王道路，石明生，王文峰，荊樹美

（1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250022；2.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，鄭州 450001）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)投入持續(xù)增大，錨桿支護(hù)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于基坑、隧道、地下空間及邊坡安全防護(hù)等重大工程領(lǐng)域［1］.傳統(tǒng)錨桿支護(hù)施工工藝中，通常采用水泥漿或水泥砂漿作為錨固體，早期強(qiáng)度低，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，且易產(chǎn)生干縮、開裂等不良行為.特別是對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨桿而言，更是無法實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨桿即時(shí)加固.對(duì)于一些需要快速支護(hù)加固的應(yīng)急搶險(xiǎn)工程，顯然無法滿足快速加固的需求.此外，我國人口紅利正逐步消弱，勞動(dòng)成本顯著提高，工程中更加注重施工效率及施工工期的縮短，面對(duì)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速支護(hù)加固的錨固新材料.

非水反應(yīng)雙組份發(fā)泡聚氨酯高聚物由多元醇和多異氰酸酯組成，由于其具有早強(qiáng)、膨脹倍率高、抗?jié)B、環(huán)保、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，鄭州大學(xué)王復(fù)明院士團(tuán)隊(duì)首先將其應(yīng)用于公路的修復(fù)加固，隨后被廣泛地應(yīng)用于水利［2］、隧道［3］、交通［4-5］等基礎(chǔ)工程設(shè)施的維修加固與應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中.基于此，王復(fù)明等［6］對(duì)高聚物注漿理論及注漿技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并開發(fā)了成套的高聚物注漿工藝及裝備.石明生等［7-8］將發(fā)泡類聚氨酯高聚物材料應(yīng)用于巖土錨固工程，發(fā)現(xiàn)其極限拉拔荷載為水泥漿灌漿體的2倍，平均黏結(jié)強(qiáng)度為水泥漿的1.7倍，且高聚物材料反應(yīng)固化時(shí)間短，15 min即可達(dá)到材料總體強(qiáng)度的90%，能有效應(yīng)用于應(yīng)急搶險(xiǎn)工程.之后劉恒［9］通過對(duì)土體高聚物錨固注漿試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：高聚物與土體的平均黏結(jié)強(qiáng)度受注漿體密度影響顯著，高聚物注漿體密度越大，黏結(jié)強(qiáng)度越大.但發(fā)泡類高聚物注漿材料韌性較高，剛度低，在長期荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大變形，限制了其在錨固工程中的進(jìn)一步應(yīng)用［10］.針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)泡型聚氨酯材料的不足，萬華集團(tuán)研發(fā)了新型的注漿材料——非發(fā)泡型高聚物.非發(fā)泡型高聚物剛度大，抗變形能力強(qiáng)，力學(xué)性能優(yōu)異，既克服了水泥類錨固體材料強(qiáng)度提高慢、易收縮的缺點(diǎn)，又解決了傳統(tǒng)發(fā)泡型高聚物剛度低的問題.本文以非發(fā)泡型高聚物注漿材料為研究對(duì)象，通過拉拔試驗(yàn)獲得兩界面間的黏結(jié)強(qiáng)度參數(shù)來指導(dǎo)非發(fā)泡高聚物預(yù)應(yīng)力錨桿模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而為非發(fā)泡高聚物預(yù)應(yīng)力錨桿在工程中的應(yīng)用提供有效依據(jù).

1 材料特性

非發(fā)泡高聚物材料具有快硬、早強(qiáng)、強(qiáng)度高、剛度大等特點(diǎn)，1 min即可達(dá)到峰值強(qiáng)度的80%以上，其強(qiáng)度大于普通混凝土基體強(qiáng)度，峰值荷載下所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量遠(yuǎn)小于發(fā)泡類高聚物材料.兩種不同類型的高聚物注漿材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示，非發(fā)泡類高聚物材料基本力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示.

