探討基礎錨桿抗拔試驗中錨桿的位移狀況及破壞形式

林銘

摘 要：本文通過對某工程基礎抗浮錨桿基本試驗過程及試驗數據進行研究分析，論述在粉質黏土層及風化巖層基礎錨桿的破壞形式與位移狀況。并對其進行分析。

關鍵詞：基礎錨桿；彈性位移；塑性位移；粉質黏土層；風化巖層

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A

基礎錨桿是將基礎承受的向上豎向荷載，通過錨桿的拉結作用傳遞到基礎底部的穩定巖土層中去的錨桿。此類錨桿多設置于建筑物地下室基礎中，利用巖土層與錨固體的黏結力摩阻力來實現抗浮功能，造價低，施工較抗拔樁方便，施工工期短。

一、基礎錨桿破壞形式的研究

從錨桿的受力性狀分析，錨桿抗拔力是有錨桿體的材料的抗拉強度，孔內注漿體的黏結強度以及孔內注漿體與周圍巖土體的抗剪強度3個指標決定的。一般情況下，對于土層錨桿，注漿體的與錨桿體的黏結強度遠大于注漿體與周圍土體的剪切強度，錨桿抗拔力主要由注漿體與周圍土體的抗剪強度決定；對于巖石錨桿，巖石強度遠遠大于土的強度，錨桿抗拔力主要由錨桿體的材料強度及注漿體與錨桿體的黏結強度決定。

這里以廣州某工程的基礎錨桿抗拔基本試驗為例，研究基礎錨桿的破壞形式及其對應的位移狀況。該工程地上32層，地下3層，地下室基礎部分設置基礎抗浮錨桿，基礎錨桿的深度范圍的地層主要有：粉質黏土、全風化泥質粉砂巖、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖及微風化泥質粉砂巖，各處地層出露厚度不均。粉質黏土可塑，由黏粒和粉粒組成；全風化泥質粉砂巖原巖結構已完全破壞，巖芯呈堅硬土狀，巖芯浸水易軟化；強風化泥質粉砂巖裂隙發育，巖芯呈塊狀、短柱狀，巖芯浸水易軟化；中風化泥質粉砂巖裂隙較發育，巖芯呈塊狀、短柱狀；微風化泥質粉砂巖巖石稍完整，巖芯多呈短柱狀或柱狀，巖質軟。根據地質報告，將布設基礎錨桿的地層分為3個區，分別命名為Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區。其中Ⅰ區粉質黏土厚度為4.0m～6.0m，強風化泥質粉砂巖厚度為1.1m～2.1m，其下為中微風化泥質粉砂巖。

Ⅱ區強風化泥質粉砂巖厚度為5.0m～10.0m，其下為中微風化泥質粉砂巖；Ⅲ區強風化泥質粉砂巖厚度為2.0m～4.0m，中風化泥質粉砂巖厚度為1.1m～5.0m；微風化泥質粉砂巖厚度為1.3m～8.20m。試驗分別在Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區各做一組，每組兩根。其中Ⅰ區設計抗拔承載力特征值為200kN，Ⅱ區及Ⅲ區設計抗拔承載力特征值為380kN。錨桿體材料HRB400螺紋鋼筋，根數為3φ28，注漿材料采用42.5#純水泥漿，二次高壓注漿成錨，兩次注漿水灰比均為0.50。試驗于注漿后28天進行。

由表1可以看到在不同錨固地層中，基礎錨桿的破壞形式。在Ⅰ區中，由于注漿體與錨桿體的黏結強度大大高于注漿體與土體交界處的剪切強度，在較大的荷載作用下，注漿體與土體界面處剪力不足以抵抗施加于錨桿上的垂直上拉荷載，表現為界面處的土體發生破壞變形，土體開裂，錨桿體與注漿一同被拉出，錨桿表現為較大的位移。在Ⅱ區中，由于注漿體與巖體的剪強度大于錨桿體與注漿體的黏結強度，在施加于錨桿上的垂直荷載接近極限時，錨桿相對于圍巖體產生較大的位移，主要原因為錨桿體與砂漿的粘結力較小，在外荷載作用下，鋼筋上部應力較大，下部應力較小，當荷載繼續增大，鋼筋中部應力增大，但下部應力仍然較小。當荷載接近極限時，鋼筋中上部的均達到屈服強度，鋼筋局部變形過大，當荷載繼續增大時，鋼筋與注漿體脫離，發生向上的滑移。Ⅲ區與Ⅱ區類似，由于錨桿應力分布不均勻，錨桿頂端受力和變形最大，這往往表現為錨頭位移增大或錨頭附近鋼筋被拉斷。

二、基礎錨桿位移狀況的研究

表2為Ⅰ區基礎錨桿基本試驗彈塑性位移數據，該區域錨桿錨固于粉質黏土層中，在較小的荷載區段，錨桿的彈性位移大于塑性位移，隨著荷載逐漸增大，錨桿的塑性位移也逐漸增大，當塑性位移大于彈性位移時，錨桿已逐漸進入破壞階段。表3為Ⅱ區基礎錨桿基本試驗彈塑性位移數據，該區域錨桿錨固于強風化泥質粉砂巖中，彈性位移整體大于塑性位移，塑性位移增長平緩，彈性位移在荷載較小時增長緩慢，較大荷載作用時彈性位移急劇增長，荷載繼續增大時，錨桿破壞。

錨桿在張拉過程中，摩阻力由錨固體頂部向底部傳遞，錨桿各部分的彈塑性位移逐漸發揮。對于粉質黏土層，在荷載初始階段，錨桿在拉力的作用下彈性位移大于錨側土體的彈性位移，但荷載施加至一定階段，錨側土體率先進入塑性變形狀態，錨側土體破壞，塑性位移迅速增加，彈性位移增量相對較小，因此，塑性位移不收斂導致錨桿發生破壞。對于風化巖層，注漿體與巖石的黏結強度較大，整個錨桿體系的彈性模量大，因此，在荷載施加階段錨桿彈性位移增長較快，塑性位移增長平緩。

結論

通過對該工程3個區域的基礎錨桿基本試驗的結果分析，得出以下結論：

（1）對于錨固與粉質黏土中的錨桿，注漿體與周邊土層的抗剪強度決定著錨桿的抗拔承載力，錨桿破壞特征為周邊土體的破壞；而錨固于風化巖層的錨桿，由于注漿體與周邊巖層的抗剪強度高，錨桿與注漿體的黏結強度相對薄弱，表現為錨桿體材料屈服或拉斷，注漿柱碎裂。

（2）對于錨固與粉質黏土中的錨桿，錨桿破壞是位移特征為塑性位移不收斂，而錨固于風化巖層的錨桿，錨桿破壞是位移特征為彈性位移不收斂。

參考文獻

[1] DBJ 15-60-2008，建筑地基基礎檢測規范[S].

[2] GB 5007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[3] CECS 22：2005，巖土錨桿（索）技術規程[S].