巖土錨桿試驗(yàn)技術(shù)討論

韓 磊

(福建省建筑科學(xué)研究院 福建福州350025)

引 言

隨著環(huán)保意識(shí)的加深，人類對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)與利用日趨廣泛，各類邊坡和深基坑工程大量涌現(xiàn)。錨桿作為邊坡和基坑支護(hù)的一種形式，得到廣泛應(yīng)用。錨桿承載力是保證邊坡和基坑工程穩(wěn)定安全的重要因素之一，當(dāng)前有關(guān)錨桿承載力檢測(cè)相關(guān)的規(guī)范條文不盡相同，在規(guī)范的選擇和應(yīng)用上，給設(shè)計(jì)、檢測(cè)和驗(yàn)收人員帶來(lái)較多困惑。本文通過(guò)梳理相關(guān)規(guī)范條文，分析比較試驗(yàn)要點(diǎn)，為錨桿的檢測(cè)驗(yàn)收提供幫助。

1 錨桿工作機(jī)理

錨桿是將拉力傳遞到穩(wěn)定的巖層或土層的錨固體系。通常包括桿體、錨固體、錨具等，將支護(hù)結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)所承受的荷載通過(guò)拉桿傳遞到處于穩(wěn)定土層中的錨固體上，再由錨固體將荷載分散到周圍穩(wěn)定的巖土層中。

2 規(guī)范及適用范圍

本文就建筑行業(yè)常用的有關(guān)錨桿承載力檢測(cè)的五本規(guī)范展開(kāi)討論分析，規(guī)范適用的巖土層和范圍不盡相同見(jiàn)(表1)。

表1 各規(guī)范適用范圍比對(duì)表

錨桿具體檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)。圖紙未作明確說(shuō)明時(shí)，可根據(jù)錨桿功能、巖土層、應(yīng)用部位(基礎(chǔ)、基坑或邊坡穩(wěn)定)、作用時(shí)間長(zhǎng)短(永久性、臨時(shí)性)等參照(表1)選擇相應(yīng)檢測(cè)規(guī)范。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)數(shù)量

錨桿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可大致分為基本試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)，基本試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)的數(shù)量都要求不少于3根，各規(guī)范對(duì)驗(yàn)收試驗(yàn)要求的數(shù)量略有不同，具體的檢測(cè)數(shù)量見(jiàn)(表2)。

表2 各規(guī)范驗(yàn)收試驗(yàn)要求的檢測(cè)數(shù)量

3.2 試驗(yàn)齡期

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》土層錨桿試驗(yàn)要點(diǎn)、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定錨固體灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，可進(jìn)行錨桿試驗(yàn)?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定錨桿錨固段漿體強(qiáng)度達(dá)到15MPa或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，可進(jìn)行錨桿試驗(yàn)。其他三本規(guī)范未見(jiàn)承載力檢測(cè)齡期要求描述。

驗(yàn)收試驗(yàn)基本可參照上述執(zhí)行。對(duì)于錨桿基本試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康氖菣z測(cè)錨桿極限承載力，為反映錨固體達(dá)到齡期強(qiáng)度后的真實(shí)受力狀況，建議錨固體灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行檢測(cè)。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)間提前，對(duì)錨固體強(qiáng)度有具體要求的，錨固體的試塊應(yīng)提前預(yù)留備份，同條件養(yǎng)護(hù)，試塊在錨桿試驗(yàn)時(shí)試壓，提供具體強(qiáng)度數(shù)值參考，且應(yīng)考慮試塊和注漿體所處環(huán)境因素的不同。

3.3 試驗(yàn)原理

錨桿抗拔試驗(yàn)原理基本同樁基靜載試驗(yàn)，由反力裝置、加載裝置、位移觀測(cè)系統(tǒng)組成見(jiàn)(圖1)。反力裝置應(yīng)滿足最大試驗(yàn)荷載下的強(qiáng)度和剛度要求;千斤頂、油壓表、位移傳感器等儀器設(shè)備應(yīng)符合相應(yīng)的要求，在有效標(biāo)定期內(nèi)，且精度經(jīng)過(guò)確認(rèn);基準(zhǔn)梁不受外界和錨桿受拉的影響。