圖1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.1 Stress-strain curve

表1 非發(fā)泡類高聚物的基本力學(xué)性能指標(biāo)Tab.1 Basic mechanical properties of non-foamed polymers

2 試驗(yàn)過程與分析

2.1 非發(fā)泡高聚物與鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)置 目前，高聚物在巖土錨固工程方面的應(yīng)用相對(duì)較少，高聚物與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度測試目前尚無規(guī)范可依.參考《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）［11］及其他學(xué)者［12-13］研究黏結(jié)強(qiáng)度采用的試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)選用拉式試驗(yàn)，為了避免加載端發(fā)生局部應(yīng)力過大，影響試驗(yàn)精度，在鋼筋兩端設(shè)置非黏結(jié)段，試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示.

圖2 試件簡圖Fig.2 Sketch of the test piece

文獻(xiàn)［14-15］表明，螺紋鋼筋黏結(jié)介質(zhì)應(yīng)力水平高于光圓鋼筋.因此，本次試驗(yàn)僅對(duì)螺紋鋼筋進(jìn)行研究，包括鋼筋直徑、錨固長度對(duì)非發(fā)泡高聚物與螺紋鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的影響.

2.1.2 試驗(yàn)過程與方法 試樣的制作采用人工澆筑的方法，將高聚物A料與B料等質(zhì)量混合，攪拌均勻后直接倒入模具，1 min即可固結(jié)，20 min后溫度降至常溫，脫模.脫模后的試件如圖3所示.

本次試驗(yàn)設(shè)備選用WHY-1000微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī).首先，通過試驗(yàn)機(jī)的下夾具固定反力支架，然后調(diào)整上部夾具的位置，使上部夾具夾住穿過反力支架的鋼筋，如圖4所示.最后設(shè)置設(shè)備參數(shù)，將加載速率設(shè)置為2 mm/min，并將荷載和位移數(shù)調(diào)零，試驗(yàn)開始.

非發(fā)泡類聚氨酯高聚物與鋼筋間的平均黏結(jié)強(qiáng)度按式（1）進(jìn)行取值

式中：τ為平均黏結(jié)強(qiáng)度，MPa；F為極限荷載，kN；l為黏結(jié)長度，m；d為鋼筋直徑，m.

通過中心拉拔試驗(yàn)，獲得的高聚物錨固體與桿體（螺紋鋼筋）間的黏結(jié)力統(tǒng)計(jì)值（表2）.

圖3 脫模后試樣Fig.3 Sample after demoulding

圖4 試驗(yàn)裝置圖Fig.4 Diagram of test device

表2 高聚物-鋼筋界面黏結(jié)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of bonding parameters of polymer-rebar interface

2.1.3 黏結(jié)應(yīng)力影響參數(shù)分析

1）黏結(jié)長度

由圖5可以看出，在其他參數(shù)保持不變的情況下，極限拉拔峰值荷載隨著錨固長度的增大而增加，且增長相對(duì)較為均勻，兩者近似呈線性關(guān)系，錨固長度的增加可有效提高拉拔荷載，且鋼筋直徑對(duì)黏結(jié)長度增加所提高的極限拉拔力有較大影響.

黏結(jié)長度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響如圖6所示，平均黏結(jié)強(qiáng)度隨著黏結(jié)長度的增加先增大、后減小.當(dāng)黏結(jié)長度為10d時(shí)，黏結(jié)力最大，即在5d～15d之間存在一個(gè)特殊的黏結(jié)長度，當(dāng)黏結(jié)長度小于該長度時(shí)，隨著黏結(jié)長度的增加，平均黏結(jié)力增大；當(dāng)黏結(jié)長度大于該長度時(shí)，隨著黏結(jié)長度的增加，平均黏結(jié)力逐漸減小.分析其原因，由于在拉拔荷載作用下，桿體所受軸力并非均勻分布，錨固長度越大，錨固端與張拉端的應(yīng)力差就越大，使得平均黏結(jié)力有所減小.

