魏榮華

中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100097

錨桿防護(hù)在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域已取得廣泛應(yīng)用，其在邊坡加固等方面都發(fā)揮了較好的作用。為了驗(yàn)證錨桿的加固質(zhì)量，可通過(guò)合理的試驗(yàn)方式來(lái)驗(yàn)證。對(duì)于特殊施工條件，應(yīng)根據(jù)此時(shí)錨桿防護(hù)工程的基本特點(diǎn)，探討相適應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)方法，從而準(zhǔn)確反映出錨桿防護(hù)應(yīng)用效果。

1 工程概況

某互通立交E 匝道EK0+200 ～EK0+460 段右側(cè)邊坡原采取五級(jí)邊坡設(shè)計(jì)方案。E 匝邊坡施工涉及大范圍開(kāi)挖作業(yè)，由此形成穩(wěn)定性欠佳的臨空面，且施工期間正值汛期，巖體逐步趨于飽水狀態(tài)并伴有失穩(wěn)現(xiàn)象，隨之滑坡。坡面包含大量滑動(dòng)松散體，該部分因人員、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等原因而未得到有效的清方處理，卸載、防排水等相關(guān)防護(hù)措施未及時(shí)落實(shí)到位，大量地表水逐步匯聚至坡體凹形低洼區(qū)域。隨強(qiáng)降雨天氣的持續(xù)延長(zhǎng)，坡體的下滑現(xiàn)象愈發(fā)明顯，抗剪強(qiáng)度大幅下降，最終引發(fā)滑坡事故。

2 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件

該工程邊坡地表以殘坡積層為主，覆蓋層呈自北向南厚度逐步加大的變化趨勢(shì)，滑動(dòng)前厚度約3.0 ～18.0m，發(fā)生滑動(dòng)后的厚度約4.0 ～10.0m。邊坡地形呈現(xiàn)出東高西低的變化趨勢(shì)，橫向僅存在微小的變化。邊坡前后緣高程差較大約82m?，F(xiàn)場(chǎng)地形伴有較明顯的起伏現(xiàn)象，為典型的剝蝕中低山地貌，坡向約290°，以斜坡地形居多。該工程邊坡的坡體物質(zhì)成分主要為碎石（塊石）含黏土、粉質(zhì)黏土含碎石及全-強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥巖，因開(kāi)挖原因以及巖層產(chǎn)狀的原因，坡體覆蓋層厚度不均，由北向南漸厚，覆蓋層厚度為3.8 ～8.5m。潛在滑動(dòng)帶主要由碎石含黏土層、粉質(zhì)黏土含碎石及軟化后的全-強(qiáng)風(fēng)化巖組成。

該區(qū)下伏基巖主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖等，強(qiáng)風(fēng)化巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水易軟化崩解。中風(fēng)化巖節(jié)理裂隙相對(duì)不發(fā)育，此次勘察鉆孔揭露邊坡區(qū)中風(fēng)化巖體較完整，穩(wěn)定性較好，未見(jiàn)滑動(dòng)跡象；由于巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層狀，因抗風(fēng)化能力存在差異，易導(dǎo)致隔層風(fēng)化的特點(diǎn)，在鉆探及挖孔過(guò)程中易出現(xiàn)土、石交替的情況[1]。

3 試驗(yàn)試件制作

3.1 錨桿

根據(jù)試驗(yàn)要求嚴(yán)格控制桿體力學(xué)參數(shù)，錨桿鋼筋力學(xué)指標(biāo)具體見(jiàn)表1，表面性狀見(jiàn)圖1。

表1 錨桿鋼筋力學(xué)指標(biāo)

圖1 錨桿鋼筋表面性狀（單位：mm）

3.2 光纖光柵傳感器

確定桿體裝置后，在其表面沿軸線依次開(kāi)槽作業(yè)，全程均采取1mm×1mm 的尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)，成槽后利用酒精清理干凈，再對(duì)其采取風(fēng)干處理措施，將光纖光柵傳感器置于其中，形成的凹槽區(qū)域使用環(huán)氧樹(shù)脂填補(bǔ)平整。

