探討基礎(chǔ)錨桿抗拔試驗中錨桿的位移狀況及破壞形式

林銘

摘 要：本文通過對某工程基礎(chǔ)抗浮錨桿基本試驗過程及試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，論述在粉質(zhì)黏土層及風(fēng)化巖層基礎(chǔ)錨桿的破壞形式與位移狀況。并對其進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)錨桿；彈性位移；塑性位移；粉質(zhì)黏土層；風(fēng)化巖層

中圖分類號：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基礎(chǔ)錨桿是將基礎(chǔ)承受的向上豎向荷載，通過錨桿的拉結(jié)作用傳遞到基礎(chǔ)底部的穩(wěn)定巖土層中去的錨桿。此類錨桿多設(shè)置于建筑物地下室基礎(chǔ)中，利用巖土層與錨固體的黏結(jié)力摩阻力來實(shí)現(xiàn)抗浮功能，造價低，施工較抗拔樁方便，施工工期短。

一、基礎(chǔ)錨桿破壞形式的研究

從錨桿的受力性狀分析，錨桿抗拔力是有錨桿體的材料的抗拉強(qiáng)度，孔內(nèi)注漿體的黏結(jié)強(qiáng)度以及孔內(nèi)注漿體與周圍巖土體的抗剪強(qiáng)度3個指標(biāo)決定的。一般情況下，對于土層錨桿，注漿體的與錨桿體的黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于注漿體與周圍土體的剪切強(qiáng)度，錨桿抗拔力主要由注漿體與周圍土體的抗剪強(qiáng)度決定；對于巖石錨桿，巖石強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土的強(qiáng)度，錨桿抗拔力主要由錨桿體的材料強(qiáng)度及注漿體與錨桿體的黏結(jié)強(qiáng)度決定。

這里以廣州某工程的基礎(chǔ)錨桿抗拔基本試驗為例，研究基礎(chǔ)錨桿的破壞形式及其對應(yīng)的位移狀況。該工程地上32層，地下3層，地下室基礎(chǔ)部分設(shè)置基礎(chǔ)抗浮錨桿，基礎(chǔ)錨桿的深度范圍的地層主要有：粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，各處地層出露厚度不均。粉質(zhì)黏土可塑，由黏粒和粉粒組成；全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，巖芯呈堅硬土狀，巖芯浸水易軟化；強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖裂隙發(fā)育，巖芯呈塊狀、短柱狀，巖芯浸水易軟化；中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖裂隙較發(fā)育，巖芯呈塊狀、短柱狀；微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖石稍完整，巖芯多呈短柱狀或柱狀，巖質(zhì)軟。根據(jù)地質(zhì)報告，將布設(shè)基礎(chǔ)錨桿的地層分為3個區(qū)，分別命名為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)。其中Ⅰ區(qū)粉質(zhì)黏土厚度為4.0m～6.0m，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度為1.1m～2.1m，其下為中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

Ⅱ區(qū)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度為5.0m～10.0m，其下為中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖；Ⅲ區(qū)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度為2.0m～4.0m，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度為1.1m～5.0m；微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度為1.3m～8.20m。試驗分別在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)各做一組，每組兩根。其中Ⅰ區(qū)設(shè)計抗拔承載力特征值為200kN，Ⅱ區(qū)及Ⅲ區(qū)設(shè)計抗拔承載力特征值為380kN。錨桿體材料HRB400螺紋鋼筋，根數(shù)為3φ28，注漿材料采用42.5#純水泥漿，二次高壓注漿成錨，兩次注漿水灰比均為0.50。試驗于注漿后28天進(jìn)行。

