不同風(fēng)化場地下漲殼錨桿抗拔特性現(xiàn)場試驗(yàn)研究

謝賓，王瑜，陳斌，徐旭東，涂德敏，鄭朝陽

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1 引言

在拉拔工況下，普通錨桿由于受力不均勻難以充分發(fā)揮巖石的承載力；而采用大開挖澆筑混凝土的方式，費(fèi)用較高且工期較長[1，2]。為了能找到更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，趙儉斌等[3]從結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新制作出膨脹頭巖石錨桿，通過現(xiàn)場試驗(yàn)對比分析了膨脹頭巖石錨桿與普通錨桿的區(qū)別。然而其現(xiàn)場試驗(yàn)場地單一，未能考慮巖石風(fēng)化程度對膨脹頭巖石錨桿抗拔強(qiáng)度的影響。

本研究選用2種不同風(fēng)化程度的場地，通過漲殼和普通錨桿的現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)結(jié)果對比，深入了解了漲殼錨桿抗拔作用機(jī)理及受巖石風(fēng)化影響程度。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 工程概況

本研究選用場地地貌單元為低山丘陵地貌，總體來說試驗(yàn)場地地形較平坦。其中，西側(cè)試驗(yàn)場地位于路邊一邊坎上，高出路面約1m，勘察結(jié)果顯示為中風(fēng)化場地；東側(cè)試驗(yàn)場地位于開挖后山體山腳下，高出路面約0.5m，為中風(fēng)化場地。

2.2 錨桿及黏結(jié)材料

錨桿材料選用35號鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其具有良好的塑性和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，抗拉強(qiáng)度大于530MPa。黏結(jié)材料采用M30水泥砂漿，配合比為水泥∶砂∶外加劑∶水=1∶2.7∶0.018∶0.38。

2.3 錨桿類型

為了對比不同風(fēng)化程度場地下漲殼錨桿抗拔特性，在強(qiáng)-中風(fēng)化場地和中風(fēng)化場地打入漲殼錨桿及普通錨桿各1根，錨桿直徑52mm，鉆孔直徑110mm，錨固長度2.5m。其中，漲殼錨桿在普通錨桿端部加裝自主研發(fā)的漲殼頭，當(dāng)錨桿放入孔底時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿體施加一定扭矩，使得底部漲殼頭張開，嵌固在底部巖石上。

2.4 試驗(yàn)方案

待水泥砂漿養(yǎng)護(hù)28d后開始錨桿拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)采用150t空心千斤頂，在處理平整的巖石面上放置15cm厚墊板，將千斤頂套入錨桿，對準(zhǔn)中心，然后采用拉拔夾具緊緊固定在千斤頂孔口頂部。試驗(yàn)加載過程符合GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》及CECS 22:1990《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中有關(guān)規(guī)定。采用循環(huán)加卸載，初始荷載取預(yù)計(jì)極限抗拔承載力的1/10，每級加載量按照極限抗拔荷載的0.2倍逐級增加。加載完成后，間隔5min讀取錨桿位移變化。當(dāng)筋材明顯拔出、錨固體明顯拔出或者錨桿桿體破壞時(shí)，終止加載。

3 錨桿拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖1不同場地下漲殼與普通錨桿抗拔曲線對比圖可以看出，無論在強(qiáng)-中風(fēng)化場地還是在中風(fēng)化場地，相同條件下的漲殼式錨桿拉拔強(qiáng)度均高于普通錨桿。中風(fēng)化場地的漲殼錨桿抗拔強(qiáng)度最高，強(qiáng)-中風(fēng)化場地的普通錨桿抗拔強(qiáng)度最低。此外，錨桿抗拔強(qiáng)度的提高程度也明顯受到場地風(fēng)化程度的影響。對于中風(fēng)化場地，漲殼錨桿10mm拉拔位移對應(yīng)的拉拔荷載為635kN，對應(yīng)的普通錨桿拉拔荷載為437kN，抗拔強(qiáng)度提高45%。而對于強(qiáng)-中風(fēng)化場地，漲殼錨桿10mm拉拔位移對應(yīng)的拉拔荷載為511kN，對應(yīng)的普通錨桿拉拔荷載為447kN，抗拔強(qiáng)度僅提高約15%。

圖1 不同場地下漲殼與普通錨桿抗拔曲線

之所以出現(xiàn)這樣的差別，是因?yàn)椴煌L(fēng)化場地下巖石錨桿的破壞模式不盡相同。圖2為不同場地下漲殼與普通錨桿破壞形式。可以看出，當(dāng)巖石風(fēng)化程度較低（中風(fēng)化場地）時(shí)，錨固體與巖石之間的黏結(jié)力足夠強(qiáng)，錨桿的破壞模式為錨筋拉出或者錨筋斷裂。對于普通錨桿破壞模式為錨筋拉出（見圖2b），對于漲殼錨桿，由于漲殼頭與巖石較強(qiáng)的嵌固力的存在，發(fā)生的破壞模式是錨筋拉斷（見圖2a），因此，能夠大大提高錨桿的抗拔力。然而，當(dāng)場地風(fēng)化程度較高（強(qiáng)-中風(fēng)化場地）時(shí)，錨固體與巖石之間的黏結(jié)力較弱，發(fā)生錨固體拉出破壞模式的可能性最大。本研究中，強(qiáng)-中風(fēng)化場地的漲殼和普通錨桿的破壞模式均為錨固體拔出（見圖2c和圖2d），兩者之間的抗拔強(qiáng)度差別不大。由于漲殼錨桿與周圍巖石之間有一定的嵌固力，因此，拉拔強(qiáng)度較普通錨桿有一定程度的提高。

圖2 不同場地下漲殼與普通錨桿破壞形式

4 結(jié)語

本研究通過漲殼和普通錨桿的現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)漲殼錨桿由于漲殼頭與周圍巖石之間的嵌固作用，在不同風(fēng)化程度場地中都能提高錨桿拉拔強(qiáng)度。但由于不同場地下巖石錨桿破壞模式不同，風(fēng)化程度越低的場地，漲殼錨桿的作用效果越好，能夠最大限度地提高錨桿抗拔力。