囊式擴(kuò)體錨索與分散壓縮型錨索性能對(duì)比試驗(yàn)研究

顧煒 陳龍海 燕立群

摘 要：以秦淮河航道整治工程為背景，對(duì)分散壓縮型錨索和囊式擴(kuò)體錨索的受力性能和變形特性進(jìn)行對(duì)比研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于相同長(zhǎng)度的錨索，囊式擴(kuò)體錨索承載能力更高，在軟土地區(qū)施工質(zhì)量更可靠。囊式擴(kuò)體錨索在航道整治工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：囊式擴(kuò)體錨索;航道工程;分散壓縮型錨索;試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U61 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）08-0087-03

河道兩側(cè)岸坡支護(hù)是航道整治工程中的重要組成部分，對(duì)于保障航道工程的結(jié)構(gòu)安全起到至關(guān)重要的作用，也要求擋墻與綠化等環(huán)境的完美融合，傳統(tǒng)的岸坡支護(hù)結(jié)構(gòu)以重力式擋墻最為常見[1]。但當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備大放坡、深開挖的施工條件，通常采用樁（墻）+拉錨的形式進(jìn)行岸坡支護(hù)。鑒于永久工程耐久性要求，錨索需設(shè)計(jì)成壓力型錨索。本文通過工程錨索的原位試驗(yàn)研究?jī)煞N壓力型錨索的受力性能。

1 兩種壓力型錨索設(shè)計(jì)原理

分散壓縮型錨索，將集中力分散為若干個(gè)較小的力分別作用于長(zhǎng)度較小的錨固段，錨固段上的粘結(jié)應(yīng)力大大減小，且分布也較均勻，與荷載集中型的粘結(jié)應(yīng)力分布特征有重大差異，能最大限度地調(diào)用錨索整個(gè)錨固范圍內(nèi)的地層強(qiáng)度。理論上這種錨固系統(tǒng)的整個(gè)錨固長(zhǎng)度是沒有限制的，錨索承載力可隨固定長(zhǎng)度的增加而提高。錨索的抗拔承載力主要由錨固段注漿體與地層間極限粘結(jié)強(qiáng)度提供[2]。

囊式擴(kuò)體錨索采用機(jī)械鉸刀或高壓噴射等方法在錨孔底部對(duì)巖土體進(jìn)行切割擴(kuò)孔與注漿，向錨孔內(nèi)安放帶有膨脹擠壓筒的錨索桿體，并通過對(duì)囊袋進(jìn)行水泥漿定量有壓注漿，形成底部具有大直徑錨固段的錨索。囊式擴(kuò)體錨索通過內(nèi)錨頭構(gòu)造的不同可設(shè)計(jì)成壓力型錨索，是擴(kuò)大頭錨索的一種衍生[3]。擴(kuò)體錨索抗拔力由擴(kuò)體錨固段端承力及兩個(gè)錨固段的側(cè)阻力共同構(gòu)成，錨固段極限端阻力約占錨索極限抗拔承載力的60%～80%，充分利用了地層的固有性質(zhì)，單錨承載力普遍高于傳統(tǒng)錨索[4]。

理論上，囊式擴(kuò)體錨索在相同的設(shè)計(jì)參數(shù)下，承載力高于普通的分散壓縮型錨索，其差異主要由以下兩方面組成：①擴(kuò)體段的端承效應(yīng);② 擴(kuò)體段直徑增大，側(cè)摩阻力增加，其中，擴(kuò)體錨固段端承效應(yīng)是主要影響因素[5，6]。

2 項(xiàng)目背景

本工程為秦淮河（溧水石臼湖～江寧彭福段）航道整治工程的一部分，標(biāo)段所處地段為溧馬高速橋航道，河道總長(zhǎng)48m。

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，該段航道兩岸邊坡地層見表1。

總體上，1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層為軟弱土層，對(duì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)，尤其是錨索抗拔承載力的影響較大;該土層左岸揭露厚度較大，右岸揭露厚度較薄。

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

本航段航道兩岸邊坡距離溧馬高速橋主橋墩較近，不僅河道寬度受限，稍有不慎，將影響溧馬高速橋的正常通行，且左岸場(chǎng)地范圍內(nèi)1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層較厚，對(duì)邊坡穩(wěn)定存在不利影響。因此，該段航道邊坡采用常規(guī)的剛性擋墻結(jié)構(gòu)已不能滿足現(xiàn)狀的需要，必須采取有效的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行岸坡防護(hù)，再進(jìn)行平地開河。

