隧道錨桿拉拔試驗測試方法的改進與研究

■鄧 超 吳 瓊 鄭衛華

(江西交通職業技術學院，南昌 330013）

隧道錨桿拉拔試驗測試方法的改進與研究

■鄧 超 吳 瓊 鄭衛華

(江西交通職業技術學院，南昌 330013）

現有的錨桿(索）拉拔試驗，若錨桿(索）預留量過短，就不具備試驗條件，無法進行錨桿拉拔的試驗檢測。錨桿(索）拉拔儀很好地解決了預留過短或者無預留錨桿(索）的拉拔試驗檢測，因其檢測方便、成本低、效果明顯，能很好監控錨桿(索）施工質量，解決隧道施工中偷工減料、施工質量較差的問題，具有一定的推廣應用價值。

錨桿拉拔 試驗檢測 錨桿(索）拉拔儀 施工質量

1 引言

錨固技術由于其自身性能穩定，利用錨桿或者錨索對圍巖進行加固，具備施工迅速、施工簡單、性能安全可靠、施工費用低、對圍巖擾動小的突出特點，而非常廣泛的應用在巖土工程、礦山工程、鐵路隧道、公路隧道、地下結構洞室、公路邊坡、深基坑支護等各個領域圍巖加固的施工中。錨固的支護形式具體體現在錨噴網、錨噴、錨桿等支護形式上。其加固原理就是通過在土層中斜向成孔，將錨桿埋入孔中后灌注水泥或者水泥砂漿，通過錨桿與錨固體的握裹力、錨固體與圍巖之間的摩擦力以及錨桿強度共同作用來承擔作用在支護結構上的各種荷載。

當前提高巖土工程穩定性能、解決復雜巖土工程問題首選錨桿支護，同時錨桿支護也是最有效、施工最簡便、施工費用最低的加固方式。在錨固工程中，雖說錨桿支護具備大量的優點，但是他還存在一些缺點。錨固系統會受到巖土工程條件、錨桿結構設計、錨桿與圍巖體系的相互作用、施工以及專業技術水平和經驗等關聯因素的影響而具有復雜性；除此之外錨桿由于深埋在圍巖中，其具有高度的隱蔽性，對于監理單位和檢測單位很難發現其施工質量問題，一旦出現事故很難處理。在錨桿施工中如何確保錨桿施工的質量，如何提高錨桿的錨固效果是首要解決的問題。在施工監控中，我們一般通過原材料的質量檢測以及施工后的錨固質量檢測來反映和評價錨桿錨固效果。

由此，錨桿錨固的質量檢測是整個錨固過程中不可缺少的環節。當前最常用的評價方法是通過錨桿拉拔試驗來檢測錨桿錨固的質量。

2 傳統隧道錨桿拉拔試驗方法

錨桿拉拔試驗是一種傳統的錨桿質量檢測方法，它的實驗原理是通過液壓千斤頂對錨桿施加拉拔力直到達到錨桿設計要求或將錨桿拉拔松動為止，即宣告試驗終止。其試驗步驟如下：進行錨桿拉拔試驗時，首先將液壓千斤頂放在托板和螺母之間，擰緊螺母，并施加一定的預加應力；其次采用手動或者電動對液壓泵加壓，同時記錄千斤頂上的液壓表和位移計上對應的讀數；當液壓表或者位移讀數達到預定值時或者當液壓表讀數下降而位移計讀數增大時，停止加壓；最后，通過測試整理出錨桿的位移荷載曲線，從而分析錨桿的受力狀況和錨固質量。錨桿拉拔試驗時錨桿性能的全面試驗，目的是確定錨桿的極限承載力和錨桿參數的合理性，為錨桿的設計施工提供依據。

在錨桿現場拉拔試驗中，一般抽查錨桿數量不得少于錨桿總數的5%，且不得少于3根。對于永久性錨桿，在拉拔試驗時拉拔的最大試驗荷載應取錨桿軸向拉力設計值的1.5倍；對于臨時性錨桿，在拉拔試驗時的最大試驗荷載應取錨桿軸向拉力設計值的1.2倍。在試驗過程中，采用千斤頂分級加載，剛開始施加的初始荷載宜取錨桿軸向拉力設計值的0.1倍，后續分級加載值取錨桿軸向拉力設計值的 0.5、0.75、1.0、1.2、1.33 和 1.5 倍。 每級荷載均應穩定5～10min，并用位移計記錄位移增量。最后一級試驗荷載應維持10min。待位移穩定后即卸載，最后繪制荷載位移曲線，即P-S曲線。

3 傳統隧道錨桿拉拔試驗在實際應用中存在的問題

現有的錨桿拉拔試驗，一般是隨機性地對所要求的錨桿進行抽樣檢測，要求被試驗錨桿預留一定的長度(約30cm）以保證拉拔試驗的實施。若預留量過短，就不具備試驗條件，無法進行錨桿拉拔的試驗檢測。當前錨桿施工過程中，為方便錨桿拉拔試驗，將部分錨桿預留30cm的長度，而很多施工單位僅將預留長度符合拉拔試驗的錨桿嚴格按要求施工，檢測過程中隨機抽取這些預留長度符合試驗條件的錨桿的概率非常大。這樣的檢測結果雖然合格，但是不具備代表性。而未預留長度的錨桿由于不具備拉拔試驗條件，使拉拔試驗無法實施，在施工過程中就有可能存在偷工減料、施工質量較差的情況，從而嚴重影響圍巖和邊坡加固的質量。

4 改進后隧道錨桿拉拔試驗

4.1 錨桿(索）拉拔儀拉拔試驗的優點

為了解決現有錨桿拉拔方法的不足，優化拉拔試驗中，對預留較短(甚至無預留長度）的錨桿也能進行試驗檢測。錨桿(索）拉拔儀，可以解決在錨桿預留長度不足的情況下仍對錨桿進行拉拔試驗，從而更好地控制工程質量。

