载时,则视为在半无限空间内部某一深度处作用一个集中力。可以利用弹性半空间体Mindlin位移解求出围岩体在竖向荷载作用下的位移。

1.1 基本假定

假定:①将砂浆体与锚束体(钢绞线束)及岩体等效为一种均质弹性锚杆材料,称作等效锚杆;②荷载作用过程中,等效锚杆与围岩体间不产生相对位移,且均处于弹性状态;③分析中仅考虑等效锚杆与围岩体的轴向位移协调,不考虑其径向位移协调条件;④假定锚索作用的岩体为半无限空间体;⑤不考虑锚固段的变形对张拉荷载的影响。

在半无限空间内部深度C处作用一竖向集中力Pz,M(x、y、z)点处竖向位移解为:

$\begin{array}{l} ω (z) = \frac{Ρ_{z}}{16 π G (1 - μ)} [\frac{3 - 4 μ}{R_{1}} + \frac{8 (1 - μ)^{2} - (3 - 4 μ)}{R_{2}} + \\ \frac{(z - c)^{2}}{R_{1}^{3}} + \frac{(3 - 4 μ) (z + c)^{2} - 2 c z}{R_{2}^{3}} + \frac{6 c z (z + c)^{2}}{R_{2}^{5}}] (1) \end{array}$

1.2 集中力作用于半无限体边界

这种条件适合于全粘结锚索的外锚固段及锚索室内拉拔试验时的受力条件,如图1所示。

将锚索体系空间离散,离散为围岩体空间H1和锚索空间H2,见图2。岩体半空间体空间H3等效为围岩体空间H1与锚索同尺寸的岩体空间H4之差,即:H3=H1+H4。围岩体与锚索共同变形时,H1的变形等于H2的变形,等效为H3的变形等于H2与H4的共同体(岩、锚等效锚杆)变形H5,岩、锚等效体空间H5如图3所示。

1.2.1 岩体半无限空间体变形分析

在岩体半无限空间内,任一点Q(0,0,z)处作用一集中力Pz时,孔口O(0,0,0)的竖向位移为:

$ω (z) = \frac{Ρ_{z} (3 - 2 μ)}{4 π G Ζ} (2)$

式中:μ为围岩体的泊松比;G为围岩体的剪切模量。

设锚孔半径为rg,在Z处取一锚索微元段dz,并设锚索与围岩体界面的均匀粘结应力为τ(z),则由微元段的z向平衡关系得:

$d Ρ (z) = 2 π r_{g} τ (z) d z (3)$

设锚索锚固段长L,则锚束体在轴向Z处的轴力为:

$Ρ (z) = \int_{z}^{L} 2 π r_{g} τ (z) d z (4)$

将式(3)代入(2),得集中力dP(z)在孔口处的位移:

$d ω (z) = \frac{r_{g} (3 - 2 μ) τ (z)}{2 G z} d z (5)$

1.2.2 岩、锚等效锚杆变形分析

由虎克定律,在空间H5中,Z处微元段dz中等效锚杆的伸长量:

$d φ (z) = \frac{\int_{z}^{L} 2 π r_{g} τ (z) d z}{A_{g} E_{g}} d z = \frac{1 \int_{z}^{L} τ (z) d z}{r_{g} E_{g}} d z (6)$

式中:rg为锚孔半径;Ag为锚孔的截面积;Eg为岩、锚等效体的弹性模量。

依据假定(3),锚束体变形与砂浆体变形协调,见图4。

由图4中三者变形相等,且轴向作用力相等条件,得等效弹性模量Ec:

$E_{c} = \frac{E_{a} A_{a} + E_{b} A_{b}}{A_{a} + A_{b}} (7)$

式中:Ea、Eb、Ec 分别为锚束体、砂浆、等效锚杆的弹性模量;ra、rg 分别为锚束体、锚孔的半径;Aa、Ab 分别为锚束体、砂浆截面积。

由图3,根据轴向变形协调条件,同样采用上述分析方法,得岩、锚等效体的弹性模量Eg:

$E_{g} = \frac{(E_{a} + E) A_{a} + (E_{b} + E) A_{b}}{A_{a} + A_{b}} (8)$

1.2.3 变形协调分析

根据前面的假定,则在孔口处,岩体半空间体沿锚索长度的位移与岩、锚等效锚杆的总伸长量相等,得:

