黏性土層中拉力型錨桿抗拔力現場試驗研究

劉小斌 喬麗平 李韻迪

1. 深圳市建筑工程質量安全監督總站 廣東 深圳 518030；2. 深圳市龍崗地質勘查局 廣東 深圳 518172；3. 深圳市巖土綜合勘察設計有限公司 廣東 深圳 518172

注漿錨桿在邊坡工程、基坑工程、隧道加固、水電站大壩等巖土工程領域運用廣泛。注漿錨桿錨固體與巖土體之間的極限黏結強度是錨桿發揮其力學性能的關鍵。基于不同的注漿工藝，工程中最為常見的為一次注漿型錨桿（直筒型重力灌漿型錨桿）和二次注漿型錨桿（后高壓灌漿型錨桿）。目前，針對兩種錨桿錨固體與巖土體之間的極限黏結強度，各種規范給出的建議值變化范圍較大，本文結合現場原型試驗，重點分析探討了注漿錨桿極限黏結強度[1-7]。

1 試驗概況

深圳坪山錨桿大型綜合試驗項目是《深圳市錨桿試驗與檢測技術標準》編制組主導的一項以采用多種方法測試巖土錨桿（索）力學特性、長度為主要目的的大型綜合型試驗，試驗錨桿有全黏結型、拉力型、壓力分散型等9種（共計約180根），獲得試驗數據約400余組。本文主要以其中一次注漿型錨桿（B型）和二次注漿型錨桿（C型）試驗成果為基礎進行分析。試驗采用分布式光纖測試錨固體應變，加卸載設備采用高精度自動控制系統，采用實時無線數據傳輸技術。

試驗場地錨桿長度范圍內地層單一，均為殘積砂質黏性土，由中粒花崗巖風化殘積而成，稍濕-濕，硬塑狀態，標貫錘擊數22.0擊。天然重度18.0 kN/m3、黏聚力25 kPa、內摩擦角28°。鉆孔旁壓試驗和標貫擊數均表明，隨深度增加，標貫擊數和壓力值均在逐漸增加，沒有突變的情況，場地在深度方向均勻。

試驗錨桿由6根強度等級1 860 MPa、直徑15.2 mm的鋼絞線組成，錨桿孔徑180 mm，注漿采用P·O 42.5、水灰比0.5的水泥漿。本次分析選取一次注漿錨桿（B型）及二次注漿錨桿（C型）各16根，2種類型分別根據錨固長度分為4組，共8組。錨固長度分別是9、12、15和18 m，每組各4根，編號為a—d。錨桿試驗方法為多循環加卸載極限試驗，極限試驗從加載到錨桿發生破壞為止，試驗結果為錨桿錨固體均發生了拔出破壞。

2 錨桿極限抗拔力試驗數據對比分析

2.1 試驗數據

本項目極限試驗加卸載采用多循環法，循環次數6～8次，分級荷載為預估最大試驗荷載Pp的0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及1.0倍；加載至Pp后若未破壞，則繼續分級加載至破壞，每級荷載增量取0.05Pp；初始荷載為0.1Pp且不大于50 kN。

一次注漿型錨桿（B型）4組試驗中選擇1組典型荷載-位移（P-s），如圖1所示；二次注漿型錨桿（C型）4組試驗中選擇1組典型荷載-位移（P-s），如圖2所示。

圖1 一次注漿型錨桿（B型）典型多循環P-s曲線

圖2 二次注漿型錨桿（C型）典型多循環P-s曲線

國內規范對于判別錨桿是否達到極限抗拔力狀態有多種不同的標準，歸納起來主要有如下4種：錨頭位移不收斂，錨頭被拔出；錨頭位移突變，破壞前、后級位移增量倍數關系2～5倍；錨頭位移超過了限值；錨頭在1 h內蠕變率不超過2.0 mm。

本次分析提取試驗中錨頭位移不收斂破壞級荷載作為極限抗拔力（即錨固體從巖土層中拔出時，對應荷載作為極限抗拔力），2種類型錨桿試驗極限抗拔力匯總于表1。

表1 2種類型錨桿試驗極限抗拔力

2.2 數據分析

為進一步分析2種類型錨桿極限抗拔力與錨固長度關系，將2種類型錨桿各4組（編號a—d）錨桿的極限抗拔力與相對應的錨固長度匯總，如圖3所示。

圖3 2種類型錨桿極限抗拔力與錨固長度關系曲線

從圖3分析可知：

1）相同錨固長度，二次注漿型錨桿極限抗拔力普遍大于一次注漿型錨桿。在本次試驗中的9～18 m錨固長度范圍內，錨桿極限抗拔力基本都隨錨固長度逐漸增加，但出現個別錨桿增加幅度到一定錨固長度后，再增加錨桿長度，其極限抗拔力基本不增加的現象（如b組試驗）。

