錨桿基本試驗中準(zhǔn)確獲取錨固起始位置、錨固段長度及錨固段巖土類別的方法研究

朱海良，李新春，李曉鵬

（重慶市建設(shè)工程質(zhì)量檢驗測試中心有限公司，重慶 400016）

0 前言

近年來，錨桿技術(shù)發(fā)展迅速，由于其實用、安全、經(jīng)濟(jì)的特點，在邊坡支護(hù)、危巖錨定、滑坡治理、洞室加固及高層建筑基礎(chǔ)抗浮等工程中得到廣泛應(yīng)用。在工程設(shè)計時，往往要求做錨桿基本試驗，以確定錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值，并以此為設(shè)計依據(jù)。但在實際試驗中，委托方通常對錨固段進(jìn)行超灌，錨固體通常不能拔出孔外，無法核實實際錨固起始位置、錨固段長度，僅以委托方告知的自由段長度和《建筑邊坡工程支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013[1]附錄C 第C.2.3 條規(guī)定錨固段長度（硬質(zhì)巖取設(shè)計錨固長度的0.40 倍，對軟質(zhì)巖取設(shè)計錨固長度的0.60 倍）來計算錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值，并以地勘報告中的巖土類別來編寫報告信息。若錨固段起始位置、錨固段長度、巖土類別與實際差別較大，會使所得錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值的準(zhǔn)確性、代表性嚴(yán)重偏離實際情況，為設(shè)計提供依據(jù)的參考價值也隨之降低，進(jìn)而對工程設(shè)計及結(jié)構(gòu)安全造成重大影響。

1 錨固起始位置

目前，施工單位在基本試驗錨桿的施工過程中，錨固段起始位置的埋設(shè)較為隨意，有的埋設(shè)于潛在滑裂面外某一深度，有的埋設(shè)于潛在滑裂面內(nèi)某一深度?！督ㄖ吰鹿こ讨ёo(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013 第8.4.1 條第1 款規(guī)定“錨桿自由段長度應(yīng)為外錨頭到潛在滑裂面長度；預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長度應(yīng)不小于5.0m，且應(yīng)超過潛在滑裂面1.5m”。由此可知：錨固段埋設(shè)的起始位置，對于非預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)在潛在滑裂面以內(nèi)，對于預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)在潛在滑裂面后方至少1.5m 以內(nèi)。由此，筆者根據(jù)工程實踐，建議采用以下方法確定錨固段起始位置。

錨桿鉆孔施工時，應(yīng)根據(jù)潛在滑裂面及《建筑邊坡工程支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013 第8.4.1 條第1 款的規(guī)定確定鉆孔深度，鉆孔深度應(yīng)按公式1 進(jìn)行計算。在錨桿注漿施工時應(yīng)實測鉆孔深度，并在見證人見證下留存鉆孔深度影像資料，確保鉆孔深度真實、準(zhǔn)確。檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行錨桿基本試驗時，應(yīng)核實影像資料，并如實記錄鉆孔深度。

式中：L Z——鉆孔深度（mm）；

L1——自由段長度（mm）；對于非預(yù)應(yīng)力錨桿，L1應(yīng)不小于邊坡臨空面至潛在滑裂面的距離；對于預(yù)應(yīng)力錨桿，L1應(yīng)不小于邊坡臨空面至潛在滑裂面的距離+1500mm；

L2——錨固段長度（mm）。

2 錨固段長度

錨桿注漿施工時，由于漿體損失、錨固段巖土體裂隙、孔內(nèi)沉渣等因素的影響，施工方往往會對錨固段進(jìn)行一定程度的超灌，由此造成錨固段長度與《建筑邊坡工程支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013 附錄C 第C.2.3 條規(guī)定“為使錨固體與地層間首先破壞，若錨固段長度取設(shè)計錨固長度，則應(yīng)增加錨桿鋼筋用量；若桿體鋼筋用量不變，則減短試驗錨桿的錨固長度，對硬質(zhì)巖取設(shè)計錨固長度的0.40 倍，對軟質(zhì)巖取設(shè)計錨固長度的0.60倍”相差甚遠(yuǎn)，基本試驗時，錨固體通常不能被拔出，無法測量錨固段實際長度。由此，筆者根據(jù)工程實踐，建議采用如下方法確定錨固段長度。