由表1可以看到在不同錨固地層中，基礎(chǔ)錨桿的破壞形式。在Ⅰ區(qū)中，由于注漿體與錨桿體的黏結(jié)強(qiáng)度大大高于注漿體與土體交界處的剪切強(qiáng)度，在較大的荷載作用下，注漿體與土體界面處剪力不足以抵抗施加于錨桿上的垂直上拉荷載，表現(xiàn)為界面處的土體發(fā)生破壞變形，土體開裂，錨桿體與注漿一同被拉出，錨桿表現(xiàn)為較大的位移。在Ⅱ區(qū)中，由于注漿體與巖體的剪強(qiáng)度大于錨桿體與注漿體的黏結(jié)強(qiáng)度，在施加于錨桿上的垂直荷載接近極限時，錨桿相對于圍巖體產(chǎn)生較大的位移，主要原因為錨桿體與砂漿的粘結(jié)力較小，在外荷載作用下，鋼筋上部應(yīng)力較大，下部應(yīng)力較小，當(dāng)荷載繼續(xù)增大，鋼筋中部應(yīng)力增大，但下部應(yīng)力仍然較小。當(dāng)荷載接近極限時，鋼筋中上部的均達(dá)到屈服強(qiáng)度，鋼筋局部變形過大，當(dāng)荷載繼續(xù)增大時，鋼筋與注漿體脫離，發(fā)生向上的滑移。Ⅲ區(qū)與Ⅱ區(qū)類似，由于錨桿應(yīng)力分布不均勻，錨桿頂端受力和變形最大，這往往表現(xiàn)為錨頭位移增大或錨頭附近鋼筋被拉斷。

二、基礎(chǔ)錨桿位移狀況的研究

表2為Ⅰ區(qū)基礎(chǔ)錨桿基本試驗彈塑性位移數(shù)據(jù)，該區(qū)域錨桿錨固于粉質(zhì)黏土層中，在較小的荷載區(qū)段，錨桿的彈性位移大于塑性位移，隨著荷載逐漸增大，錨桿的塑性位移也逐漸增大，當(dāng)塑性位移大于彈性位移時，錨桿已逐漸進(jìn)入破壞階段。表3為Ⅱ區(qū)基礎(chǔ)錨桿基本試驗彈塑性位移數(shù)據(jù)，該區(qū)域錨桿錨固于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中，彈性位移整體大于塑性位移，塑性位移增長平緩，彈性位移在荷載較小時增長緩慢，較大荷載作用時彈性位移急劇增長，荷載繼續(xù)增大時，錨桿破壞。

錨桿在張拉過程中，摩阻力由錨固體頂部向底部傳遞，錨桿各部分的彈塑性位移逐漸發(fā)揮。對于粉質(zhì)黏土層，在荷載初始階段，錨桿在拉力的作用下彈性位移大于錨側(cè)土體的彈性位移，但荷載施加至一定階段，錨側(cè)土體率先進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，錨側(cè)土體破壞，塑性位移迅速增加，彈性位移增量相對較小，因此，塑性位移不收斂導(dǎo)致錨桿發(fā)生破壞。對于風(fēng)化巖層，注漿體與巖石的黏結(jié)強(qiáng)度較大，整個錨桿體系的彈性模量大，因此，在荷載施加階段錨桿彈性位移增長較快，塑性位移增長平緩。

結(jié)論

通過對該工程3個區(qū)域的基礎(chǔ)錨桿基本試驗的結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

（1）對于錨固與粉質(zhì)黏土中的錨桿，注漿體與周邊土層的抗剪強(qiáng)度決定著錨桿的抗拔承載力，錨桿破壞特征為周邊土體的破壞；而錨固于風(fēng)化巖層的錨桿，由于注漿體與周邊巖層的抗剪強(qiáng)度高，錨桿與注漿體的黏結(jié)強(qiáng)度相對薄弱，表現(xiàn)為錨桿體材料屈服或拉斷，注漿柱碎裂。

（2）對于錨固與粉質(zhì)黏土中的錨桿，錨桿破壞是位移特征為塑性位移不收斂，而錨固于風(fēng)化巖層的錨桿，錨桿破壞是位移特征為彈性位移不收斂。

參考文獻(xiàn)

[1] DBJ 15-60-2008，建筑地基基礎(chǔ)檢測規(guī)范[S].

[2] GB 5007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] CECS 22：2005，巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程[S].