圖5 黏結(jié)長度對(duì)峰值荷載的影響圖Fig.5 The effect of bond length on peak load

2）鋼筋直徑

圖7為鋼筋直徑對(duì)拉拔荷載的影響，從圖中可以看出，在其他參數(shù)保持不變的條件下，隨著鋼筋直徑的增加極限拉拔荷載也相應(yīng)增加，且直徑為16 mm的鋼筋所對(duì)應(yīng)的峰值荷載明顯小于直徑為18、20 mm的鋼筋所對(duì)應(yīng)的荷載，而直徑為18、20 mm的鋼筋所對(duì)應(yīng)的峰值荷載較為接近，即直徑大于18 mm時(shí)，鋼筋直徑的增加對(duì)峰值荷載影響較小.

鋼筋直徑對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響如圖8所示，直徑為18 mm的鋼筋平均黏結(jié)強(qiáng)度明顯高于其他兩個(gè)規(guī)格的鋼筋所對(duì)應(yīng)的黏結(jié)強(qiáng)度.鋼筋直徑由16 mm增至18 mm時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度顯著提升，主要是由于隨著鋼筋直徑的增加，鋼筋肋凸起有所增加，而非發(fā)泡高聚物相對(duì)柔性較大，直徑較小時(shí)機(jī)械咬合作用有限，隨著直徑的增加機(jī)械咬合作用顯著提高.直徑由18 mm增至20 mm時(shí)平均黏結(jié)強(qiáng)度有所降低，隨著直徑的增加，相對(duì)黏結(jié)面積減小，平均黏結(jié)強(qiáng)度降低.

高聚物與螺紋鋼筋間的黏結(jié)力影響因素較多，這里僅考慮了錨固長度及鋼筋直徑，在這兩種因素復(fù)合作用下，界面間黏結(jié)強(qiáng)度大于規(guī)范給出的水泥砂漿與螺紋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2～3 MPa.

圖6 黏結(jié)長度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響Fig.6 The effect of bond length on bond strength

圖7 鋼筋直徑對(duì)拉拔荷載的影響Fig.7 The influence of steel bar diameter on drawing load

圖8 鋼筋直徑對(duì)平均黏結(jié)強(qiáng)度的影響Fig.8 The influence of steel bar diameter on average bond strength

2.2 非發(fā)泡高聚物與混凝土基體黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)置與過程

試驗(yàn)采用不同強(qiáng)度的混凝土來模擬不同強(qiáng)度的圍巖體，以此研究非發(fā)泡類聚氨酯高聚物與圍巖體的黏結(jié)特性.混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C20、C25、C30.混凝土采用42.5普通硅酸鹽水泥進(jìn)行拌合，澆筑成Φ55 cm×60 cm的圓柱體，在混凝土澆筑的過程中，通過埋置PVC管來預(yù)制注漿孔.預(yù)制的混凝土基體如圖9所示.

桿體選用規(guī)格為Φ20的螺紋鋼筋，本次試驗(yàn)主要為了研究高聚物錨固體與混凝土基體的黏結(jié)性能，因此給鋼筋焊接中支架，增大了鋼筋和高聚物間的相互作用力，高聚物和鋼筋看作一個(gè)整體，不再考慮鋼筋與高聚物錨固體之間的相對(duì)滑移.

注漿前在預(yù)制孔四周均勻設(shè)置4個(gè)膨脹螺絲釘，選用合適的法蘭盲板進(jìn)行預(yù)制孔的密封，其中在法蘭盲板中心設(shè)置一個(gè)直徑為22 mm的孔用于放置螺紋鋼筋以及直徑8 mm的注漿孔.封孔完成后，即可進(jìn)行錨固注漿，注漿過程如圖10所示.

圖9 預(yù)制混凝土試樣Fig.9 Precast concrete sample

加載裝置選用SW-200錨桿拉拔儀，加載時(shí)以高強(qiáng)度鋼環(huán)為反力支撐，安裝加載方式如圖11所示.加載方式為分級(jí)單調(diào)加載，每級(jí)荷載5～10 kN.加載分級(jí)數(shù)由加載端位移控制，在某級(jí)荷載下，如果位移穩(wěn)定，則繼續(xù)加載，若位移不收斂持續(xù)增加，則停止加載，通過峰值荷載計(jì)算錨固界面黏結(jié)力.

