吳才

(甘肅科地工程咨詢有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730010)

壓力分散型錨索加固工程應(yīng)用研究

吳才

(甘肅科地工程咨詢有限責(zé)任公司,甘肅蘭州 730010)

本文介紹了壓力分散型錨索的原理,并且結(jié)合泉三高速公路泉州段QA8標(biāo)段現(xiàn)場施工,通過對預(yù)應(yīng)力錨索基本試驗(yàn)總結(jié),分析了壓力分散型錨索在不同地質(zhì)情況下的粘結(jié)強(qiáng)度和安全系數(shù)。結(jié)果表明,錨孔中富含水體或錨固段為粘性土?xí)蟠蠼档驼辰Y(jié)強(qiáng)度和安全系數(shù),為此,必須通過基本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以避免在錨索施工中發(fā)生的不必要損失。

錨固工程 壓力分散型錨索 粘結(jié)強(qiáng)度 安全系數(shù) 荷載級數(shù)

近年來,壓力分散型錨索作為一種新技術(shù)在邊坡的加固上獲得了良好的應(yīng)用和發(fā)展[1-2]。壓力分散型錨索與普通拉力型錨索相比有著諸多不同[3],壓力分散型錨索通過外錨頭的張拉施力,將拉力首先傳至錨索內(nèi)錨頭各個(gè)分散的承載體上,承載體通過P型錨將鋼絞線的拉力轉(zhuǎn)為壓力,傳到承壓板上,承壓板再將壓力傳到其附近的水泥砂漿上,使水泥砂漿受壓,產(chǎn)生微壓縮膨脹、壓縮變形,將此應(yīng)力最終傳到孔壁附近的巖土體上,使巖土體最終承受剪力。由于壓力分散型錨索分段錨固、分散承力,使錨固體孔壁粘結(jié)摩阻力分散分布,且分布均勻,與拉力型錨索比較大大避免了孔壁粘結(jié)摩阻應(yīng)力集中的現(xiàn)象,在相同有效錨固長度下,壓力分散型比拉力型錨索能提供更大的錨固力,是解決松散、破碎高邊坡土體的有效手段。泉三高速公路QA8合同段位于泉州永春縣,路基施工主要以深挖高路塹為主,邊坡最高為46．4米,地質(zhì)多為松散的弱風(fēng)化巖層,節(jié)理裂隙發(fā)育,地下水發(fā)育,邊坡穩(wěn)定性差,不同程度的存在軟弱的夾層,邊坡防護(hù)主要采用壓力分散型錨索,下面就福建省泉三高速公路QA8合同段高邊坡不同地質(zhì)情況下壓力分散型錨索工程基本試驗(yàn)做一分析,給以后工程設(shè)計(jì)提供參數(shù)。

1 壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)

錨桿是將拉力傳遞到穩(wěn)定的巖層或土體的錨固體系,它通常包括桿體(由鋼絞線、鋼筋、特制鋼管等筋體組成)、注漿體、錨具和可能使用的連接器。當(dāng)采用鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲束作桿體材料時(shí),可稱錨索,壓力分散型錨索由鋼絞線、承載體、限位片、架線環(huán)、擠壓套和導(dǎo)向帽等組成。鋼絞線采用直徑15．2mm,強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼鉸線。整個(gè)體系通過施加預(yù)應(yīng)力將錨索的拉力傳遞到鋼筋混凝土框格梁,達(dá)到防護(hù)邊坡的作用。該段壓力分散型錨索由三個(gè)單元組成,每個(gè)單元錨索分別由兩根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成,錨固段長度12m,鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質(zhì)承載體上。組裝承載體時(shí)應(yīng)定位準(zhǔn)確,架線環(huán)間距為1．0-1．5m,保證錨索體保護(hù)層厚度不小于20mm。整個(gè)錨索的鋼鉸線用塑料管穿套,同時(shí),進(jìn)行防腐處理。組裝之后,應(yīng)在錨索體底端接裝導(dǎo)向帽,以便順利下錨。當(dāng)采用二次補(bǔ)充注漿的錨筋體組裝時(shí),應(yīng)同時(shí)裝放二次注漿管和止?jié){密封裝置。止?jié){裝置應(yīng)設(shè)在自由段和錨固段的分界處,并具良好可靠的密封性能。宜用密封袋作止?jié){密封裝置,密封袋兩端應(yīng)牢固地綁扎的錨筋體上。

