土釘與錨桿抗拔承載力試驗的探索與研究

徐曉濱，劉少情，郭呼勝

（呼和浩特市四方工程質量檢測試驗有限公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

近幾年來，我國城市化進入了一個新的發展時期，作為城市化產物之一高層建筑越來越多，高度越來越高，相應基坑越來越深，而許多高層建筑物又是在密集的建筑群中施工，由于場地狹窄，深基坑不可能放坡開挖，必須支護，并且基坑臨近常有必須保護的永久性建筑及市政公用設施，對基坑穩定安全的控制要求很高。因此建設單位、施工單位對基坑支護的檢測越來越重視。

1 工程實例

1.1 項目概況

對恒大城項目地塊 1-1 地庫基坑邊坡支護工程錨桿進行檢測。恒大城項目地塊 1-1 地庫基坑邊坡支護工程建筑場地位于呼和浩特市新城區成吉思汗大街與展東路交匯處一家村，建筑基坑支護結構安全等級除 6-6 剖面為三級，其余剖面為一級（見圖 1）。

圖1 恒大城項目基坑邊坡支護工程

2 基本要求

土釘支護形式主要適用于基坑側壁不具備放坡條件，地下水位較低，基坑外有置入土釘的空間，土層為黏性土、粉土等具有一定自持能力的土層，一般基坑安全等級為二級或三級基坑。而錨桿結構由錨頭、拉桿和錨固體三部分組成，其桿件一端與支護結構構件連接，另一端必須錨固在穩定巖土體中，由于是主動受力構件，長度又比土釘長得多，其支護能力比土釘大，多用于深基坑工程，一般基坑安全等級為一級或二級基坑。

2.1 荷載計算

本次試驗做了 78 根錨桿的抗拔承載力驗收試驗，錨桿所在的基坑安全等級為一級，試驗采用錨桿拉拔儀加載裝置，單循環加載法，荷載采用聯于加壓泵上的測力計測讀拉力，錨桿位移量由位移表測定。最大荷載值取軸向拉力標準值的 1.4 倍（見表 1）。

表1 單循環加載試驗的加載分級與錨頭位移觀測時間

2.2 相關要求

錨桿抗拔承載力檢測試驗，其錨頭位移測讀和加、卸載應符合下列規定［1］。

1）初始荷載下，應測讀錨頭位移基準值 3 次，當每間隔 5 min 的讀數相同時，方可作為錨頭位移基準值。

2）每級加、卸載穩定后，在觀測時間內測讀錨頭位移不應少于 3 次。

3）當觀測時間內錨頭位移增量≤1.0 mm 時，可視為位移收斂；否則，觀測時間應延長至 60 min，并應每隔 10 min 測讀錨頭位移 1 次。

4）當該土釘位內移增量＞2.0 mm 時，可視為錨頭位移收斂，否則視為不收斂。

5）錨桿試驗中遇到下列情況之一時，應終止繼續加載。

①從第二級加載開始，后一級荷載產生的單位荷載下的錨頭位移增量大于前一級荷載產生的單位荷載下的錨頭位移增量的 5 倍。②錨頭位移不收斂。③錨頭桿體破壞。

2.3 數據分析

本次所檢的 78 根錨桿加載到軸向拉力設計值的 1.4 倍，在各級抗拔承載力檢測值下錨桿位移收斂，且測得錨桿自由段的彈性位移量大于桿體自由段長度理論彈性伸長量的 80 %，所檢項目均符合標準要求。本文給出了 4 根具有代表性的錨桿試驗參數（見表 2），并根據試驗過程中采集的荷載與位移的數據繪制了對應 4 根錨桿的荷載-位移（Q-s）曲線圖，如圖 2 所示。

圖2 錨桿荷載-位移（Q-s）曲線圖

3 檢測設備改進和開發

3.1 試驗設備改進

在試驗過程中將現有的檢測設備進行了改進和開發，并制作了一種便于試驗的位移傳感器固定支架（見圖 3）。

3.2 檢測工具開發的目的

通常在工地現場做錨桿和土釘的抗拔承載力檢測試驗時，每個構件必須設置一個基準梁，基準梁需要固定在護坡靠近錨桿的位置，一般采取的方式是在護坡上打膨脹螺絲，用膨脹螺絲固定基準梁，對于位置較高的試驗部位實際操作的時候難度較大，耗時耗力（見圖 4），且土釘錨桿在護坡上的分布位置高低不均，施工過程中噴射混凝土面平整度沒有一定的保證，且表面強度不均勻，抗拔試驗時混凝土表面沉降不均勻，影響基準梁的穩定，這給試驗時位移傳感器基準梁的設置帶來了技術難點。