錨桿(索）拉拔儀解決其技術問題所采用的方法是：將若干個帶螺桿式調整頂盤的千斤頂和特制錐形錨具，剛性固定聯接，具有同步頂升功能的錨桿拉拔儀。特制錐形錨具固定在拉拔儀前端，并突出于由千斤頂調整頂盤。測試時，先將錐形錨具中心與待測試錨桿軸線對準，再安裝夾片，然后調節同步千斤頂的螺桿式調整頂盤，使每個千斤頂都牢靠支撐在圍巖或其它堅固基礎上，連接千斤頂與油壓泵之間的油管，啟動油壓泵頂升千斤頂，使錐形錨具將待測試錨桿夾緊，繼續加壓，即可通過油壓表顯示，直至拉拔到設計拉拔量，拉拔完成，松開截止閥。

由于拉拔過程中，需對被測錨桿的伸長量進行量測，該實用新型也設計了配套的位移量測裝置。即在圍巖上鉆孔打入膨脹螺絲，再將配套位移量測裝置安裝在膨脹螺絲上，然后安裝量測位移的位移計，使其頂在被測錨桿的外露端頭。在同步頂升檢測拉拔力的同時，可量測出拉拔過程中的錨桿的伸長量。

錨桿(索）拉拔儀的有益效果是：能夠很好的解決傳統錨桿拉拔方法上，對錨桿預留不足，導致錨桿無法隨機抽檢，導致偷工減料而導致的施工質量事故。

4.2 錨桿(索）拉拔儀拉拔試驗的具體實施方式

錨桿(索）拉拔儀拉拔試驗的具體實施方式如下圖1～3所示：

圖1 錨桿錨索拉拔儀構造圖

圖2 錨桿錨索拉拔儀工作時構造圖

圖3 錨桿錨索拉拔儀橫斷面構造圖

其中：1、錐形錨具，2、同步千斤頂，3、輸油管，4、液壓分配閥，5、油壓表，6、油壓泵，7、膨脹螺絲，8、固定螺絲，9、水平支架，10、定位支架，11、位移計，12、調平螺絲，13、測試錨桿(索），14、夾片，15、錨具連接板，16、加強剛性聯接板， 17、拉拔口，18、截止閥。

具體實施方式：

在圖1中，將若干個同規格的千斤頂，通過剛性固定連接組成一個連體同步千斤頂2，錐形錨具1通過錨具連接板15與同步千斤頂2相連接。特制錐形錨具1固定在拉拔儀前端，并突出于由同步千斤頂2調整頂盤。同步千斤頂2分別通過輸油管3連接到液壓分配閥4，油壓泵6上安裝有油壓表5，通過油壓表5顯示，油壓泵6時刻控制油壓情況進行有效的拉拔試驗。

在圖2所示實例中，工作時，先將突出于由千斤頂調整頂盤的錐形錨具1中心與待測試錨桿 (索）13軸線對準，再安裝夾片14，然后調節同步千斤頂2的螺桿式調整頂盤，使每個千斤頂都牢靠支撐在圍巖或其它堅固基礎上，連接同步千斤頂2與油壓泵6之間的輸油管3，啟動油壓泵6頂升同步千斤頂2，使錐形錨具1將待測試錨桿(索）13夾緊因檢測時需對被測試錨桿(索）13的伸長量進行量測，可在待測試錨桿(索）13的周邊，安裝2個膨脹螺絲7，使2個膨脹螺絲和被測錨桿(索），在同一直線上。然后將水平支架9套入膨脹螺絲7露出圍巖的一端，旋轉固定螺絲8固定。安裝定位支架10在水平支架9上面，通過調平螺絲12固定試驗位置。位移計11頂部與測試錨桿(索）13接觸，尾部穿過定位支架(10），用調平螺絲12固定。繼續加壓，即可通過油壓表5顯示，直至拉拔到設計拉拔量，觀察位移計11記錄測試錨桿(索）13的伸長量數據。拉拔完成，松開截止閥18。

圖3為錨桿錨索拉拔儀的橫斷面圖，由若干個同規格的千斤頂組成的同步千斤頂2，每個單獨的千斤頂之間由加強剛性聯接板16連接，形成一個固定結構。若干個同步千斤頂2分別通過錨具連接板15與錐形錨具1連接。油壓泵6控制同步千斤頂2，故可以輕松實現對測試錨桿(索）13安全、快捷的拉拔。

5 結論與展望

錨桿(索）拉拔儀具有操作簡單、方法合理的特點，優化了錨桿(索）拉拔試驗方法，能較好地解決工程上的技術難題，且具有較好的工程運用適用性。能夠在各種情況下對錨桿(索）進行質量檢測，更好地獲取正確、完整的監測數據，達到對工程質量進行有效監測的目的，從而為設計與施工提供更可靠的質量保障，最終達到設計要求的標準，更有效地控制工程質量與進度。因此，錨桿(索）拉拔儀在工程實際中具有較好的推廣運用前景。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部,GB 50007-2011,建筑地基基礎設計規范.2011.

[2]陳弦；錨桿拉拔荷載傳遞機理及試驗研究[D].西安科技大學；2010.

[3]鄭衛華，鄧超.錨桿拉拔墊板.實用新型專利.專利號：ZL2013 2 0405258.0.

[4]鄭衛華，張春曉，鄧超，吳瓊.錨桿錨索拉拔儀.實用新型專利,專利號：ZL2015 2 0319871.X.

江西省教育廳科學技術研究重點項目(GJJ151418）