圖10 高聚物注漿模型圖Fig.10 Polymer grouting model diagram

圖11 加載裝置Fig.11 Loading device

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1）試驗(yàn)結(jié)果

通過中心拉拔試驗(yàn)，獲得的拉拔峰值荷載以及高聚物錨固體與不同強(qiáng)度混凝土基體間的黏結(jié)強(qiáng)度，平均黏結(jié)強(qiáng)度按式（2）計(jì)算：

式中：τ為平均黏結(jié)強(qiáng)度，MPa；P為峰值荷載，kN；d為鋼筋直徑，m；l為錨固長度，m.

拉拔峰值荷載及平均黏結(jié)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)值見表3所示.

表3 錨固體-基體界面黏結(jié)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of bonding parameters of anchor solid-substrate interface

2）非發(fā)泡高聚物與混凝土基體界面黏結(jié)應(yīng)力影響因素分析

①鉆孔直徑及錨固長度.圖12表示的是基體強(qiáng)度為C30條件下測得的極限拉拔荷載，從圖中可以發(fā)現(xiàn)：隨著鉆孔直徑的增加，極限拉拔荷載隨之增大.圖13為錨固長度對(duì)平均黏結(jié)強(qiáng)度的影響，盡管極限拉拔荷載隨著鉆孔直徑及錨固長度的增加而增加，但平均黏結(jié)強(qiáng)度隨著鉆孔直徑和錨固長度的增加均有不同程度的減小，鉆孔直徑對(duì)平均黏結(jié)強(qiáng)度影響顯著.

圖12 鉆孔直徑及錨固長度對(duì)極限拉拔力的影響Fig.12 Effect of borehole diameter and anchor length on ultimate pullout force

圖13 鉆孔直徑及錨固長度對(duì)平均黏結(jié)強(qiáng)度的影響Fig.13 Effect of borehole diameter and anchor length on average bond strength

②基體強(qiáng)度.由圖14可以看出，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，極限拉拔荷載略有增加，主要是由于基體強(qiáng)度小于錨固材料時(shí)，滑脫界面存在于巖土體一側(cè)，錨固體上會(huì)附帶混凝土碎屑，此時(shí)界面強(qiáng)度主要受基體物理力學(xué)參數(shù)的影響.圖15為基體強(qiáng)度對(duì)平均黏結(jié)力的影響，基體強(qiáng)度的增加也會(huì)相應(yīng)提高錨固體與巖土體間的黏結(jié)強(qiáng)度.

圖14 基體強(qiáng)度對(duì)極限拉拔力的影響Fig.14 Effect of matrix strength on ultimate pullout force

圖15 基體強(qiáng)度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響Fig.15 Effect of matrix strength on average bond strength

對(duì)于同一種基體材料而言，極限拉拔力在一定程度上受基體強(qiáng)度的影響，隨著基體強(qiáng)度的增加，極限拉拔力也相應(yīng)增加，這里所獲得的結(jié)論與文獻(xiàn)［16］相一致，即黏結(jié)強(qiáng)度受基體強(qiáng)度影響，基體強(qiáng)度越大，在一定范圍內(nèi)黏結(jié)強(qiáng)度越大.基體強(qiáng)度不大于30 MPa時(shí)，高聚物與混凝土基體間的黏結(jié)強(qiáng)度為0.7～1.0 MPa之間.

3 預(yù)應(yīng)力錨桿模型試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備及過程

3.1.1 材料及設(shè)備

1）混凝土澆筑.按照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）［11］制作圓柱狀混凝土構(gòu)件作為基體，基體強(qiáng)度為33.5 MPa.

2）成孔.混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)14 d后，采用鋼筋混凝土鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑為98 mm、孔深約600 mm±10 mm.

