壓力分散型錨索加固工程應用研究

吳才

(甘肅科地工程咨詢有限責任公司,甘肅蘭州 730010)

壓力分散型錨索加固工程應用研究

吳才

(甘肅科地工程咨詢有限責任公司,甘肅蘭州 730010)

本文介紹了壓力分散型錨索的原理,并且結合泉三高速公路泉州段QA8標段現場施工,通過對預應力錨索基本試驗總結,分析了壓力分散型錨索在不同地質情況下的粘結強度和安全系數。結果表明,錨孔中富含水體或錨固段為粘性土會大大降低粘結強度和安全系數,為此,必須通過基本實驗進行動態設計以避免在錨索施工中發生的不必要損失。

錨固工程 壓力分散型錨索 粘結強度 安全系數 荷載級數

近年來,壓力分散型錨索作為一種新技術在邊坡的加固上獲得了良好的應用和發展[1-2]。壓力分散型錨索與普通拉力型錨索相比有著諸多不同[3],壓力分散型錨索通過外錨頭的張拉施力,將拉力首先傳至錨索內錨頭各個分散的承載體上,承載體通過P型錨將鋼絞線的拉力轉為壓力,傳到承壓板上,承壓板再將壓力傳到其附近的水泥砂漿上,使水泥砂漿受壓,產生微壓縮膨脹、壓縮變形,將此應力最終傳到孔壁附近的巖土體上,使巖土體最終承受剪力。由于壓力分散型錨索分段錨固、分散承力,使錨固體孔壁粘結摩阻力分散分布,且分布均勻,與拉力型錨索比較大大避免了孔壁粘結摩阻應力集中的現象,在相同有效錨固長度下,壓力分散型比拉力型錨索能提供更大的錨固力,是解決松散、破碎高邊坡土體的有效手段。泉三高速公路QA8合同段位于泉州永春縣,路基施工主要以深挖高路塹為主,邊坡最高為46．4米,地質多為松散的弱風化巖層,節理裂隙發育,地下水發育,邊坡穩定性差,不同程度的存在軟弱的夾層,邊坡防護主要采用壓力分散型錨索,下面就福建省泉三高速公路QA8合同段高邊坡不同地質情況下壓力分散型錨索工程基本試驗做一分析,給以后工程設計提供參數。

1 壓力分散型錨索結構

錨桿是將拉力傳遞到穩定的巖層或土體的錨固體系,它通常包括桿體(由鋼絞線、鋼筋、特制鋼管等筋體組成)、注漿體、錨具和可能使用的連接器。當采用鋼絞線或高強鋼絲束作桿體材料時,可稱錨索,壓力分散型錨索由鋼絞線、承載體、限位片、架線環、擠壓套和導向帽等組成。鋼絞線采用直徑15．2mm,強度為1860MPa的高強度低松弛無粘結鋼鉸線。整個體系通過施加預應力將錨索的拉力傳遞到鋼筋混凝土框格梁,達到防護邊坡的作用。該段壓力分散型錨索由三個單元組成,每個單元錨索分別由兩根無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成,錨固段長度12m,鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質承載體上。組裝承載體時應定位準確,架線環間距為1．0-1．5m,保證錨索體保護層厚度不小于20mm。整個錨索的鋼鉸線用塑料管穿套,同時,進行防腐處理。組裝之后,應在錨索體底端接裝導向帽,以便順利下錨。當采用二次補充注漿的錨筋體組裝時,應同時裝放二次注漿管和止漿密封裝置。止漿裝置應設在自由段和錨固段的分界處,并具良好可靠的密封性能。宜用密封袋作止漿密封裝置,密封袋兩端應牢固地綁扎的錨筋體上。

2 基本公式

抗拔試驗取各試驗孔的破壞荷載的95%為極限荷載,按照以下公式計算錨固體與巖土之間的粘結強度值 Γ：

其中：

D：錨孔直徑; L0試：試驗孔錨固段長度;

RU：極限荷載,取試驗孔破壞荷載的95%; P：試驗孔破壞荷載,由抗拔力試驗取得。

相應部位工程孔錨固體安全系數 K0值,由下式確定：

其中：

L0：工程孔錨固段長度; Nt：錨索設計荷載。

將式(1)代入(2)式,得

表1 基本實驗結果匯總表

3 實例分析

3.1 工程介紹

QA8合同段有三個邊坡為不同地質情況,地質情況如下：

邊坡一 錨固段為強風化花崗巖;

邊坡二 錨固段為破碎強風化花崗巖,并且富含水體;

邊坡三 錨固段為粘性土。

壓力分散型錨索由三個單元組成,每個單元由兩根無粘結鋼絞線內錨于鋼質承載體組成,工程孔錨固段為12m,孔徑為130mm,設計拉力為700KN,注漿體為純水泥漿,實驗孔錨固段分別為8m,6m,4m組成。

3.2 試驗方法

初始荷載為 0.1 A×fptk+差異荷載。

差異荷載：

定)荷載作用下的伸長量。

σ—給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下鋼絞線束應力;

P—給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下單根鋼絞線束荷載;

A—單根鋼絞線束的截面面積;

(2)在每級加荷等級觀測時間內,測讀錨頭位移3次。

(3)在每級加荷等級觀測時間內,錨頭位移量不大于0．1時,可施加下一級荷載;否則需延長觀測時間,直至錨頭位移增量2．0h小于2．0時,方可施加下一級荷載。

錨索(桿)試驗中出現下列情況之一時可視為破壞,應終止加載：

(4)錨頭位移不收斂,錨固體從巖土層中拔出或錨索(桿)從錨固體中拔出;

(5)錨頭總位移量超過設計允許位移值;

(6)后一級荷載產生的錨頭位移增量超過前一級荷載產生位移增量的2倍;

(7)錨索(桿)材料拉斷。

3.3 試驗結果分析

根據現場循環加載試驗,得出不同地質情況下的粘結強度和安全系數,下面列出其中三個孔在不同地質情況下試驗結果(表1)：

上面試驗結果表明,錨固段富含水體時或為粘性土,安全系數偏低,不能滿足設計要求,在工程中通過對基本試驗分析,設計單位與施工單位采取山坡二采取二次劈裂注漿。山坡三采取降低錨固力措施,增加錨索個數,提高整體錨固力。

4 結語

預應力錨索施工中,由于設計階段不能完全掌握地質情況,因此強調動態設計。特別錨孔中富含水體或錨固段為粘性土大大降低了粘結強度和安全系數。通過基本試驗了解地質情況,及時調整設計參數,改變設計方案。確保在錨索施工中不發生不必要的損失。

[1]王興國等.壓力分散型錨索在邊坡工程中的設計與應用.公路,2005(7):99-105.

[2]王亞輝等.壓力分散型錨索在高速公路邊坡中的應用.公路與汽運,2006(6):65-68.

[3]郭玉芳.壓力分散型錨索與普通拉力型錨索的對比.探礦工程,2004(5):39-40.

[4]陳琛.壓力分散型錨索錨固機理及錨固段設計方法研究,武漢理工大學碩士學位論文,2010.