$\int_{0}^{L} \frac{r_{g} (3 - 2 μ) τ (z)}{2 G z} d z = \int_{0}^{L} \frac{\int_{z}^{L} 2 τ (z) d z}{r_{g} E_{g}} (9)$

将式(9)方程两边对z求三次导数。整理:

$τ^{″} (z) + \frac{3 G z τ^{'} (z)}{E_{g} r_{g}^{2} (3 - 2 μ)} + \frac{8 G τ (z)}{E_{g} r_{g}^{2} (3 - 2 μ)} = 0 (10)$

解微分方程得:

$τ (z) = C_{1} z \sqrt{2 t} e^{\frac{t z^{2}}{2}} + C_{2} [1 - z \sqrt{\frac{π t}{2}} e^{- \frac{t z^{2}}{2}} E r f i (\frac{\sqrt{t z^{2}}}{\sqrt{2}}) (11)$

式中: $E r f i (x) = \frac{2}{i \sqrt{π}} \int_{0}^{i x} e^{- t^{2}} d t$ 为虚构误差函数;t为刚度系数。

$t = \frac{1}{(1 + μ) (3 - 2 μ) r_{g}^{2}} [\frac{E (A_{a} + A_{b})}{E_{a} A_{a} + E_{b} A_{b} + E (A_{a} + A_{b})}]$

由等效锚杆分离体的Z向力学平衡关系,求得锚索沿Z向的轴力分布:

$\begin{array}{l} Ρ (z) = 2 π r_{g} \int_{z}^{L} τ (z) = 2 π r_{g} \\ \frac{C_{1} \cdot 2 (e^{- \frac{t z^{2}}{2}} - e^{- \frac{t L^{2}}{2}}) - C_{2} \sqrt{π} [e^{- \frac{t z^{2}}{2}} \cdot E r f i (\sqrt{\frac{t z^{2}}{2}}) - e^{- \frac{t L^{2}}{2}} \cdot E r f i (\sqrt{\frac{t L^{2}}{2}})]}{\sqrt{2 t}} (12) \end{array}$

利用边界条件:

${\begin{cases} τ (z) L_{z = L} = 0 \\ \int_{0}^{L} 2 π r_{g} τ (z) d z = Ρ \end{cases}$

,求得参数C1,C2:

$\begin{array}{l} C_{1} = \frac{\frac{Ρ}{2 π r_{g}} \sqrt{t} (- 2 e^{\frac{t L_{2}}{2}} + L \sqrt{2 π t} \cdot E r f i (\frac{\sqrt{t L^{2}}}{\sqrt{2}})])}{\sqrt{2} (2 (1 - e^{\frac{t L_{2}}{2}}) + L \sqrt{2 π t} \cdot E r f i (\frac{\sqrt{t L^{2}}}{\sqrt{2}}))} \\ C_{2} = \frac{2 t L \cdot \frac{Ρ}{2 π r_{g}}}{2 (1 - e^{\frac{t L^{2}}{2}}) + L \sqrt{2 π t} \cdot E r f i (\frac{\sqrt{t L^{2}}}{\sqrt{2}})} (13) \end{array}$

当锚索长度L→∞时,参数C1,C2变为:

$C_{1} = \frac{Ρ}{2 π r_{g}} \sqrt{\frac{t}{2}} ； C_{2} = 0$

将C1,C2代入式(11),整理得砂浆与围岩体间的剪应力沿锚束体的分布方程:

$τ (z) = \frac{Ρ}{2 π r_{g}} t z e^{- \frac{t z^{2}}{2}} (14)$

剪应力峰值为:

$τ_{m} (z_{m}) = \frac{Ρ \sqrt{t}}{2 π r_{g} \sqrt{e}} ‚ 且 z_{m} = \frac{1}{\sqrt{t}} (15)$

由式(4),锚索沿Z向的轴向分布:

$Ρ (z) = 2 π r_{g} \int_{z}^{\infty} τ (z) = Ρ \exp (- \frac{t}{2} z^{2}) (16)$

1.3 集中力作用于半无限体内部

这种条件适用于锚索内锚固段受力条件,如图5所示。

在半无限空间内部深度C处作用一竖向集中力Pz, 设锚索锚固端离地面较远,(c-za)远大于锚固段长度L,可视为锚固段受力不受地面影响,则设地面到锚固的距离(c-za)→∞,即c→∞,式(1)变为:

$ω^{'} (z^{'}) = \frac{Ρ_{z}}{16 π G (1 - μ)} [\frac{3 - 4 μ}{z_{a}} + \frac{1}{z_{a}}] = \frac{Ρ_{z}}{4 π z_{a} G} (17)$

将坐标轴沿Z′向平移至O处,建立新坐标系XYZ,如图所示,在新坐标系中,式(17)变为:

$ω (z) = \frac{Ρ_{z}}{4 π z G} (18)$

按上述1.2节方法求解。

锚索长度L较大时,设L→∞,锚索与围岩体间的剪应力分布:

$τ (z) = \frac{Ρ m}{2 π r_{g}} z \cdot \exp (- \frac{m}{2} z^{2}) (19)$

剪应力峰值为:

$τ_{m} (z_{m}) = \frac{Ρ \sqrt{m}}{2 π r_{g} \sqrt{e}} ‚ 且 z_{m} = \frac{1}{\sqrt{m}} (20)$

锚索沿Z向的轴力分布:

$Ρ (z) = Ρ \exp (- \frac{m}{2} z^{2}) (21)$

式中:m为刚度系数:

$m = \frac{1}{2 (1 + μ) r_{g}^{2}} [\frac{E (A_{a} + A_{b})}{E_{a} A_{a} + E_{b} A_{b} + E (A_{a} + A_{b})}]$

2 预应力锚索受力特征

2.1 内、外锚固段的应力分布

全粘结拉力型锚索存在内、外两个锚固段,锚固段的内力分布与刚度系数有关。当锚固长度很大,可视为无限长时,两个锚固段的轴力分布均为指数分布形式;锚索粘结体与孔壁间的剪应力分布均为单峰的曲线分布,其中孔口处剪应力为0。

以小湾水电站拉力型预应力试验锚索(C1467-7)为例,锚索孔径168 mm,围岩体弹性模量E为5.0 GPa,泊松比μ为0.27,砂浆体弹性模量Eb为20.0 GPa,钢绞线为12 Φ15.2,单根钢绞线截面积为140 mm2,钢绞线弹模Ea为180.0 GPa,预应力P为400 kN。

理论分析计算参数见表1,理论计算剪应力分布见图6,理论计算轴力与文献[6]试验测得轴力对比见图7。

从理论分析知,内锚固段的刚度系数大于外锚固段的刚度系数,内锚固段的剪应力峰值大于外锚固段的峰值,内锚固段内力更集中于锚固段的孔口处。设从锚固端至轴力达到预应力P的0.1%点间的距离为锚索有效锚固长度Le,则外锚固段的有效锚固长度 $L_{e} = \sqrt{- 2 \ln 0.01} / \sqrt{t} = 0.90 m$ ,内锚固段的有效锚固长度Le=0.81 m,内锚固段的有效锚固长度小于外锚固段的有效锚固长度。

由图7的轴力分布曲线看出,锚索轴力分布的理论计算结果与小湾锚索试验曲线基本一致。

2.2 锚固长度对应力分布影响

实际工程中,锚索长度中有限的。锚索内锚固段锚固长度不同情况下,内锚固段内力分布如图8、图9所示。

从图中看出,锚固长度等于有效锚固长度Le时,锚索应力分布与无限锚固长度的内力基本一致,即,当锚固长度大于有效锚固长度Le时,锚索内力可近似按无限锚固长度的锚索计算。当锚索的锚固长度L较小时,锚索的轴力分布不再是单纯的指数分布,轴力随着锚固长度的减小越集中在锚固段的端部,锚固长度内锚索内力为全程分布,锚固段端部剪应力值不再为“0”。随着锚固长度的减小,端部剪应力值增加,剪应力峰值增大,峰值点越偏向锚固段的端部。

2.3 影响锚固段内力分布形式的因素

影响锚索轴力、剪应力分布的主要因素为刚度系数m,图10、图11为不同刚度系数m的锚索内力分布曲线。

刚度系数m越大,锚索应力分布越集中端部,同时剪应力峰值也将增大。

刚度系数m分别与岩体、砂浆、钢绞线的力学性质有关,也与锚孔内钢绞线的面积比重有关,影响m的因素以及对锚索内力分布的影响见表2。

注:“+”表示正相关;“-”表示负相关;“=”表示不相关。

在锚固工程中,当围岩体强度高时,锚索的有效锚固长度较短,应减小钻孔深度,缩短锚索长度,或采用较高预应力荷载的锚索,提高锚固工程的经济性;对于围岩体强度较低的锚固工程,应增加锚固段的长度,以保证锚固的安全性。