1）錨桿長度

錨桿長度按公式2 進(jìn)行計算。

式中：L m——錨桿長度（mm）；

LZ——鉆孔深度（mm）；

L3——外露段長度（mm），即錨桿外露端距邊坡臨空面的長度，供試驗時安裝試驗裝置及千斤頂，該長度不宜小于1500mm。

2）錨桿款式

在錨桿自由段范圍內(nèi)穿上套管，套管內(nèi)端部與錨桿間的間隙用密封膠密封，防止灌漿料進(jìn)入套管內(nèi)。在錨桿定位支架外側(cè)均勻布置4 根直徑不小于20mm 的輔助鋼筋，輔助鋼筋長度應(yīng)按公式3 進(jìn)行計算；輔助鋼筋穿入套管，端部間隙用密封膠密封，防止灌漿料進(jìn)入套管內(nèi)；錨桿、輔助鋼筋套管均固定在支架上，錨桿制作款式詳見圖1、圖2。

圖1 錨桿制作示意圖

圖2 定位支架示意圖

式中：L f——輔助鋼筋長度（mm）；

Lm——錨桿長度（mm）；

L2——錨固段長度（mm）；

L4——輔助鋼筋植入錨固體長度（mm），為了輔助鋼筋易于拔出，且不損傷錨固體，植入長度宜根據(jù)錨固體粘結(jié)強(qiáng)度、鉆孔直徑和鉆孔傾角計算，確保該長度均能深入錨固體內(nèi)，該長度宜為500～800mm，鋼筋植入長度范圍內(nèi)的表面制作成約2mm寬、深的V 槽或螺紋。

3）錨桿注漿

將制作好的錨桿穿至孔底，并測量外露段長度是否與制作時外露段長度L3一致，若不一致應(yīng)進(jìn)行清孔直至一致為止。然后通過注漿管進(jìn)行壓力注漿，注漿體積應(yīng)按公式4 進(jìn)行計算，防止超灌，錨桿注漿完成效果大樣見圖3。

圖3 錨桿注漿后大樣圖

式中：Vg——砂漿體積（mm3）；

L2——錨固長度（mm）；

S——鉆孔截面面積（mm2）。

4）實測錨固段長度

為使輔助鋼筋拔出時不擾動錨固體，當(dāng)灌漿齡期達(dá)到1～2天時，檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)將四根輔助鋼筋拔出，測量每根鋼筋實際植入錨固體的長度L5、L6、L7、L8，并按公式5 計算實測錨固段長度，按公式6 計算實測自由段長度。當(dāng)輔助鋼筋拔出，顯示植入端無漿體包裹痕跡，無法準(zhǔn)確實測錨固段長度，則可能是施工漿體損耗過大或錨固段巖土體裂隙發(fā)育跑漿造成錨固段長度不足，該錨桿不予做基本試驗，分析原因并采取相應(yīng)措施后，另作試驗錨桿。

式中：Ls,m——實測錨固段長度（mm）；

L2——錨桿制作時錨固段長度（mm）；

L4——錨桿制作時輔助鋼筋植入段長度（mm）；

L5——輔助鋼筋1 實測植入錨固體長度（mm）；

L6——輔助鋼筋2 實測植入錨固體長度（mm）；

L7——輔助鋼筋3 實測植入錨固體長度（mm）；

L8——輔助鋼筋4 實測植入錨固體長度（mm）。

式中：L1,s——實測自由段長度（mm）；

3 錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值

在確定錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值的檢測結(jié)果時，應(yīng)按實測錨固段長度進(jìn)行計算，見公式7。

式中：frbk——錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值（KPa）；

Q——試驗最大荷載值（kN）；

d——鉆孔直徑（mm）；

Ls,m——實測錨固段長度（mm）。

4 巖土類別

《建筑邊坡工程支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013 附錄C 第C.2.10 條規(guī)定“基本試驗的鉆孔，應(yīng)鉆取芯樣進(jìn)行巖石力學(xué)性能試驗”。