3.3 試驗(yàn)裝置

為順利完成試驗(yàn)，應(yīng)配置鋼墊板、位移計(jì)、測(cè)力計(jì)等相關(guān)裝置。其中，測(cè)力計(jì)選用性能良好的三弦式荷載傳感器，配置振弦式頻率讀數(shù)儀以便快速完成數(shù)據(jù)采集工作，傳感器產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均通過(guò)SM125 解調(diào)儀完成采集。穿心千斤頂作用于夾片上，目的在于發(fā)揮出夾片的傳遞作用，實(shí)現(xiàn)拉力向錨桿的高效傳遞。

4 試驗(yàn)方法及控制條件

考慮到試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)具有可比性的要求，均在相同的錨桿上組織試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分為4 類試驗(yàn)，具體如下：（1）試驗(yàn)Ⅰ。通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨桿的作用可達(dá)到加固圍巖的效果，試驗(yàn)分析此時(shí)錨桿所具有的承載性能。（2）試驗(yàn)Ⅱ。錨桿應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡高度≤30m、土質(zhì)邊坡高度≤15m 的條件中，試驗(yàn)分析此時(shí)錨桿所具有的承載性能。（3）試驗(yàn)Ⅲ。錨桿在各類型水利水電工程中發(fā)揮出支護(hù)作用，試驗(yàn)分析錨桿在此條件下所具有的承載力。（4）試驗(yàn)Ⅳ。試驗(yàn)內(nèi)容為一般地質(zhì)條件下錨桿所具有的承載性能。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 錨桿界面黏結(jié)損傷與循環(huán)荷載的關(guān)系

有序組織各項(xiàng)試驗(yàn)，采集錨桿在各深度條件下所形成的應(yīng)變值，完整記錄此部分?jǐn)?shù)據(jù)。以彈性模量為依據(jù)，經(jīng)計(jì)算后求得錨桿體的軸力分布特點(diǎn)。此處涉及有效錨固深度的概念，將其視為桿體軸力減小至零后所對(duì)應(yīng)的桿體深度。通常而言，若桿體界面黏結(jié)效果良好，此時(shí)受黏結(jié)力的影響，桿體軸力將呈現(xiàn)持續(xù)下降的變化趨勢(shì)，并在某個(gè)節(jié)點(diǎn)衰減至零。當(dāng)軸力為零時(shí)，其對(duì)應(yīng)的深度即有效錨固深度。根據(jù)既有規(guī)律可知，將有效錨固深度替代黏結(jié)破壞深度是較安全的。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，若選用長(zhǎng)度為0.5m 的錨桿，在經(jīng)過(guò)多級(jí)循環(huán)張拉處理后其承受的最大張拉荷載為91kN。隨著后續(xù)作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，若張拉荷載達(dá)到81kN，發(fā)現(xiàn)此時(shí)錨桿的有效錨固深度發(fā)生變化，由原本的1.2m 增加至2.15m。由此表明，經(jīng)過(guò)多次加卸荷載操作后，錨桿界面將存在較為明顯的黏結(jié)度疲勞損傷現(xiàn)象，且隨著張拉循環(huán)的持續(xù)推進(jìn)，該黏結(jié)狀態(tài)將逐步趨于惡化，雖然僅存在相對(duì)微弱的荷載，但此時(shí)的荷載影響深度依然較為明顯。對(duì)此，可以對(duì)錨桿界面的黏結(jié)破壞深度形成更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，即該指標(biāo)與所受荷載大小表現(xiàn)出正相關(guān)的特點(diǎn)，并且也與疲勞效應(yīng)正相關(guān)[2]。選取多種錨桿體深度，分別分析此時(shí)應(yīng)變值和施加荷載兩項(xiàng)指標(biāo)間所呈現(xiàn)出的關(guān)系，主要規(guī)律如下：

（1）隨著錨固深度的增加，桿體應(yīng)變呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì)。

（2）在荷載相近的條件下，相較于前期加載效果而言，后續(xù)循環(huán)加載所造成的桿體應(yīng)變明顯更大，且循環(huán)次數(shù)增加時(shí)桿體應(yīng)變呈現(xiàn)同步增加的變化趨勢(shì)。

（3）隨著后一循環(huán)加荷作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，當(dāng)其達(dá)到前一循環(huán)的加載最大值后，此時(shí)兩個(gè)階段的桿體應(yīng)變幾乎相同，因此若不存在較大的荷載，相同荷載的循環(huán)加載雖然會(huì)在一定程度上對(duì)桿體界面造成黏性損傷，但較為微弱。