3 结语

经过理论分析与现场试验的验证,本文可以得出以下结论。

(1)采用分离法,利用等效原理推导出的锚索应力分布与现场试验结果相一致,可作为设计锚索的理论依据。

(2)锚索内、外锚固段内力分布与其刚度系数不同有关,锚索内锚固段刚度系数大,内力分布相对集中于孔口处。

(3)预应力锚索内力分布与锚固长度有关,锚固长度大于有效锚固长度时,锚索内力可近似按无限锚固长度的锚索计算。锚固段长度小于有效锚固长度时,锚固段轴力分布不再是单纯的指数分布形式,剪应力峰值大于无限锚固长度的锚索剪应力峰值。

(4)锚固段内力分布形式与刚度系数m有关,影响刚度系数的因素有岩体、砂浆、钢绞线(锚束体)的力学性质有关,也与锚孔的孔径以及锚孔内钢绞线与砂浆的面积比有关。

参考文献

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[2]张发明,刘汉龙,赵维炳.预应力锚索加固岩质边坡的设计实例[J].岩土力学,2000,21(2):177-179.

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[4]李宁,张鹏,于冲.边坡预应力锚索加固的数值模拟方法研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(2):254-261.

[5]王敏中.高等弹性力学[M].北京:北京大学出版社,2003:126-134.

谈黄土层中拉力集中型锚索施工篇4

1 工程实例

本工程实例为西安某黄土层基坑, 基坑深度为12 m, 采用锚索加排桩的支护结构。锚索施工所在的黄土层 (Q32eol) 呈黄褐色, 可塑, 含水量20%, 孔隙发育, 中等压缩性, 土质均匀, 零星分布钙质薄膜, 偶见蜗牛壳。

1.1 施工材料及设备

试验锚索为拉力集中型锚索, 锚索体采用3束15.24 mm钢绞线制作, 自由段长度为7 m、锚固段长度11 m;采用MGJ-50型锚杆钻机螺旋钻成孔;孔径130 mm;水泥标号P.O42.5, 砂子为陕西渭河细砂;水泥浆重量配合比为:水灰比0.45, 水泥砂浆重量配合比为水∶水泥∶细砂为0.5∶1∶1。

锚索张拉选用YDC-750穿心式千斤顶;选用抗拉强度标准值1 860 MPa, 15.24 mm钢绞线。在孔外钢绞线出露部分介于锚具与垫板之间安装HXL-300KN型频率仪, 用于预应力损失监测, 采用振弦式频率仪采集试验数据。

1.2 锚索张拉简介

锚索施工工序按照相关的施工质量验收规范进行, 待注浆体强度龄期达到28 d时进行锚索张拉, 采用分级加荷张拉, 张拉过程依据JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程相关条款要求进行。

为确定锚索施工中预应力锁定荷载值, 依据支护的设计方案要求, 锚索施工前先进行了两组注浆材料为水泥浆的锚索张拉试验验及及两两组组注注浆浆材材料料为为水水泥泥砂砂浆浆的的锚锚索索张张拉拉试试验验。。锚锚索索张张拉拉试试验验结果如表1所示。

1.3 锚索施工

依据锚索张拉试验结果, 考虑到土层中锚索预应力损失较大、基坑变形控制要求高等因素, 基坑支护方案设计单位最终要求采用水泥砂浆作为注浆体材料, 并要求注浆压力不小于2 MPa。

锚索施工最终均按照设计单位要求进行, 张拉结束后还进行了补偿张拉工作。基坑支护完成且安全运行至今, 基坑侧壁水平向位移在设计要求范围内, 支护效果良好。

2 黄土层中锚索锚固力

黄土层区别于岩石地层, 其岩性具中~高等压缩性、孔隙发育等特征。依据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范中锚索与注浆体、注浆体与孔壁土层间的粘结强度值的对比分析, 可以看出在黄土地层中, 注浆体与钢绞线之间的握裹力大于注浆体与孔壁土层界面的摩阻力。因此, 黄土层中锚索锚固力是由注浆体与土层界面间的摩阻力提供。

