巖石錨桿抗拔靜載試驗案例分析

陳朝暉（安徽省地質實驗研究所，安徽 合肥 230001）

巖石錨桿抗拔靜載試驗案例分析

陳朝暉（安徽省地質實驗研究所，安徽 合肥 230001）

通過對安慶火車站廣場工程7根試驗性巖石錨桿進行抗拔試驗，根據試驗結果資料繪制上拔量與荷載關系P～S曲線及彈性上拔量、塑性上拔量與荷載關系P～Se、P～Sp曲線，得到各巖石錨桿的最大上拔量、最大彈性位移、最大塑性位移及巖石錨桿抗拔承載力特征值，為設計提供依據，同時對抗浮錨桿受力變形情況進行flac3D的仿真模擬分析，結果表明：錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現逐漸減小的趨勢，錨桿的軸力整體變化趨勢是沿著錨桿深度方向是逐步減小的。

巖石錨桿；抗拔試驗；抗拔承載力特征值；仿真模擬

1 工程概況

安慶火車站站前廣場工程位于安慶市迎賓西路與湖心北路交口北側。該工程為框架結構，地下1層，總建筑面積22658m2，采用巖石錨桿［1］進行抗浮。

圖1 豎向抗拔靜載試驗錨桿位置平面示意圖

工程勘查揭示地下各土層：①層人工填土；②層淤泥質粉質粘土；③層粉質粘土（軟可塑）；④層粉質粘土（硬塑狀）；⑤層礫石；⑥層強風化砂巖；⑦層中風化砂巖。

2 巖石錨桿豎向抗拔靜載試驗過程

2.1 試驗依據

《巖土錨桿（索）技術規程》（CECS22：2005）第9.2條［4］。

2.2 試驗目的及抽樣方法

本次巖石錨桿豎向抗拔靜載試驗為基本試驗。《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.2條，由設計單位選定7根巖石錨桿進行抗拔靜載基本試驗。

2.3 試驗方法

本次巖石錨桿抗拔試驗通過混凝土支撐基墩提供試驗反力，本次試驗是為設計提供依據的基本試驗，采用分級循環加荷法。

2.4 試驗設備（見表1）

2.5 最大試驗荷載

根據《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.3條，最大加載量為設計要求的錨桿抗拉強度標準值的0.8倍。本工程抗浮錨桿采用6根HRB400的Φ32mm螺紋鋼，最大試驗荷載應不小于 0.8×As×fptk=0.8×6×π× 162×400=1544155.62N，試驗時取1550kN。

2.6 試驗加載與分級

根據《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.3條，加荷等級和位移觀測時間應符合表2的規定。

2.7 沉降相對穩定標準

根據《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.3條，在每級加荷等級觀測時間內，錨頭位移小于 0.1mm時，可施加下一級荷載，否則應延長觀測時間，直至錨頭位移增量在2h內小于2.0mm時，方可施加下一級荷載。

2.8 終止加載

根據《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.3條，錨桿極限抗拔試驗出現下列情況之一時，可判定錨桿破壞：①后一級荷載產生的錨頭位移增量達到或超過前一級荷載產生位移增量的 2倍時；②錨頭位移不穩定；③錨桿桿體拉斷。

本工程的錨桿抗拔靜載試驗均因試驗荷載達到預定最大加載量而終止加載。

試驗設備表 表1

試驗加載與分級表 表2

SMG5錨桿抗拔試驗數據匯總表 表3

3 巖石錨桿抗拔靜載試驗結果分析

3.1 巖石錨桿抗拔靜載試驗資料整理

對7根巖石錨桿進行抗拔靜載試驗，限于篇幅，以中部的SMG5試驗錨桿為例，給出其抗拔靜載試驗數據匯總表（見表3）、抗拔靜載試驗上拔量與荷載關系P～S曲線（見圖2）、抗拔靜載試驗彈性上拔量、塑性上拔量與荷載關系P～Se、P～Sp曲線（見圖3）。

