巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)案例分析

陳朝暉（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，安徽 合肥 230001）

巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)案例分析

陳朝暉（安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所，安徽 合肥 230001）

通過對(duì)安慶火車站廣場(chǎng)工程7根試驗(yàn)性巖石錨桿進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果資料繪制上拔量與荷載關(guān)系P～S曲線及彈性上拔量、塑性上拔量與荷載關(guān)系P～Se、P～Sp曲線，得到各巖石錨桿的最大上拔量、最大彈性位移、最大塑性位移及巖石錨桿抗拔承載力特征值，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)抗浮錨桿受力變形情況進(jìn)行flac3D的仿真模擬分析，結(jié)果表明：錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，錨桿的軸力整體變化趨勢(shì)是沿著錨桿深度方向是逐步減小的。

巖石錨桿；抗拔試驗(yàn)；抗拔承載力特征值；仿真模擬

1 工程概況

安慶火車站站前廣場(chǎng)工程位于安慶市迎賓西路與湖心北路交口北側(cè)。該工程為框架結(jié)構(gòu)，地下1層，總建筑面積22658m2，采用巖石錨桿［1］進(jìn)行抗浮。

圖1 豎向抗拔靜載試驗(yàn)錨桿位置平面示意圖

工程勘查揭示地下各土層：①層人工填土；②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；③層粉質(zhì)粘土（軟可塑）；④層粉質(zhì)粘土（硬塑狀）；⑤層礫石；⑥層強(qiáng)風(fēng)化砂巖；⑦層中風(fēng)化砂巖。

2 巖石錨桿豎向抗拔靜載試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS22：2005）第9.2條［4］。

2.2 試驗(yàn)?zāi)康募俺闃臃椒?/p>

本次巖石錨桿豎向抗拔靜載試驗(yàn)為基本試驗(yàn)?！稁r土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.2條，由設(shè)計(jì)單位選定7根巖石錨桿進(jìn)行抗拔靜載基本試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)方法

本次巖石錨桿抗拔試驗(yàn)通過混凝土支撐基墩提供試驗(yàn)反力，本次試驗(yàn)是為設(shè)計(jì)提供依據(jù)的基本試驗(yàn)，采用分級(jí)循環(huán)加荷法。

2.4 試驗(yàn)設(shè)備（見表1）

2.5 最大試驗(yàn)荷載

根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.3條，最大加載量為設(shè)計(jì)要求的錨桿抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍。本工程抗浮錨桿采用6根HRB400的Φ32mm螺紋鋼，最大試驗(yàn)荷載應(yīng)不小于 0.8×As×fptk=0.8×6×π× 162×400=1544155.62N，試驗(yàn)時(shí)取1550kN。

2.6 試驗(yàn)加載與分級(jí)

根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.3條，加荷等級(jí)和位移觀測(cè)時(shí)間應(yīng)符合表2的規(guī)定。

2.7 沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.3條，在每級(jí)加荷等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，錨頭位移小于 0.1mm時(shí)，可施加下一級(jí)荷載，否則應(yīng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，直至錨頭位移增量在2h內(nèi)小于2.0mm時(shí)，方可施加下一級(jí)荷載。

2.8 終止加載

根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.3條，錨桿極限抗拔試驗(yàn)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可判定錨桿破壞：①后一級(jí)荷載產(chǎn)生的錨頭位移增量達(dá)到或超過前一級(jí)荷載產(chǎn)生位移增量的 2倍時(shí)；②錨頭位移不穩(wěn)定；③錨桿桿體拉斷。

本工程的錨桿抗拔靜載試驗(yàn)均因試驗(yàn)荷載達(dá)到預(yù)定最大加載量而終止加載。

試驗(yàn)設(shè)備表 表1

試驗(yàn)加載與分級(jí)表 表2

SMG5錨桿抗拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表 表3

3 巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)資料整理

對(duì)7根巖石錨桿進(jìn)行抗拔靜載試驗(yàn)，限于篇幅，以中部的SMG5試驗(yàn)錨桿為例，給出其抗拔靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表（見表3）、抗拔靜載試驗(yàn)上拔量與荷載關(guān)系P～S曲線（見圖2）、抗拔靜載試驗(yàn)彈性上拔量、塑性上拔量與荷載關(guān)系P～Se、P～Sp曲線（見圖3）。