圖1 錨桿抗拔試驗(yàn)原理

3.4 基本試驗(yàn)

3.4.1 最大試驗(yàn)荷載

當(dāng)設(shè)計(jì)圖紙有明確要求時(shí)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，無(wú)明確要求時(shí)，按(表3)執(zhí)行。另外，基本試驗(yàn)一般為破壞性試驗(yàn)，應(yīng)選擇與工程錨桿材料尺寸、地質(zhì)條件和施工工藝相同的試驗(yàn)錨桿。

表3 各規(guī)范規(guī)定的基本試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載

表中Qmax—最大試驗(yàn)荷載;

fyk—鋼筋(鋼絞線)抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;

As—鋼筋(鋼絞線)截面面積。

3.4.2 循環(huán)加、卸荷載等級(jí)與觀測(cè)時(shí)間

五本規(guī)范中基本試驗(yàn)循環(huán)加、卸荷載與觀測(cè)時(shí)間基本相同，具體的分級(jí)和觀測(cè)時(shí)間有細(xì)微不同，現(xiàn)就《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 120－2012)加以說(shuō)明。

表4 循環(huán)加卸荷載等級(jí)與位移觀測(cè)時(shí)間表(JGJ 120－2012)

針對(duì)(表4)，須作以下說(shuō)明:

(1)表中觀測(cè)時(shí)間應(yīng)為觀測(cè)間隔時(shí)間。注1中測(cè)讀錨頭位移不應(yīng)少于3次，5min或者10min內(nèi)測(cè)讀3次，應(yīng)做好測(cè)讀時(shí)間分配。

(2)注2中錨頭位移增量不大于0.1mm時(shí)，可施加下一級(jí)荷載。是指第35min和5min相比錨頭位移變化量小于0.1mm，判定在該級(jí)荷載下，錨頭位移相對(duì)穩(wěn)定，而不是在該級(jí)荷載下錨頭位移變化量。

(3)注2中錨頭位移增量在1h內(nèi)小于0.1mm，是指錨頭位移變化量不滿足注1條，應(yīng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，按第5、10、15、20……60、65min觀測(cè)，比較第65min和5min位移增量是否小于0.1mm，否則繼續(xù)觀測(cè)，比較第70min和10min位移增量是否小于0.1mm，以此類推。

3.4.3 錨桿破壞標(biāo)準(zhǔn)

五本規(guī)范規(guī)定基本相同，主要包括兩方面的內(nèi)容，一是位移變化情況，二是桿體承載力情況，各規(guī)范描述稍有不同，具體描述見(jiàn)(表5)。

表5 各規(guī)范破壞標(biāo)準(zhǔn)

可以看出，只有《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》破壞標(biāo)準(zhǔn)是5倍，其余都是2倍。個(gè)別規(guī)范的描述存在歧義，達(dá)到兩倍和超過(guò)兩倍所表達(dá)的意思易引起混淆。對(duì)于錨頭位移持續(xù)增長(zhǎng)，相應(yīng)的延長(zhǎng)了觀測(cè)時(shí)間，后一級(jí)位移較快的超過(guò)前一級(jí)位移的規(guī)定倍數(shù)，即可終止試驗(yàn)。

3.4.4 錨桿極限承載力取值

單根錨桿極限承載力取值要求基本相同，描述稍有不同，對(duì)于統(tǒng)計(jì)值取值的規(guī)定有所不同，具體見(jiàn)(表6)。

3.4.5 數(shù)據(jù)整理

根據(jù)規(guī)范要求，報(bào)告中應(yīng)提供荷載－位移(Q－S)曲線，荷載－彈性位移(Q－Se)曲線和荷載－塑性位移(Q－Sp)曲線。

每級(jí)荷載作用下彈性位移Se、塑性位移Sp可按下式計(jì)算:

式中F—錨頭荷載;

L—錨頭自由段長(zhǎng)度;