隨著錨桿承受荷載的增加，其形成的錨固深度逐步加大，而黏結(jié)損傷與荷載值表現(xiàn)出正相關(guān)的特性；若未超過(guò)前期承載，此時(shí)經(jīng)過(guò)循環(huán)加荷后會(huì)導(dǎo)致桿體界面的黏結(jié)損傷更為明顯；加載次數(shù)雖然會(huì)加劇黏結(jié)損傷，但幅度較為微弱，更為主要的影響因素應(yīng)是前期荷載的大小。

5.2 錨桿界面黏結(jié)損傷與持荷時(shí)間的關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果展開(kāi)分析，可知在張拉荷載增加的情況下，錨桿體彈性伸長(zhǎng)量也呈現(xiàn)出同步增加的變化規(guī)律，兩者具有顯著的線性關(guān)系，且隨著試驗(yàn)方法的改變，線性系數(shù)隨之發(fā)生變化。完成試驗(yàn)Ⅰ后再組織試驗(yàn)Ⅱ，在此順序下線性系數(shù)呈大幅下降的變化規(guī)律，表明錨桿體彈性伸長(zhǎng)量對(duì)加載較為敏感；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)Ⅱ后再進(jìn)入試驗(yàn)Ⅲ，此時(shí)雖然存在線性系數(shù)增加的情況但其幅度較?。淮撕笤俳M織試驗(yàn)Ⅳ，可知線性系數(shù)依然減小且降幅更大。因此，從試驗(yàn)Ⅰ至試驗(yàn)Ⅱ，將帶來(lái)分級(jí)荷載持荷時(shí)間延長(zhǎng)的情況，同時(shí)其彈性伸長(zhǎng)量則大幅度增加；從試驗(yàn)Ⅱ至試驗(yàn)Ⅲ，明顯縮短了分級(jí)荷載持荷時(shí)間，此時(shí)的彈性伸長(zhǎng)量增速放緩；從試驗(yàn)Ⅲ至試驗(yàn)Ⅳ，此時(shí)具有分級(jí)荷載持荷時(shí)間延長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此其彈性伸長(zhǎng)量也同步增加?？傮w上，隨著持荷時(shí)間的增加，線性系數(shù)將呈現(xiàn)逐步下降的變化趨勢(shì)。

這表明，張拉荷載與彈性伸長(zhǎng)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)間呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系，隨著加載方式的變化，錨桿體彈性伸長(zhǎng)量的增速隨之改變，而在持荷時(shí)間延長(zhǎng)的情況下，其增速同步加大，錨桿體界面的黏結(jié)損傷愈發(fā)明顯。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果

錨桿承擔(dān)荷載增加的條件下，其具有的有效錨固深度逐步加大，由于荷載的增加或減小，錨桿體界面黏結(jié)損傷也呈現(xiàn)同步增加或減小的變化趨勢(shì)；前期荷載的主要影響對(duì)象為黏結(jié)損傷，盡管加載次數(shù)為影響因素，但其影響幅度較為微弱；持荷時(shí)間延長(zhǎng)之下，錨桿彈性伸長(zhǎng)量逐步增加。此外，張拉過(guò)程荷載作用下錨桿結(jié)構(gòu)整體沒(méi)有發(fā)生塑性變形，說(shuō)明荷載作用全部轉(zhuǎn)換成彈性能蓄存在結(jié)構(gòu)內(nèi)部[3]。

6 結(jié)論

在泥質(zhì)砂巖圍巖環(huán)境下，可通過(guò)錨桿錨固的方式改善其受力狀態(tài)，在試驗(yàn)檢測(cè)錨桿錨固效果時(shí)應(yīng)選擇合適的方法，具體應(yīng)考慮桿體界面黏結(jié)損傷特性和圍巖強(qiáng)度兩方面?？s短分級(jí)荷載持荷時(shí)間后，能夠緩解桿體界面黏結(jié)損傷；而且采取分級(jí)卸載的方式后，黏結(jié)體將表現(xiàn)出更為良好的黏結(jié)狀態(tài)，其與圍巖界面的黏結(jié)效果更佳。相比之下，文章提出的試驗(yàn)Ⅰ更具科學(xué)性，僅需一個(gè)加荷循環(huán)即可。