3）桿體制作.錨桿選用規(guī)格為Φ20的螺紋鋼筋，在鋼筋錨固長度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)寬3 mm、深2 mm的切槽，以便應(yīng)變片的粘貼.為了便于張拉后預(yù)應(yīng)力的鎖定，將張拉緊固段選用高強(qiáng)螺紋絲杠，采用雙面梆焊的方式將螺紋鋼筋與絲杠連接，并將焊接好的桿體進(jìn)行去污、除銹，最后將加工好的桿體在干燥、清潔處存放，避免機(jī)械損傷和污染.

4）加載裝置.拉拔設(shè)備選用ZP-50T錨桿拉拔儀作為預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備，其量程為500 kN，測量精度為1%F.S，測量誤差不大于0.5%F.S，符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).

5）預(yù)應(yīng)力監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集儀器.測量裝置為常州豐源土木工程儀器有限公司生產(chǎn)的FY-MJ101型振弦式錨索測力，其分辨率≤0.025%，綜合誤差≤1%.數(shù)據(jù)采集設(shè)備為CTY-202振弦式測讀儀，其量程為500～5000 Hz，精度±0.008 Hz.可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、存儲(chǔ).

3.1.2 注漿及張拉

1）桿體安放.將加工好的錨桿再次進(jìn)行去污處理，隨后置于鉆孔，且保證桿體與鉆孔同心，避免桿體傾斜.

2）封孔.將加工好的法蘭板置于孔口，采用膨脹螺栓使之與基體連接，為了保證封孔效果，在法蘭板與基體之間放置橡膠墊片.

3）注漿.

4）設(shè)備安裝.待錨固體完全固化后，去除封孔用的法蘭板，進(jìn)行張拉設(shè)備的安裝，設(shè)備安裝示意圖如圖16所示，實(shí)物圖如圖17所示.

圖16 張拉設(shè)備裝置簡圖Fig.16 Schematic diagram of tensioning equipment

圖17 張拉設(shè)備實(shí)物圖Fig.17 Physical drawing of tensioning equipment

5）拉拔.張拉前要確保注漿體強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，本次試驗(yàn)在錨固注漿30 min后進(jìn)行張拉，試驗(yàn)工作嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行.

3.1.3 拉拔荷載的確定 參考第2節(jié)試驗(yàn)所得到的高聚物與鋼筋及混凝土基體的黏結(jié)強(qiáng)度參數(shù)，按照式（3）和式（4）對(duì)軸向拉力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，確定最終錨固張拉荷載，最后根據(jù)設(shè)計(jì)值進(jìn)行分級(jí)張拉、鎖定.

式中：K為錨桿錨固體的抗拔安全系數(shù)，取K=1.4；Nt為錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值，kN；La為錨桿錨固段長度，La=600 mm；fmg為錨固段注漿體與底層間的黏結(jié)強(qiáng)度，fmg=0.85 MPa；fms為錨固段注漿體與筋體間的黏結(jié)強(qiáng)度，fms=5.8 MPa；D為錨固段鉆孔直徑，D=98 mm；d為桿體直徑，d=20 mm.

通過對(duì)式（3）和式（4）進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比，取最小值，最終得出預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為112.15 kN.

3.2 循環(huán)荷載拉拔試驗(yàn)

根據(jù)《巖土錨固與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》等［17-18］相關(guān)規(guī)范的要求，工程中使用的錨桿應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)；預(yù)應(yīng)力錨桿基本試驗(yàn)采用多循環(huán)張拉方式，其加載、持載和卸載模式的起始荷載宜為最大試驗(yàn)荷載Tp的0.1倍，各級(jí)持荷時(shí)間宜為10 min，加荷等級(jí)和觀測時(shí)間應(yīng)符合圖18的規(guī)定.

