馬家石溝洪道邊坡防治工程的基本試驗研究

楊傳偉（中鐵二十一局集團第一工程公司，新疆烏魯木齊830026）

1 工程概況

馬家石溝洪道兩側邊坡目前由上而下一定厚度內的巖體已經松馳，外側巖土較內部相對松軟，已風化破碎較嚴重的片麻巖在地震或雨期荷載作用下有進一步松馳變形甚至導致邊坡坍塌的危險。經邊坡穩定性分析，針對預應力錨索框架、錨桿框架、預應力錨桿與柔性網防護體系工程，采用預錨加固體系。

2 試驗目的

試驗主要目的是確定錨固體與巖土層間粘結強度特征值、錨索設計參數和施工工藝，以確定錨索的極限承載力，掌握錨索抵抗破壞的安全程度，揭示其承載力及缺陷，以便在正式使用錨索前調整其結構參數或改進其制作工藝。

3 試驗內容

施工前必須進行現場錨索（桿）基本試驗，根據現場實際情況，選取與工程相對應的地層，錨固段分別取3m、4m、5m，自由段5m，錨筋與設計錨索相同，試驗必須為破壞試驗。本次試驗共計錨桿3 根、錨索3 根。錨桿成孔孔徑約為100mm，內置1Ф28HRB335 級螺紋鋼筋，孔內壓注M30 水泥砂漿。錨索下傾20o，每束錨索由3 根Ф15.24mm 高強度、低松弛預應力鋼絞線組成，鋼絞線抗拉強度為1860MPa，內注M30 砂漿，成孔孔徑約為140mm。

考慮到施工組織設計的全長錨固錨桿（10m）的設計荷載為100KN，錨索（自由段7m ～10m，錨固段8m）的設計荷載為240KN，本次試驗預計施加最大荷載值分別為：錨桿250KN，預應力錨索600KN。

4 試驗方法

錨索的基本試驗采用循環加、卸荷法，初始荷載取最大荷載值的0.1 倍，每級加荷增量取最大荷載值的0.1 ～0.2 倍。錨桿的加載順序依次為：0 ～25KN、25 ～75KN、25 ～100KN、25～125KN、25 ～150KN、25 ～175KN、25 ～200KN、25 ～250KN；錨索的加載順序依次為：0 ～60KN、60 ～180KN、60 ～240KN、60～300KN、60 ～360KN、60 ～420KN、60 ～480KN、60 ～600KN。錨索（桿）在每級荷載作用下保持恒定力5 分鐘，在每級最大荷載作用下保持穩定10 分鐘，并測量錨頭達到穩定狀態下的位移讀數三次。

本檢測工程錨桿試驗采用ML-30 錨桿拉拔儀；預應力錨索試驗采用YDCW-1000B 穿心式千斤頂。使用百分表測量位移。試驗儀器均按照國家標準進行了標定。每級荷載施加或卸除完畢后，立即測讀變形量。在每級加、卸荷時間內測讀錨頭位移三次，連續三次測讀的變形量小于0.1mm 時，施加下一級荷載。

錨索（桿）基本試驗中，加荷至錨固段出現破壞為止，破壞標準為：①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；②錨頭總位移量超過設計允許值；③后一級荷載產生的錨頭位移增量達到或超過前一級荷載位移增量的2 倍。

每級荷載作用下的總變形分成彈性變形和塑性變形，彈性變形是測得的總位移減去卸荷至初始荷載時測得的位移（即塑性變形）。

5 測試儀器、設備的現場埋設、安裝

各段試驗錨桿施工完成，待錨固體灌漿強度達到設計值的90%后，開始進行錨索（桿）基本試驗。考慮邊坡表層片麻巖較為破碎、土體比較松散，緊貼邊坡表層土體安置鋼墊板，墊板尺寸30cm×60cm，厚度約為5cm，根據現場實測情況，反力裝置的承載力和剛度滿足最大試驗加載要求。

6 試驗結果及分析

設s1 為錨索自由段彈性變形計算值，s2 為錨索自由段與1/2 錨固段長度之和的彈性變形計算值，Se 為試驗的彈性變形，Sp 為試驗的塑性變形。錨桿基本試驗的Q-Se 曲線和Q-Sp 曲線如圖1、圖2 所示，預應力錨索基本試驗的Q-Se 曲線和Q-Sp 曲線如圖3、圖4 所示。

圖1 錨桿荷載-彈性變形曲線

圖2 錨桿荷載-塑性變形曲線

圖3 錨索荷載-彈性變形曲線

圖4 錨索荷載-塑性變形曲線

1）位移及變形

根據《建筑邊坡工程技術規范》，P1-1、P1-2、P1-3 錨桿的最大彈性變形量應由試驗確定，如圖1 所示，實測結果分別為29.8mm、29.0mm、30.4mm。

錨索的最大彈性變形量按以下公式計算

式中 aF —錨索的極限承載力；

La—錨索自由段長度；

E —彈性模量，Ф28 螺紋鋼取20GPa，1 × 7 - 15.24 - 1860鋼絞線取197.4GPa；

n—鋼絞線根數；

d —錨筋的公稱直徑。

可以得到三根試驗錨索P2-1、P2-2、P2-3的最大彈性變形量分別為22.0mm、29.3mm、36.7mm。 現場實測結果分別為21.1mm、28.6mm、36mm。根據規范，試驗結果大于0.8倍的彈性變形計算值，小于自由段長度與1/2 錨固段長度之和的彈性變形計算值，結果合理有效。

2）極限承載力

現場試驗結果顯示，六次循環加載過程中，位移變化穩定，錨桿（索）沒有被拔出，注漿材料完好。但由于邊坡表面的巖體為較為破碎的片麻巖，其承載能力低于錨固體系，當錨桿試驗荷載超過223KN、錨索試驗荷載超過502KN 時，試驗孔附近的大片片麻巖被擠壓破裂，與基巖脫離，考慮到邊坡巖石整體的穩定性安全，試驗被終止。因此，根據規范，可以得出結論：錨桿的極限承載力為上一級荷載的數值200KN，錨索的極限承載力為480KN。

7 結論

本文通過現場進行馬家石溝邊坡加固工程中錨桿和錨索試驗孔的基本試驗，確定了該工程加固措施的有效性。尤其是根據現場存在大片片麻巖的實際情況，對基本試驗的過程和結果進行了合理控制與判斷，可以為類似工程提供參考。

[1]《蘭州市馬家石溝洪道綜合治理邊坡防治工程施工設計圖》

[2]《巖土錨桿（索）技術規程》，CECS 22：2005.

[3]《建筑邊坡工程技術規范》，GB 50330-2002.

[4]《錨桿噴射混凝土支護技術規范》，GB 50086-2001.