攪拌水泥土錨桿的電測試驗研究

陸林龍 吳大中

1 攪拌水泥土錨桿簡介

土層錨桿是巖土錨固工程領域的重要分支，其原理是將作用于結構物上的荷載傳遞給深部土體。在巖土工程中采用錨固技術，能充分挖掘巖土能量，調用巖土的自身強度和自承能力，大大減輕結構自重，節約工程材料，取得顯著的經濟效果，并保證施工安全與工程穩定。

土作為錨固工程的重要組成部分，在工程中的應用起始于20世紀70年代，由于其獨特的效應、簡便的工藝、廣泛的用途、經濟的造價，在巖土工程領域中顯示旺盛的生命力[1］。

近年來為了適應不同地質條件及工作條件的需要，對土層錨桿進行了一系列新的改進與研究，國內基坑圍護工程中的土層錨桿其形式與結構呈現多樣化[2-4］。由于寧波地區地處深厚軟土分布區(以淤泥質黏土為主)，在軟土地基中采用基坑圍護方案成功與否的關鍵是錨桿需提供較大且穩定的錨固力。

為此，針對寧波等軟土地區的地質條件，介紹了一種工藝更簡單、可應用于軟土基坑支護工程中的土層錨固工法——“攪拌水泥土錨桿工法”，簡稱 MCS錨桿。

攪拌水泥土錨桿借鑒了水泥土攪拌樁施工工藝，視錨桿為斜向水泥土攪拌樁，為拉力集中型錨桿，采用普通腳手架鋼管作為一次性鉆桿，將前端帶有多組攪拌葉片的鉆桿以設計角度旋轉打入土層，在推進過程中同時注入水泥漿液，葉片切削土體并與水泥漿攪拌混合，在土中形成直徑可以控制的水泥土固結體。到預定深度后，鉆桿及葉片作為加筋體留置在土中，與水泥土固結體共同形成可承受拉力的錨固體，從而形成強度顯著提高的攪拌水泥土錨桿。

2 攪拌水泥土錨桿作用機理

攪拌水泥土錨桿之所以能錨固在土層中作為一種新型受拉桿件，主要是由于錨桿在土層中具有一定的抗拔力。如圖1所示，當錨固段錨桿受力，首先通過錨索與周邊水泥土握裹力傳到水泥土中，然后通過水泥土傳到周圍土體。

圖1 攪拌水泥土錨桿的受力機理

傳遞的過程隨著荷載的增加，錨索與水泥土的粘結力(握裹力)逐漸發展到錨桿下端，待錨固段內發生最大粘結力時，就發生與土體的相對位移，隨即發生土體與錨固的摩阻力，直到極限摩阻力。當拔力小時錨桿位移量也小，拔力增大，位移量也增加;當拔力達到一定量時，位移不穩定，甚至不加力，位移仍不停止，此時認為錨桿已達破壞階段，也就是錨桿與土體間的摩阻力超過了極限狀態。

3 攪拌水泥土錨桿的電測試驗

3.1 攪拌水泥土錨桿電測試驗概況

制作2根21 m長試驗錨桿，自由段長度3 m，錨固段長度18 m，錨桿接管長度順序為6 m+6 m+6 m+3 m;在其錨頭位置向下1 m，3 m，4 m，6 m，8 m，10 m，12 m，14 m，16 m，18 m，20 m 的位置對稱粘貼電阻應變片(見圖2)，并用環氧樹脂膠進行保護，錨桿加筋體鋼管外側焊小直徑無縫鋼管，導線由此穿過，防止導線在錨桿打入土體過程中被破壞。

圖2 電阻應變片布置位置

3.2 攪拌水泥土錨桿電測試驗結果

本試驗檢測均按中國工程建設標準化協會標準《巖土錨桿(索)技術規程》[5］中的要求進行。本試驗采用1/4橋路連接測量加筋體在荷載作用下的應變值(如表1，表2所示，表中未顯示應變代表該測點應變片損壞，應變單位為1×10-6m)，根據彈性力學理論計算錨桿加筋體各測點的軸力值，換算出粘結應力沿錨桿桿長的分布情況。

由表1，表2測得的錨桿各測點的應變值可進而得到錨桿的軸力。

攪拌水泥土錨桿的軸力隨錨桿桿長的分布圖見圖3，圖4。

由圖3，圖4錨桿在各測點的軸力圖可知，錨桿在軸向拉力荷載作用下，軸力沿錨桿桿長方向逐漸遞減，到達一定深度后軸力衰減至接近零。在各級荷載作用下，21 m錨桿的軸力在距錨桿頂端14 m后，其軸力接近零，即長度增加對錨桿抗拔力的提高無明顯效果。

表1 1號錨桿電測應變值

表2 2號錨桿電測應變值

圖3 1號錨桿的軸力圖

圖4 2號錨桿的軸力圖

由圖3，圖4錨桿的軸力圖可進一步得到錨桿的區段粘結應力分布圖，如圖5，圖6所示。

圖5 1號錨桿的區段粘結應力圖錨桿區段

由圖5，圖6錨桿的區段粘結應力圖可知，21 m錨桿在沿桿長分布的粘結應力存在應力集中的現象，且應力集中不止一處，但應力峰值主要集中在8 m～14 m這一區段中，即21 m錨桿在沿桿端往下8 m～14 m的區段中所受粘結應力最大，因此21 m錨桿在設計施工時應對8 m～14 m這一區段進行局部加強。

圖6 2號錨桿的區段粘結應力圖錨桿區段

4 結語

針對寧波地區以水泥土為錨固體的錨桿施工工藝，分析了攪拌水泥土錨桿的受力機理，并對其進行電測試驗以進一步了解攪拌水泥土錨桿的應力分布狀況。

1)攪拌水泥土錨桿是適用于軟土地區的一種新型土層錨桿。經過現場電測試驗分析可知，錨桿在軸向拉力荷載作用下，軸力沿錨桿桿長方向逐漸遞減，到達一定深度后軸力衰減至接近零。

2)攪拌水泥土錨桿的受力存在一臨界長度，由試驗所得21 m錨桿的臨界長度為14 m左右。

3)攪拌水泥土錨桿沿桿長方向上的粘結應力存在不同程度的應力集中現象，由試驗所得21 m錨桿的應力集中部位主要在沿桿端往下8 m～14 m的區段中，因此21 m錨桿在設計施工時應對8 m～14 m這一區段進行局部加強。

[1]程良奎.巖土錨固研究與新進展[J］.巖石力學與工程學報，2005，11(21):23-25.

[2]蔡鐘業，鄭必勇.爆擴土錨桿穩定深基坑邊坡的加固理論及設計施工方法[J］.巖土工程學報，1989，11(1):33-42.

[3]胡建林.可重復高壓灌漿土層錨桿[J］.巖土工程學報，1998，20(1):13-15.

[4]王 釗，王金忠，曾繁平，等.玻璃鋼螺旋錨的現場拉拔試驗[J］.巖土工程學報，2007，29(10):1439-1443.

[5]CECS 22∶2005，巖土錨桿(索)技術規程[S］.