2）極限抗拔力與錨固段長度并非完全成正比關系。從圖3分析可知，錨固段長度超過15 m后，一次注漿型錨桿極限抗拔力增長速率明顯變緩，甚至出現個別錨桿錨固力基本維持不變的情況。二次注漿型錨桿錨固段長度超過15 m后，極限抗拔力增長速率未出現明顯變緩現象，a、c、d組試驗曲線極限抗拔力增長速率增大，即二次注漿型錨桿錨固體有效錨固長度較一次注漿型錨桿有所提高。分析產生上述現象的原因，可能有兩方面：一方面，注漿工藝本身的特點導致一次注漿型錨桿實際錨固段尚未達到其理論極限黏結強度，使得錨桿極限抗拔力未完全發揮出來，從而使其實際有效錨固長度較理論有效錨固長度偏小；另一方面，二次注漿型錨桿在對錨固段進行第1次注漿后，待注漿體具有一定強度后再施作第2次高壓注漿，使漿液沖開原已形成的注漿體，向周圍土體滲透擴散，形成水泥鑲嵌體，即在相同錨固長度條件下，二次注漿型錨桿錨固體體積較一次注漿型錨桿增大，使得錨固體與周圍土體接觸更緊密，從而使錨固體周邊的極限黏結強度得以提高，使二次注漿型錨桿錨固體的有效錨固長度明顯增大。

3 黏結強度對比分析

從錨桿抗拔力P的表達式P＝πDLfmg可以看到，錨桿錨固灌漿體與巖土體之間的黏結強度fmg是影響錨桿極限抗拔力P的主要因素。

本次試驗場地經精心挑選，錨桿長度范圍內地層單一，均為殘積砂質黏性土，由中粒花崗巖風化殘積而成，稍濕-濕潤，硬塑狀態。根據上述極限抗拔力計算該試驗場地的地層極限黏結強度見表2和表3，2種類型錨桿的極限黏結強度散點分布如圖4所示。

圖4 試驗錨桿極限黏結強度分布散點

表2 一次注漿型錨桿極限黏結強度

表3 二次注漿型錨桿極限黏結強度

分析表2、表3數據可知：本場地一次注漿型錨桿錨固體的極限黏結強度平均值104.4 kPa，標準差23.97 kPa，變異次數0.23；二次注漿型錨桿錨固體的極限黏結強度平均值122.2 kPa，標準差16.28 kPa，變異次數0.13。

采用國家標準GB 50021—2001《巖土工程勘察規范》（2009年版）中統計修正系數和標準值公式：

計算可得：一次注漿型錨桿統計修正系數γs＝0.897 8，極限黏結強度標準值為94 kPa；二次注漿型錨桿統計修正系數γs＝0.942 2，極限黏結強度標準值為115 kPa。

由表2、表3可知：本次試驗一次注漿型錨桿（長度9～18 m）錨固體的極限黏結強度為90～110 kPa，二次注漿型錨桿（長度9～18 m）錨固體的極限黏結強度為115～135 kPa。其中，長9、12、15、18 m錨桿二次注漿后極限黏結強度分別增加約18%、18%、11%、27%；二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結強度約為一次注漿型錨桿的錨固體極限黏結強度值的1.1～1.3倍。本場地二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結強度標準值為一次注漿型錨桿極限黏結強度標準值的1.2倍。

深圳市工程建設標準SJG 05—2020《基坑支護技術標準》給出的土層（花崗巖殘積土、硬塑）與錨固段注漿體間二次注漿后的極限黏結強度值為80～120 kPa。國家行業標準JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》給出的黏性土（0

1）在類似地層條件下，一次注漿型錨桿和二次注漿型錨桿極限黏結強度標準值均大大高于規范給出的參考值。

2）本次試驗中一次注漿型錨桿極限黏結強度標準值約為JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》給出的參考值平均值的1.36倍。

3）本次試驗中二次注漿型錨桿極限黏結強度標準值約為SJG 05—2020《基坑支護技術標準》給出的參考值平均值的1.15倍、JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》給出的參考值平均值的1.24倍。

4）本次試驗中二次注漿型錨桿極限黏結強度標準值較一次注漿型錨桿極限黏結強度標準值的增量幅度小于JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》參考值的增量幅度。

4 結語

1）在相同地層條件下，相同錨固長度的二次注漿型錨桿極限抗拔力普遍大于一次注漿型錨桿，為一次注漿型錨桿極限抗拔力的1.1～1.3倍。在本次試驗中的9～18 m錨固長度范圍內，錨桿極限抗拔力基本都隨錨固長度逐漸增加，但個別錨桿增加幅度到一定錨固長度后，再增加錨桿長度，其極限抗拔力基本維持不變。

2）極限抗拔力與錨固段長度并非完全成正比關系，錨固段長度超過一定值后，錨桿極限抗拔力增長速率明顯變緩，甚至出現個別錨桿錨固力基本維持不變的情況。

3）在該場地硬塑狀殘積砂質黏性土中，一次注漿型錨桿錨固體極限黏結強度為90～110 kPa，二次注漿型錨桿錨固體極限黏結強度為115～135 kPa。二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結強度標準值為一次注漿型錨桿極限黏結強度標準值的1.2倍。

4）在類似地層條件下，一次注漿型錨桿和二次注漿型錨桿極限黏結強度標準值均大大高于規范參考值。