由圖19可以看出，在循環(huán)荷載作用下，塑性變形隨著荷載的增加而逐漸增大，卸載后，相對(duì)回彈量隨著荷載的增大明顯增加.當(dāng)荷載為0.3倍的設(shè)計(jì)荷載時(shí)，卸載回彈量幾乎為零；當(dāng)荷載達(dá)到0.5倍的設(shè)計(jì)荷載時(shí)，卸載后相對(duì)回彈量明顯增大.在相同的荷載增加幅度下，塑性變形增量有減小的趨勢.對(duì)于整個(gè)循環(huán)加載過程來講，卸載后總的回彈量較小，總的位移量約6 mm.

圖18 錨桿循環(huán)張拉試驗(yàn)加載模式Fig.18 Loading mode of bolt cyclic tension test

圖19 循環(huán)加卸載條件下錨桿荷載-位移曲線Fig.19 Load-displacement curve of anchor rod under cyclic loading and unloading conditions

圖20為在不同的荷載等級(jí)作用下的彈、塑性位移曲線，從圖中我們可以看出：隨著荷載等級(jí)的增加，總位移、塑性位移增長較為迅速，且趨于同步，而彈性位移增長較為緩慢，當(dāng)荷載等級(jí)大于0.7Tp時(shí)，彈性位移量趨于穩(wěn)定，不再隨荷載等級(jí)的增加而增加.

3.3 預(yù)應(yīng)力錨桿張拉試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)過程 錨桿張拉前應(yīng)確保錨固體強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后，再進(jìn)行張拉.本次試驗(yàn)在錨固注漿30 min后進(jìn)行張拉.采用ZP-50T錨桿拉拔儀加載，電子顯示器測讀荷載，錨桿位移采用DMWY-30型位移傳感器，試驗(yàn)工作嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行.

根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》等［18］相關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行拉拔監(jiān)測，張拉荷載分級(jí)及相應(yīng)觀測時(shí)間，加載過程嚴(yán)格按照表4進(jìn)行.

圖20 不同荷載作用下彈、塑性位移曲線Fig.20 Elastic and plastic displacement curves under different loads

表4 錨桿預(yù)應(yīng)力張拉荷載分級(jí)和位移觀測時(shí)間Tab.4 Anchor rod prestressed tensile load classification and displacement observation time

預(yù)應(yīng)力張拉測試階段，在正式張拉前應(yīng)以0.10～0.20倍的錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值進(jìn)行預(yù)張拉，以確保錨桿體系各部件緊密接觸、桿體平直，張拉速度不宜太快，應(yīng)緩慢逐級(jí)加載.

3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析 張拉、鎖定后對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力變化進(jìn)行短期監(jiān)測，分析非發(fā)泡高聚物預(yù)應(yīng)力錨桿中預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律，預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表5所示，所對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力變化曲線如圖21所示.

圖21 預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線圖Fig.21 Curve of prestress change with time

表5 預(yù)應(yīng)力短期檢測數(shù)據(jù)Tab.5 Prestress short-term test data

通過應(yīng)變片間接獲得了沿錨桿不同錨固深度處所受的力，并監(jiān)測了不同錨固深度處的預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況，分析了預(yù)應(yīng)力在時(shí)間、空間上的變化規(guī)律.桿體軸向不同位置處預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況如圖22所示.

圖22為預(yù)應(yīng)力隨錨固深度的變化曲線，從圖中不難發(fā)現(xiàn)：隨著錨固深度的增加，預(yù)應(yīng)力變化逐漸趨于平緩，錨固深處預(yù)應(yīng)力幾乎沒有變化，其預(yù)應(yīng)力損失主要集中在靠近張拉端附近.之所以會(huì)出現(xiàn)靠近張拉端附近預(yù)應(yīng)力變化較錨固遠(yuǎn)端明顯，主要與錨桿體的受力狀況有關(guān)，由于在錨桿張拉荷載作用下，錨桿體受力并非均勻分布，而是隨著錨固深度的增加呈指數(shù)遞減，當(dāng)錨固深度較大時(shí)，甚至錨固遠(yuǎn)端應(yīng)力為零.軸力的分布特征決定著不同錨固深度處預(yù)應(yīng)力的變化規(guī)律.