影响黄土层中锚索锚固力的因素有黄土层的压缩性、钢绞线松弛、降雨以及施工中的注浆体材料类别、注浆压力、补偿张拉等方面[4,5,6]。关于锚索注浆材料方面, 何思明等人研究表明注浆体与岩土体之间的粘结力大小与注浆材料刚度存在一定关系[7], 郭汉等人的劈裂注浆试验表明黄土层中注浆体与黄土层之间的粘结力大小取决于注浆体与孔壁土层接触表面积及锚固段注浆体体积等[8]。依据工程实例中锚索运用效果, 本文也主要从注浆体材料、注浆压力及补偿张拉等方面进行探讨。

3 黄土层中锚索施工注意事项

3.1 注浆体材料

工程项目中经常选用水泥浆及水泥砂浆作为锚索孔内注浆材料, 在二者之间建议选取水泥砂浆材料作为注浆体材料。

黄土层中孔隙发育, 注浆体与黄土层孔壁小厚度范围内土体形成一层粘土水泥浆混合体, 混合体胶结密实、胶结体强度越高, 锚索张拉过程中注浆体与土层间摩阻力就越高。当水泥浆液中添加细砂, 形成的粘土水泥砂浆混合体将黄土孔隙填充更加密实, 提高了注浆材料与黄土体的胶结强度, 进而增加了注浆体与孔壁之间的摩阻力。

3.2 注浆压力

锚索孔内注浆一般选用常压注浆与劈裂注浆两种方式。依据锚索施工的实践经验, 我们常常选用的注浆方式为:先进行孔内的常压注浆施工, 待注浆体初凝前进行劈裂注浆施工。

在劈裂注浆压力作用下, 将注浆材料扩散到孔壁土层更远的深度, 将松散土体紧密地胶结在一起, 水泥砂浆与土层形成的混合体更加密实饱满, 有效地改善了扩散范围内土体的力学特性, 扩大了注浆体与孔壁土体接触的表面积及增大了锚固段注浆体体积。劈裂注浆增大了孔内注浆体的作用范围, 对提高锚索极限摩阻力起到了积极的效应。因此, 黄土层中常压注浆基础上的二次劈裂注浆可有效地提高锚索预应力, 建议选用的劈裂注浆压力不小于2.0 MPa。

3.3 补偿张拉

在工程实例施工中, 我们在锚头安装了预应力损失监测的荷载压力计, 进行了预应力随时间损失的监测工作, 图1为具有代表性的一组变化曲线图。

由图1也可以看出, 黄土地层中锚索预应力损失量比岩石地层中偏大[8];图中也反映出张拉锁定当日预应力急剧减小值较大;在锚索张拉锁定后的1周内, 预应力出现了急剧减小, 随后锚索预应力呈现波动调整变化直至预应力稳定减小的特征;张拉锁定后1周内, 预应力损失值占监测周期中总的预应力损失值的80%以上。

张拉锁定后1周内, 预应力急剧减小主要是由于孔壁土体的压缩变形因素引起的;预应力的波动调整变化主要是受土层温度变化及降水的影响;预应力平稳减小主要是受黄土层土体由弹性变形向塑性变形的转变, 进入蠕变变形阶段的影响。

因此, 在锚索设计与施工中应强调在锚索张拉锁定后1周内补偿张拉的措施, 可以有效控制预应力的损失, 这一时期也是预应力损失控制的关键时期。尤其是在一些基坑垮塌、滑坡支挡等临时支护防治的抢险工程中, 锚索张拉锁定后及时进行补偿张拉尤为重要。

3.4 其他注意事项

架线环的间距设置应依据现场制作的实际情况, 选取合适的架线环并与对中支架协调运用, 以确保锚索安装入孔内后架线环之间的锚索体位于锚索孔中央, 避免因架线环间距过大导致锚索体局部置于孔壁土体表面。

注浆管随导向帽深入锚索孔底, 确保注浆液先进入孔底, 边注浆边将注浆管拔出孔口并且注浆过程中注浆管始终位于浆液中。避免注浆管置于孔口注浆, 注浆过程中因孔缩等因素导致浆液流入孔底前发生堵塞, 导致注浆体不饱满而影响锚索预应力的发挥。

锚索注浆完成, 待锚固段固结、注浆体强度达到15 MPa或设计强度的75%时进行锚索抗拔张拉试验。据调查的一些锚索失效的工程实例可知, 其中存在因赶工期原因, 对注浆完成的锚索既未进行锚索抗拔试验又提前进行了张拉锁定。

4 结语

1) 黄土层中锚索注浆材料选用水泥砂浆的施工效果好于选用水泥浆注浆材料。

2) 常压注浆基础的二次劈裂注浆施工, 可有效提高锚索预应力荷载。