雷金山，楊秀竹，王安正，強 嶸

(1.中南大學土木建筑學院，湖南長沙 410075;2.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410007)

壓力型錨索主要由錨頭、無黏結鋼絞線、承載體和錨固段注漿體等組成，其張拉荷載從承載體底部導入，注漿體受壓，不易開裂，同時由于周圍巖土的約束，錨固體處于三向受壓狀態(tài)，錨固體與巖土體界面上的黏結強度將高于拉力型錨索，從錨索受力和防護角度看，壓力型錨索是一種較合理的錨索結構形式，近年來已廣泛用于永久性錨固工程中［1－3］。國內外學者對其黏結應力及預應力損失也開展了相應的研究［4－6］。本文結合實際工程，開展了壓力型錨索應力分布的原型試驗研究，所得的測試規(guī)律與理論結果進行對比，得出結論可供今后該類錨索的理論研究與設計計算提供參考。

1 壓力分散型錨索錨固工程概況

1.1 工程地質概況

工程邊坡原始地貌為侵蝕堆積～侵蝕剝蝕，為湘江V級階地，邊坡高度15～26 m不等，為永久性邊坡。地層主要由第四系素填土、粉質黏土、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖組成:①素填土，層厚1.2～2.1 m;②粉質黏土，層厚 0.8 ～2.8 m;③強風化泥質粉砂巖，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖石破碎，遇水易軟化，失水干裂，為極軟巖，層厚 0.5 ～6.8 m;④中風化泥質，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較破碎～較完整，遇水易軟化，失水干裂，為極軟巖［7］。

1.2 邊坡支護結構概況

試驗邊坡高達26 m，采用放坡與錨索網格梁支護設計，分兩級進行開挖，次邊坡按1∶1放坡;主邊坡坡比1∶0.3，坡頂設3 m寬平臺。主邊坡采用錨索網格梁支護［7］。設置6排錨索，按2 m×2 m正方形布置。錨孔直徑為150 mm，錨孔傾角向下15;設計采用壓力分散型錨索;錨孔灌注砼 R28≥30MPa;網格梁截面為0.3 m ×0.35 m，錨頭位于網格梁節(jié)點處。

1.3 錨固設計概況

根據錨固力大小分別采用2種規(guī)格的錨索。其中軸向拉力設計值為Na=500～540 kN時采用4φj15.24(4×7φ5)鋼絞線，軸向拉力設計值 Na=400 kN時采用3φj15.24(3×7φ5)鋼絞線。采用鋼板承載體，承壓板直徑φ=138 mm，厚20 mm，各錨索兩級承載體間距為2.0。

2 試驗方案

現場測試主要包括錨索注漿體應力分布測試及預應力變化長期監(jiān)測。另外對邊坡土體的變形情況進行長期監(jiān)測，結合監(jiān)測成果對工程邊坡的穩(wěn)定性作出評價。

2.1 注漿體應力分布測試

在壓力分散型錨索軸線方向上沿長布設應變測試點測試注漿體的軸向應變，利用獲取的應變值可以計算得到注漿體軸力，進而分析錨固段應力分布規(guī)律。

2.1.1 試驗對象

基于方便測量及有利于進行對比分析考慮，在工程邊坡上選擇有代表性的壓力分散型錨索進行應力測試試驗，所選錨索編號及參數見表1。

表1 應力測試錨索參數Table 1 Cable parameters whose stress was tested

2.1.2 測試儀器設備

應變測量采用浙江黃巖測試儀器廠生產的“BX120－20AA”應變片，數據采集采用DH3818靜態(tài)應變測試儀。

2.1.3 測點埋設

相關研究資料表明，壓力分散型錨索靠近承載體附近應力分布相對較集中，因此在試驗中沿錨索軸線方向布置應變測試點時，靠近承載體附近布置較密，隨著靠近孔口布置得相對較疏，在第II級承載板前后各布置一個應變測試點。測點布置情況分別見圖1～4所示。

圖1 綁扎就位的應變片水泥砂漿試塊Fig.1 Cement mortar test blocks on which strain gauge is sticked

圖2 MS1和MS2應變片水泥砂漿試塊綁扎位置Fig.2 Location of Cement mortar test blocks MS1 and MS2

圖3 MS3和MS4應變片水泥砂漿試塊綁扎位置Fig.3 Location of Cement mortar test blocks MS1 and MS2

圖4 MS5和MS6應變片水泥砂漿試塊綁扎位置Fig.4 Location of Cement mortar test blocks MS5 and MS6

2.1.4 試驗數據處理方法

現場試驗可以采集得到注漿體軸線方向各測點的應變值，利用胡克定律計算各測點的軸力，經分析，在某一段注漿體上的軸力之差由注漿體與孔壁巖土體之間的黏結應力來平衡，故利用兩點間的軸力之差可以計算得到兩點之間的平均黏結應力。計算公式如下［8］:

式中:Ni為測點i處注漿體軸力kN;εi為測點i應變值με;E為錨固段注漿體的彈性模量GPa;A為鉆孔面積mm2;r為鉆孔半徑mm;Δx為應變片間距mm。

由于壓力分散型錨索采用無黏結鋼絞線，因此通過應變測試結果計算得到的測點黏結應力結果主要反映注漿體與巖土體截面之間的應力分布狀態(tài)。

3 測試結果及分析

4.1 壓力型錨索注漿體應變分布測試結果

試驗錨索各測點軸向應變實測值與計算值［8］對比結果見表2，圖5～7為試驗錨索軸向應變實測結果及與計算對比圖。

表2 試驗錨索注漿體軸向應變實測值與計算值對比匯總表Table 2 Measured and calculated value contrast of axial strain of grouting body

圖5 MS1和MS2注漿體軸向應變分布曲線對比圖Fig.5 Axial strain distribution curve contrast figure of MS1 and MS2

圖6 MS3和MS4注漿體軸向應變分布曲線對比圖Fig.6 Axial strain distribution curve contrast figure of MS3 and MS4

圖7 MS5和MS6注漿體軸向應變分布曲線對比圖Fig.7 Axial strain distribution curve contrast figure of MS5 and MS6

由以上圖表可以看出，靠承載板段錨固段注漿體軸向應變實測值與計算值基本吻合，軸向應變的變化規(guī)律也基本吻合。但靠錨頭段注漿體軸向應變計算值為0，而實測值較大，主要是由于計算時未考慮錨頭的反壓作用，同時說明錨頭的反壓作用僅對靠近錨頭一定長度的注漿體應力應變分布產生影響，對錨固段注漿體的應力應變分布影響很小。

3.2 壓力型錨索注漿體軸向壓力測試結果

圖8～10為根據試驗錨索實測軸向應變值運用式(1)計算得到的各測點軸力實測分布曲線與運用理論計算結果［9］對比?？梢钥闯觯嗤瑥埨奢d下的錨索注漿體軸力分布基本一致，各試驗錨索錨固段注漿體軸力在2個承載體外荷載作用的位置分別有2個峰值，其影響范圍均在距錨固段底部5 m以內。

圖8 MS1和MS2注漿體軸力分布曲線對比圖Fig.8 Grouting body axial force distribution curve contrast figure of MS1 and MS2

圖9 MS3和MS4注漿體軸力分布曲線對比圖Fig.9 Grouting body axial force distribution curve contrast figure of MS3 and MS4

圖10 MS5和MS6注漿體軸力分布曲線對比圖Fig.10 Grouting body axial force distribution curve contrast figure of MS5and MS6

地錨索錨固段注漿體軸力實測值與理論計算值的曲線變化規(guī)律基本吻合，說明理論計算能較好的反映錨索錨固段軸向應力的分布規(guī)律。同樣的，由于錨頭反壓作用的影響使得靠錨頭段注漿體軸力分布實測值與理論計算差異很大。

3.2 壓力型錨索注漿周邊黏結應力測試結果

表3為根據試驗錨索實測軸向應變值運用式(2)計算得到的各試驗錨索注漿體周邊黏結應力平均值，其與理論計算［8］成果對比曲線見圖11～13?？梢钥闯?，兩者變化規(guī)律與理論計算結果基本吻合，從表中數值可以看出距Ⅰ級承載板5.0 m范圍外的錨固段注漿體周邊黏結應力很小，基本可忽略不計，說明錨索的張拉荷載已經被這一段注漿體與周邊土體的接觸摩擦作用所消耗，其為有效錨固段;靠錨頭段注漿體受到錨頭的反壓作用使得注漿體周邊作用有與錨固段注漿體黏結應力反向的應力，這在理論計算中未考慮。

表3 試驗錨索注漿體周邊黏結應力平均值計算表Table 3 Mean value of bond stress around grouting body

圖11 MS1和MS2注漿體周邊黏結應力曲線對比圖Fig.11 Bond stress curve contrast figure of MS1 and MS2

圖12 MS3和MS4注漿體周邊黏結應力曲線對比圖Fig.12 Bond stress curve contrast figure of MS3 and MS4

圖13 MS5和MS6注漿體周邊黏結應力曲線對比圖Fig.13 Bond stress curve contrast figure of MS5 and MS6

綜上，通過對實測結果及理論計算結果的對比分析，說明理論計算能較好地反映錨索錨固段應力分布規(guī)律，壓力分散型錨索錨固段應力沿軸線分布具有與承載體數目相同的峰值，當承載體布置合理時峰值大小基本相等。

4 結論

(1)對于兩級間距2 m的承載體而言，黏結應力影響范圍大致分布在距錨固段底部5.0 m左右，且此范圍隨所受荷載大小變化很小;與黏結應力分布一樣，軸向應力分布也有2個峰值，分別在2個承載體外荷載作用的位置，影響范圍集中在距錨固段底部4.8 m左右。

(2)實測結果及理論計算結果的對比分析表明，壓力分散型錨索錨固段應力沿軸線分布具有與承載體數目相同的峰值，當承載體布置合理時峰值大小基本相等。

(3)實測結果與理論計算成果比較，變化趨勢基本吻合，真實地反映了注漿體應力應變分布的規(guī)律，得出結論可供今后該類錨索的理論研究與設計計算參考。

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