目前委托方委托錨桿基本試驗前，通常未對錨固段巖石力學(xué)性能實施見證取樣送檢，也未對鉆孔中巖土類型進(jìn)行描述和記錄。檢測機(jī)構(gòu)在進(jìn)行錨桿基本試驗時，核實錨固段巖土類型具有很大的難度，基本試驗報告中往往缺少錨固段巖土類型的相關(guān)信息，從而造成錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值缺少代表性，設(shè)計單位也無法判定巖土類型是否與地勘相符。此外，由于基本試驗操作復(fù)雜，費用較高，委托方通常只按規(guī)范規(guī)定的最少數(shù)量進(jìn)行委托，整個場地僅施工3 孔試驗錨桿進(jìn)行基本試驗。由于巖土體的區(qū)域性、復(fù)雜性，3 根錨桿不一定能代表場地巖土體的真實情況，甚至可能出現(xiàn)3 根錨桿分別錨固于不同種類巖土中，造成3 個試驗值極差很大的情況。

為此，筆者建議委托方在基本試驗鉆孔中應(yīng)對巖土體類別、性狀進(jìn)行調(diào)查與控制，當(dāng)場地錨固段處在不同巖體或巖土體性狀差異較大時，應(yīng)增加試驗數(shù)量，確保每種巖土體內(nèi)至少有3 根試驗錨桿，檢測機(jī)構(gòu)對位于不同巖土體的錨桿試驗結(jié)果分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，使所得錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值更具代表性與準(zhǔn)確性，真正為設(shè)計提供依據(jù)，也為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)修訂積累歷史數(shù)據(jù)。具體控制方法如下：

1）巖土類別

施工單位在試驗錨桿的鉆孔過程中，應(yīng)記錄鉆進(jìn)回次和各進(jìn)尺的巖土性狀，在見證人見證下留存影像資料，并作出各孔柱狀圖。

2）錨固段巖石力學(xué)性能

當(dāng)鉆孔深度進(jìn)入錨固段時，若能取出完整巖石芯樣，委托方應(yīng)對錨固段巖石力學(xué)性能實施見證取樣送檢，由于《建筑邊坡工程支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013 附錄C 第C.2.10 條未明確巖石力學(xué)性能具體試驗方法，筆者建議檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)該規(guī)范表8.2.3-1 的注釋檢測巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度，同時根據(jù)《工程地質(zhì)勘察規(guī)范》DBJ50/T-043—2016[4]、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DBJ50-047—2016[5]中相關(guān)試驗方法實施檢測，每孔錨固段范圍內(nèi)分別鉆取3 個直徑50mm、高度100mm 的巖石芯樣，每種類型的巖石芯樣試件不少于9 個，并統(tǒng)計其天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值作為檢測結(jié)果。

3）巖土類別核實

檢測機(jī)構(gòu)在進(jìn)行錨桿基本試驗前，應(yīng)查閱影像資料，并結(jié)合現(xiàn)場擺放芯樣對鉆孔記錄、柱狀圖、巖土性狀及巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度檢測報告進(jìn)行核實，對位于不同巖土體的錨桿分別進(jìn)行試驗與統(tǒng)計，并將巖土層類型及巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值納入錨桿基本試驗的報告中。

5 小結(jié)

綜上所述，在錨桿基本試驗中，為確保錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性及代表性，并為設(shè)計提供可靠依據(jù)，筆者認(rèn)為宜按如下方法控制、測定錨固段起始位、錨固段長度及巖土類別：

1）錨固段起始位置，對于非預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)埋設(shè)在潛在滑裂面以內(nèi)，對于預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)埋設(shè)在潛在滑裂面后方至少1.5m 以內(nèi)，并按本文“第1 條”要求控制、計算錨桿自由段長度、錨固長度及鉆孔深度；

2）錨固段長度，委托方宜按本文“1 條、第2 條第1～3 款”要求控制、制作錨桿款式、錨固段長度及錨桿灌注施工；檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)按本文“第1 條、第2 條第4 款”要求核實及實測錨固段長度、自由段長度，并在“錨固體與巖土層間粘結(jié)強(qiáng)度極限標(biāo)準(zhǔn)值”的計算中采用實測錨固段長度、自由段長度；

3）巖土類別，委托方宜按本文“第3 條第1 款～2 款”要求控制、記錄、描述巖土性狀，并對巖石力學(xué)性能實施見證取樣送檢；檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)按本文“第3 條第3 款”要求核實、記錄錨固段巖土類別，并將錨固段巖土類別、性狀或巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值納入錨桿基本試驗的報告中。