圖4 未改進設備前錨桿抗拔承載力現場試驗

為了切實解決工作實際中所遇到的困難，故而向著結構簡單，適應性強，設置在護坡下不受試驗力的影響且可以隨意調整傳感器高度及角度的工具方向研究發展，筆者單位自制的位移傳感器支架解決了傳統基準梁放置困難，耗時的問題，取代了傳統基準梁的設置方式，適應各種復雜的基坑、邊坡、支護環境，大大提高了工作效率，提高試驗精度，降低勞動強度，節省人工；同時該裝置具有結構簡單，取材便利，制作容易，可操作性強、適用性強等特點（見圖 5）。

圖5 設備改進后錨桿抗拔承載力現場試驗

3.3 檢測工具的使用

錨桿抗拔承載力試驗的位移傳感器支架，組成如圖 3 所示。

底座安裝有帶腳剎的萬向輪，方便在工地上移動該裝置；底座上分別鉸接有定位桿、角度調節桿，角度調節桿上開設有沿其長度方向設置的導向槽，導向槽上設有快卸螺栓套件，角度調節桿通過快卸螺栓套件與定位桿固定連接，在導向槽的配合作用下，通過調節定位桿與角度調節桿之間的孔位和角度，使得磁力表座上的位移傳感器與錨桿的頂部接觸。

本試驗對錨桿加荷時，加荷方向必須始終平行錨桿在土層中的延伸方向，由于加荷時錨桿的端部會進行不定向的偏移，這會導致位移傳感器頂針脫離錨桿末端造成試驗失敗。本裝置配套做了一個固定在錨桿末端供位移傳感器頂針平移的鋼片平臺（見圖 6），本裝置中的位移傳感器的固定方式，適應了各種復雜的基坑、邊坡、支護環境，大大提高工作效率。

圖6 設備改進后錨桿抗拔承載力現場試驗局部細節

3.4 開發過程

該檢測工程的開發項目由筆者單位承擔，項目啟動前進行了充分的調研工作，2019 年 4 月項目開始實施，項目組按照科技計劃任務的規定，對項目的總體技術方案、處理工藝、各處理單元關鍵技術、開展了深入具體的研究，并通過不斷的現場試驗研究確定最佳改進方案。到 2020 年 12 月，項目組如期完成了項目任務規定的預期效果，項目的總體執行如下。

1）2019 年 4 月，成立項目組，制定研究方案，設計目標等活動。

2）2019 年 4 月～2019 年 5 月，結合相關標準規范要求與一線檢測人員反饋檢測裝置設計問題，并完成裝置設計初稿。

3）2019 年 6 月～2019 年 8 月，開展裝置可行性論證工作，聽取各方意見，優化裝置設計，制備初代試驗工具。

4）2019 年 9 月～2020 年 9 月，用初代試驗工具進行大量的試驗驗證工作，通過反復調試修整，并最終達到使用要求。

5）2020 年 11 月～2020 年 12 月，整理相關資料文本，進行成果鑒定，完成結題驗收，進入試驗正常使用、統計分析、持續改進階段。

3.5 成果及應用推廣

2020 年 12 月該試驗工具投入運行試用，經過調試改進，目前試用情況良好，試驗過程中新工具的使用極大地提高了工作效率，同時也節省了人工，充分釋放了一線檢測人員的勞動力。筆者單位正在申請專利，準備將該工具進行進一步推廣，為檢測行業做貢獻，用創新力推動檢測技術的進一步發展。

4 結語

邊坡支護工程中的錨桿和土釘抗拉承載力試驗，在邊坡工程中是一項非常重要的試驗，它的結果數據參建各方都比較重視，由于筆者理解、實踐能力的局限，本文仍有很多不足之處，以上提供的試驗方法及數據分析、儀器設備的改進，僅供讀者參考，以求共同進步。Q