圖23為相同錨固深度處預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線，從圖中不難發(fā)現(xiàn)：靠近張拉端附近的預(yù)應(yīng)力損失較大，且主要集中在張拉鎖定后的24 h內(nèi)，隨著時(shí)間的增長，48 h后預(yù)應(yīng)力基本趨于穩(wěn)定，整體趨勢與總的預(yù)應(yīng)力變化過程相似；而錨固深處的桿體所受預(yù)應(yīng)力隨著時(shí)間的變化幾乎保持不變.

圖24為預(yù)應(yīng)力在時(shí)間、空間上的分布規(guī)律，從圖24可以看出：高預(yù)應(yīng)力區(qū)主要集中在桿體張拉端，沿錨固長度的增加，桿體所受軸力逐漸減小.隨著時(shí)間的增長預(yù)應(yīng)力變化顯著，在張拉近端，預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間的增長明顯降低，即預(yù)應(yīng)力損失較大，沿錨固長度的增加，預(yù)應(yīng)力變化逐漸變緩，錨固深處預(yù)應(yīng)力損失較小，變化甚微.分析其原因，首先是由于整個(gè)錨固體系中，力由桿體向錨固體傳遞，最后通過錨固體傳遞到基體；在張拉初期，張拉近端應(yīng)力集中，隨時(shí)間增長，力向錨固深處及四周擴(kuò)散，力的傳遞不會(huì)隨著張拉過程的結(jié)束而停止，而是需要一個(gè)擴(kuò)散過程，預(yù)應(yīng)力變化顯著.其次，由于模型試驗(yàn)錨桿桿體長度有限，緊固過程中會(huì)損失部分預(yù)應(yīng)力，且在長期荷載作用下，桿體產(chǎn)生塑性變形，預(yù)應(yīng)力損失.最后，由于高聚物錨固體具有一定的柔性，在長期荷載作用下錨固體產(chǎn)生微小變形，致使預(yù)應(yīng)力損失.預(yù)應(yīng)力損失是由多種因素相互疊加引起的，由于預(yù)應(yīng)力損失主要集中在張拉鎖定后的24 h內(nèi)，在實(shí)際工程中可在張拉鎖定24 h后及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉力，提高錨固效果.

圖22 預(yù)應(yīng)力隨錨固深度變化曲線圖Fig.22 Curve of prestress change with anchoring depth

圖23 相同位置處預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線圖Fig.23 Curve of prestress change with time at the same position

圖24 預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間沿錨固深度變化規(guī)律Fig.24 Prestress change along anchoring depth with time

4 結(jié)論

1）非發(fā)泡高聚物較之于發(fā)泡類高聚物有更大的壓縮強(qiáng)度及壓縮模量，且具有屈服軟化的特點(diǎn)，相同荷載作用下，其應(yīng)變量更小.2）非發(fā)泡高聚物與螺紋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度隨著錨固長度的增加而增大.就直徑為16、18、20 mm的螺紋鋼筋而言，當(dāng)鋼筋直徑為18 mm時(shí)黏結(jié)強(qiáng)度最大.高聚物與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度大于既有規(guī)范給出的水泥砂漿與螺紋鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度.3）非發(fā)泡高聚物與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度隨著基體強(qiáng)度的增加而增大（基體強(qiáng)度不大于30 MPa），其黏結(jié)強(qiáng)度與規(guī)范給出了水泥砂漿與軟巖之間的黏結(jié)強(qiáng)度相吻合.4）非發(fā)泡高聚物錨桿在循環(huán)荷載作用下塑性位移較大，隨著荷載的增加，相對(duì)彈性應(yīng)變有所增加，當(dāng)荷載達(dá)到0.7Tp時(shí)，彈性應(yīng)變趨于穩(wěn)定.5）非發(fā)泡高聚物預(yù)應(yīng)力錨桿的預(yù)應(yīng)力損失主要集中在張拉、鎖定后的前24 h、48 h后基本趨于穩(wěn)定，且不同錨固深度處的預(yù)應(yīng)力損失隨著錨固深度的增大而減小.