設(shè)計(jì)采用U型鋼板樁+胸墻+錨索的支護(hù)方案，典型航道邊坡支護(hù)剖面圖見圖1。左岸采用囊式擴(kuò)體錨索，右岸采用分散壓縮型錨索，并在工程建設(shè)中開展原位對(duì)比試驗(yàn)研究。

3 試驗(yàn)方案

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)針對(duì)囊式擴(kuò)大頭錨索和分散壓縮型錨索的受力性能和變形特性進(jìn)行對(duì)比研究。試驗(yàn)錨索利用工程錨索，為非破壞性試驗(yàn)。試驗(yàn)錨索設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示，包括三類錨索：第一類（編號(hào)LK32、LK33、LK34）是22m長(zhǎng)的分散壓縮型錨索;第二類（編號(hào)LK20、LK21、LK22）是22m長(zhǎng)的囊式擴(kuò)大頭錨索;第三類（編號(hào)LK1、LK2、LK3）是30m長(zhǎng)的分散壓縮型錨索。錨索傾角均為20°，錨索桿體均采用4束無(wú)粘結(jié)型鋼絞線（1×7標(biāo)準(zhǔn)型-15.2-1860-II）。

試驗(yàn)采用多循環(huán)加卸載試驗(yàn)方法，最大試驗(yàn)荷載約為錨索軸向拉力特征值的1.3倍，第一組錨索最大試驗(yàn)荷載295kN，第二組錨索最大試驗(yàn)荷載400kN，第三組錨索最大試驗(yàn)荷載475kN。試驗(yàn)施加至最大試驗(yàn)荷載即結(jié)束試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)得到各錨索的荷載-位移曲線（），如圖2～5，由試驗(yàn)結(jié)果，各組錨索均能滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

對(duì)比圖2和圖4，相同長(zhǎng)度的分散壓縮型錨索和囊式擴(kuò)大頭錨索彈性位移曲線基本一致，這是因?yàn)殄^索的彈性位移主要是由鋼絞線的彈性變形引起的，在錨索自由段長(zhǎng)度和桿體配筋相同的情況下，錨索的彈性位移基本一致;在試驗(yàn)荷載下，兩種錨索的荷載位移曲線單調(diào)上升，處于彈性工作狀態(tài)，說明在錨索抗拔承載力設(shè)計(jì)值的荷載作用下，錨索的工作性能是安全可靠的;但對(duì)于相同長(zhǎng)度的錨索，囊式擴(kuò)大頭錨索獲得的抗拔承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的分散壓縮型錨索。

對(duì)比圖3和圖5，在錨索抗拔承載力設(shè)計(jì)值基本一致時(shí)，分散壓縮型錨索普遍大于囊式擴(kuò)大頭錨索產(chǎn)生的位移，這是由于錨索錨固段越長(zhǎng)，荷載由錨固段頂端向底端逐漸傳遞過程中產(chǎn)生的塑性位移越大;30m長(zhǎng)的分散壓縮型錨索的數(shù)據(jù)離散性遠(yuǎn)大于20m長(zhǎng)的囊式擴(kuò)大頭錨索，這是因?yàn)殄^索成孔深度越深，成孔質(zhì)量及注漿飽滿度都難以控制，尤其是當(dāng)錨索穿越較厚的淤泥質(zhì)土層時(shí)，成孔質(zhì)量的更難控制。

5 結(jié)論

通過分散壓縮型錨索和囊式擴(kuò)大頭錨索的原位對(duì)比試驗(yàn)證明：

（1）囊式擴(kuò)體錨索作為一種新的施工工法，錨索施工時(shí)對(duì)囊袋進(jìn)行水泥漿定量有壓注漿，施工質(zhì)量更可靠;在相同的錨固段長(zhǎng)度下，獲得的抗拔承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的分散壓縮型錨索;

（2）增加分散壓縮型錨索的錨固段長(zhǎng)度，可獲得較高的抗拔承載力，但同時(shí)也導(dǎo)致錨索位移大幅度增大，給錨拉式支擋結(jié)構(gòu)的位移控制帶來(lái)困難，無(wú)法滿足工程結(jié)構(gòu)對(duì)位移的要求;且因?yàn)殄^索長(zhǎng)度過長(zhǎng)，在土中成孔質(zhì)量和注漿質(zhì)量往往無(wú)法保障，錨索承載力的不確定因素加大，為永久工程埋下安全隱患。

如何實(shí)現(xiàn)錨索可靠的施工質(zhì)量，獲得較高的承載能力和變形控制能力是錨索設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注的問題。工程中由于場(chǎng)地限制等因素，往往不能采用加長(zhǎng)錨索錨固段長(zhǎng)度獲得較高承載力。因此，囊式擴(kuò)體錨索具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的推廣價(jià)值。

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