E—錨桿桿體彈性模量;

As—桿體截面積。

式中S—每級(jí)荷載作用下錨頭位移。

表6 各規(guī)范極限承載力取值

3.5 驗(yàn)收試驗(yàn)

3.5.1 最大試驗(yàn)荷載

最大試驗(yàn)荷載各規(guī)范規(guī)定見(jiàn)(表7)。由于驗(yàn)收試驗(yàn)不是破壞性試驗(yàn)，可直接在工程錨桿上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)束后再錨固至設(shè)計(jì)拉力。

表7 各規(guī)范規(guī)定的驗(yàn)收試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載

3.5.2 加荷等級(jí)及觀測(cè)時(shí)間

錨桿五本規(guī)范中驗(yàn)收試驗(yàn)關(guān)于加荷等級(jí)和觀測(cè)時(shí)間各不相同，現(xiàn)就《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 120－2012)支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)的情況加以說(shuō)明。

表8 錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)加荷等級(jí)及觀測(cè)時(shí)間

每加荷等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，測(cè)讀錨頭位移不應(yīng)少于3次，當(dāng)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)錨頭位移增量不大于1.0mm時(shí)，可視為收斂。正常情況下，一根錨桿的驗(yàn)收試驗(yàn)的時(shí)間為85min。

3.5.3 錨桿驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

(1)最大試驗(yàn)荷載作用下，錨頭位移相對(duì)穩(wěn)定;

(2)應(yīng)符合《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 120－2012)第A.2.6條規(guī)定。

第1條:建議可按“從第二級(jí)加載開(kāi)始，后一級(jí)荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨頭位移增量大于前一級(jí)荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨桿位移增量的5倍”執(zhí)行。

第2條:“錨頭總位移量超過(guò)設(shè)計(jì)允許值”要作相關(guān)計(jì)算，很難作為現(xiàn)場(chǎng)判斷標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.4 數(shù)據(jù)整理

根據(jù)規(guī)范要求，報(bào)告中應(yīng)提供荷載－位移(Q－S)曲線。

4 報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告編制可參照基樁靜載試驗(yàn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，應(yīng)包括以下內(nèi)容:

(1)委托方名稱，工程名稱、地點(diǎn)，建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位，檢測(cè)目的、依據(jù)、數(shù)量、日期;

(2)工程概況，地質(zhì)條件描述;

(3)錨桿施工參數(shù)(注漿材料、配合比、注漿壓力、錨桿參數(shù)等);

(4)受檢錨桿的編號(hào)、位置圖和相關(guān)的施工記錄;

(5)檢測(cè)方法，檢測(cè)儀器設(shè)備，檢測(cè)過(guò)程描述;

(6)受檢錨桿的檢測(cè)數(shù)據(jù)、分析曲線、匯總表格;

(7)與檢測(cè)內(nèi)容相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)論。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)五本規(guī)范的深入剖析，指出不同工程及巖土層情況應(yīng)當(dāng)選擇的試驗(yàn)依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。明確的闡述了不同規(guī)范對(duì)試驗(yàn)數(shù)量和試驗(yàn)齡期的不同要求，基本試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)的數(shù)量都要求不少于3根，各規(guī)范對(duì)驗(yàn)收試驗(yàn)要求的數(shù)量略有不同。通過(guò)對(duì)最大試驗(yàn)荷載、加卸載等級(jí)和觀測(cè)時(shí)間的分析，對(duì)試驗(yàn)結(jié)束的條件、各規(guī)范規(guī)定的破壞標(biāo)準(zhǔn)、錨桿承載力的取值作了仔細(xì)分析，其中只有《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》破壞標(biāo)準(zhǔn)是5倍，其余均為2倍。

［1］GB 50007－2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50330－2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］JGJ120－2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］CECS 22:2005，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 巖石錨桿(索)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］GB 50086－2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JGJ106－2014，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］龔曉南.地基處理手冊(cè)(第三版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社2008.

［8］李渝生，蘇道剛.地基工程處理與檢測(cè)技術(shù)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社2010.