3.2 巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)資料分析

從SMG5錨桿的抗拔靜載試驗(yàn)P～S曲線（圖2）上可以看出，當(dāng)荷載最大加至1550kN時(shí)，桿頭最大位移量為19.93mm，最大彈性位移為7.94mm（圖3），最大塑性位移為11.99mm（圖3），在每級(jí)加荷等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，錨頭位移均能穩(wěn)定。以上情況表明，受檢錨桿受拉尚未進(jìn)入極限狀態(tài)。根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》第9.2.6條規(guī)定，可取最大試驗(yàn)荷載（1550kN）作為該巖石錨桿的極限抗拔承載力，其抗拔承載力特征值可取極限抗拔承載力的一半即775kN。

對(duì)其它6根試驗(yàn)錨桿，其抗拔靜載試驗(yàn)資料整理和分析方法與S MG5錨桿類似。

圖2 SMG5錨桿抗拔靜載試驗(yàn)P-S曲線

圖3 SMG5錨桿抗拔靜載試驗(yàn)P-Se、P-Sp曲線

3.3 巖石錨桿抗拔靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

安慶火車站站前廣場(chǎng)工程 7根試驗(yàn)性巖石錨桿SMG1、SMG2、…、SMG7的樁端持力層為第⑦層—中風(fēng)化砂巖；桿長(zhǎng)分別為24.35m 、24.90m 、23.70m 、24.00m 、23.40m 、23.70m 、24.90m；錨桿直徑均為6Φ32mm，最大試驗(yàn)荷載（0.8×As×fptk）為1550kN；抗拔承載力極限值均為 1550kN；最大上拔量分別為15.45mm、14.19mm、17.50mm、21.03mm、19.93mm、22.94mm、18.74mm；最大彈性位移分別為6.16mm、5.65mm、6.97mm、8.38mm、7.94mm、9.14mm、7.47mm；最大塑性位移分別為 9.29mm、8.54mm、10.53mm、12.65mm、11.99mm、13.80mm、11.27mm；抗拔承載力特征值均為775 kN。

4 抗浮錨桿仿真模擬試驗(yàn)

4.1 仿真模型

對(duì)抗浮錨桿受力變形情況進(jìn)行flac3D的仿真模擬分析。通過對(duì)工程條件的分析，本次模擬采用摩爾-庫侖模型，巖土體模型釆用八節(jié)點(diǎn)六面體單元。錨固體的計(jì)算模型取50×50×50的立方體塊，錨桿布置在模型的中心，錨桿長(zhǎng)度取24m。如圖4所示。

圖4 模型網(wǎng)絡(luò)劃分圖

如圖4所示，中間部分代表為抗浮錨桿所處位置，從中部向外部邊緣部位逐步發(fā)散，由密集變的稀疏。

4.2 荷載的施加

通過逐級(jí)施加荷載的方法，在施加荷載的過程中監(jiān)控巖土體的位云圖、錨桿的軸力變化以及錨桿的節(jié)點(diǎn)位移。

4.3 模擬結(jié)果分析

從圖5中可看出在荷載的作用下，錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，說明荷載的傳遞是由上而下的，符合工程實(shí)際。

從圖6中可看出在荷載的作用下，錨桿的軸力整體變化趨勢(shì)是沿著錨桿深度方向是逐步減小的。但錨桿軸力的最大值并不是在錨桿頂部，經(jīng)分析認(rèn)為：由于在荷載作用下的巖土體發(fā)生了變形，錨桿的內(nèi)力發(fā)生了重分布。

圖5：錨桿位移云圖

圖6：錨桿應(yīng)力云圖

5 結(jié) 論

通過安慶火車站站前廣場(chǎng)工程 7根試驗(yàn)性巖石錨桿的現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)與 flac3D的仿真模擬分析相結(jié)合，可以得到如下結(jié)論：

①錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，說明荷載的傳遞是由上而下的，符合工程實(shí)際；

②錨桿的軸力整體變化趨勢(shì)是沿著錨桿深度方向是逐步減小的，但錨桿軸力的最大值并不是在錨桿頂部，經(jīng)分析認(rèn)為：由于在荷載作用下的巖土體發(fā)生了變形，錨桿的內(nèi)力發(fā)生了重分布。

［1］陳后中.巖石錨桿在基坑抗浮中的應(yīng)用［J］.城市建筑，2013（22）.

［2］吳靖坤.抗浮錨桿工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究［J］.江蘇建筑，2015（5）.

［3］程廣朝.巖石錨桿抗浮在青島客站地下候車室施工的應(yīng)用［J］.路基工程，2011（1）.

［4］CECS22：2005 ，巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

［5］韓磊.巖土錨桿試驗(yàn)技術(shù)討論［J］.福建建筑，2015（2）.

TU452

B

1007-7359（2016）02-0252-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.090

陳朝暉（1968-），男，福建福州人，工程師，主要從事地基基礎(chǔ)檢測(cè)工作。