2 基本公式

抗拔試驗(yàn)取各試驗(yàn)孔的破壞荷載的95%為極限荷載,按照以下公式計(jì)算錨固體與巖土之間的粘結(jié)強(qiáng)度值 Γ：

其中：

D：錨孔直徑; L0試：試驗(yàn)孔錨固段長度;

RU：極限荷載,取試驗(yàn)孔破壞荷載的95%; P：試驗(yàn)孔破壞荷載,由抗拔力試驗(yàn)取得。

相應(yīng)部位工程孔錨固體安全系數(shù) K0值,由下式確定：

其中：

L0：工程孔錨固段長度; Nt：錨索設(shè)計(jì)荷載。

將式(1)代入(2)式,得

表1 基本實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

3 實(shí)例分析

3.1 工程介紹

QA8合同段有三個(gè)邊坡為不同地質(zhì)情況,地質(zhì)情況如下：

邊坡一 錨固段為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖;

邊坡二 錨固段為破碎強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,并且富含水體;

邊坡三 錨固段為粘性土。

壓力分散型錨索由三個(gè)單元組成,每個(gè)單元由兩根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成,工程孔錨固段為12m,孔徑為130mm,設(shè)計(jì)拉力為700KN,注漿體為純水泥漿,實(shí)驗(yàn)孔錨固段分別為8m,6m,4m組成。

3.2 試驗(yàn)方法

初始荷載為 0.1 A×fptk+差異荷載。

差異荷載：

定)荷載作用下的伸長量。

σ—給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下鋼絞線束應(yīng)力;

P—給定最終張拉(設(shè)計(jì)鎖定)荷載作用下單根鋼絞線束荷載;

A—單根鋼絞線束的截面面積;

(2)在每級加荷等級觀測時(shí)間內(nèi),測讀錨頭位移3次。

(3)在每級加荷等級觀測時(shí)間內(nèi),錨頭位移量不大于0．1時(shí),可施加下一級荷載;否則需延長觀測時(shí)間,直至錨頭位移增量2．0h小于2．0時(shí),方可施加下一級荷載。

錨索(桿)試驗(yàn)中出現(xiàn)下列情況之一時(shí)可視為破壞,應(yīng)終止加載：

(4)錨頭位移不收斂,錨固體從巖土層中拔出或錨索(桿)從錨固體中拔出;

(5)錨頭總位移量超過設(shè)計(jì)允許位移值;

(6)后一級荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量超過前一級荷載產(chǎn)生位移增量的2倍;

(7)錨索(桿)材料拉斷。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場循環(huán)加載試驗(yàn),得出不同地質(zhì)情況下的粘結(jié)強(qiáng)度和安全系數(shù),下面列出其中三個(gè)孔在不同地質(zhì)情況下試驗(yàn)結(jié)果(表1)：

上面試驗(yàn)結(jié)果表明,錨固段富含水體時(shí)或?yàn)檎承酝?安全系數(shù)偏低,不能滿足設(shè)計(jì)要求,在工程中通過對基本試驗(yàn)分析,設(shè)計(jì)單位與施工單位采取山坡二采取二次劈裂注漿。山坡三采取降低錨固力措施,增加錨索個(gè)數(shù),提高整體錨固力。

4 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力錨索施工中,由于設(shè)計(jì)階段不能完全掌握地質(zhì)情況,因此強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。特別錨孔中富含水體或錨固段為粘性土大大降低了粘結(jié)強(qiáng)度和安全系數(shù)。通過基本試驗(yàn)了解地質(zhì)情況,及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),改變設(shè)計(jì)方案。確保在錨索施工中不發(fā)生不必要的損失。

[1]王興國等.壓力分散型錨索在邊坡工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.公路,2005(7):99-105.

[2]王亞輝等.壓力分散型錨索在高速公路邊坡中的應(yīng)用.公路與汽運(yùn),2006(6):65-68.

[3]郭玉芳.壓力分散型錨索與普通拉力型錨索的對比.探礦工程,2004(5):39-40.

[4]陳琛.壓力分散型錨索錨固機(jī)理及錨固段設(shè)計(jì)方法研究,武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.