3.2 巖石錨桿抗拔靜載試驗資料分析

從SMG5錨桿的抗拔靜載試驗P～S曲線（圖2）上可以看出，當荷載最大加至1550kN時，桿頭最大位移量為19.93mm，最大彈性位移為7.94mm（圖3），最大塑性位移為11.99mm（圖3），在每級加荷等級觀測時間內，錨頭位移均能穩定。以上情況表明，受檢錨桿受拉尚未進入極限狀態。根據《巖土錨桿（索）技術規程》第9.2.6條規定，可取最大試驗荷載（1550kN）作為該巖石錨桿的極限抗拔承載力，其抗拔承載力特征值可取極限抗拔承載力的一半即775kN。

對其它6根試驗錨桿，其抗拔靜載試驗資料整理和分析方法與S MG5錨桿類似。

圖2 SMG5錨桿抗拔靜載試驗P-S曲線

圖3 SMG5錨桿抗拔靜載試驗P-Se、P-Sp曲線

3.3 巖石錨桿抗拔靜載試驗結果分析

安慶火車站站前廣場工程 7根試驗性巖石錨桿SMG1、SMG2、…、SMG7的樁端持力層為第⑦層—中風化砂巖；桿長分別為24.35m 、24.90m 、23.70m 、24.00m 、23.40m 、23.70m 、24.90m；錨桿直徑均為6Φ32mm，最大試驗荷載（0.8×As×fptk）為1550kN；抗拔承載力極限值均為 1550kN；最大上拔量分別為15.45mm、14.19mm、17.50mm、21.03mm、19.93mm、22.94mm、18.74mm；最大彈性位移分別為6.16mm、5.65mm、6.97mm、8.38mm、7.94mm、9.14mm、7.47mm；最大塑性位移分別為 9.29mm、8.54mm、10.53mm、12.65mm、11.99mm、13.80mm、11.27mm；抗拔承載力特征值均為775 kN。

4 抗浮錨桿仿真模擬試驗

4.1 仿真模型

對抗浮錨桿受力變形情況進行flac3D的仿真模擬分析。通過對工程條件的分析，本次模擬采用摩爾-庫侖模型，巖土體模型釆用八節點六面體單元。錨固體的計算模型取50×50×50的立方體塊，錨桿布置在模型的中心，錨桿長度取24m。如圖4所示。

圖4 模型網絡劃分圖

如圖4所示，中間部分代表為抗浮錨桿所處位置，從中部向外部邊緣部位逐步發散，由密集變的稀疏。

4.2 荷載的施加

通過逐級施加荷載的方法，在施加荷載的過程中監控巖土體的位云圖、錨桿的軸力變化以及錨桿的節點位移。

4.3 模擬結果分析

從圖5中可看出在荷載的作用下，錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現逐漸減小的趨勢，說明荷載的傳遞是由上而下的，符合工程實際。

從圖6中可看出在荷載的作用下，錨桿的軸力整體變化趨勢是沿著錨桿深度方向是逐步減小的。但錨桿軸力的最大值并不是在錨桿頂部，經分析認為：由于在荷載作用下的巖土體發生了變形，錨桿的內力發生了重分布。

圖5：錨桿位移云圖

圖6：錨桿應力云圖

5 結 論

通過安慶火車站站前廣場工程 7根試驗性巖石錨桿的現場抗拔試驗與 flac3D的仿真模擬分析相結合，可以得到如下結論：

①錨桿的變形位移沿著錨桿深度方向呈現逐漸減小的趨勢，說明荷載的傳遞是由上而下的，符合工程實際；

②錨桿的軸力整體變化趨勢是沿著錨桿深度方向是逐步減小的，但錨桿軸力的最大值并不是在錨桿頂部，經分析認為：由于在荷載作用下的巖土體發生了變形，錨桿的內力發生了重分布。

［1］陳后中.巖石錨桿在基坑抗浮中的應用［J］.城市建筑，2013（22）.

［2］吳靖坤.抗浮錨桿工程設計應用研究［J］.江蘇建筑，2015（5）.

［3］程廣朝.巖石錨桿抗浮在青島客站地下候車室施工的應用［J］.路基工程，2011（1）.

［4］CECS22：2005 ，巖土錨桿（索）技術規程［S］.北京：中國計劃出版社，2005.

［5］韓磊.巖土錨桿試驗技術討論［J］.福建建筑，2015（2）.

TU452

B

1007-7359（2016）02-0252-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.090

陳朝暉（1968-），男，福建福州人，工程師，主要從事地基基礎檢測工作。