復(fù)合筋錨桿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果驗(yàn)證分析

鐘 皓， 張志強(qiáng)

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610031)

1 復(fù)合筋錨桿

在目前的公路邊坡支護(hù)工程施工中，采用錨桿錨固與支擋結(jié)構(gòu)相結(jié)合的邊坡維護(hù)方案在工程中應(yīng)用已經(jīng)很廣泛。一般情況下多采用預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼錨桿，但大量工程實(shí)踐表明，普通鋼筋錨桿破壞或失效的一個(gè)主要原因是錨桿材料因受腐蝕導(dǎo)致強(qiáng)度降低甚至破壞，對(duì)邊坡安全性造成直接影響，而降雨是造成錨桿腐蝕的一個(gè)主要原因。而GFRP錨桿和SFCB錨桿具有耐腐蝕、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于公路的邊坡支護(hù)工程。

對(duì)比國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)及學(xué)者在GFRP錨桿方面的研究，我國(guó)對(duì)GFRP錨桿的研究起步較晚、取得的成果也相對(duì)較少。針對(duì)錨桿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了研究分析：傅洪喜[1]對(duì)灰?guī)r地基中的GFRP錨桿進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，檢測(cè)了GFRP錨桿的應(yīng)力變化，總結(jié)了GFRP錨桿的允許剪應(yīng)力。李國(guó)維等[2]通過(guò)GFRP錨桿加固公路邊坡的實(shí)例，分析了GFRP錨桿邊坡的加固狀況，以此來(lái)體現(xiàn)GFRP錨桿加固邊坡的可行性。薛偉辰[3]對(duì)63個(gè)GFRP錨桿試件進(jìn)行了喇叭試驗(yàn)，得到了得到了GFRP錨桿與多種材料的粘結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了GFRP錨桿具有較高的界面粘結(jié)強(qiáng)度。Vilanova等[4]對(duì)12組GFRP筋粘結(jié)混凝土進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，研究了在90d～130d的持續(xù)荷載下，GFRP筋的時(shí)間-滑移關(guān)系以及粘結(jié)應(yīng)力的分布。劉穎浩等[5]測(cè)試了砂漿強(qiáng)度、錨固長(zhǎng)度和錨桿直徑對(duì)全螺紋GFRP錨桿錨固力的影響程度，改進(jìn)了GFRP錨桿的拉拔試驗(yàn)，得出了GFRP錨桿的錨固承載力設(shè)計(jì)公式。

本文利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，布置GFRP錨桿，對(duì)性能進(jìn)行檢測(cè)。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工況及工程概況

2.1 工程概況

研究區(qū)屬劍川—大理地震帶，地震活動(dòng)頻繁。自1500年以來(lái)，曾發(fā)生6～7級(jí)地震2次，5～6級(jí)地震13次，近年來(lái)小地震活動(dòng)頻繁。1971年以來(lái)大理市地震情況見(jiàn)表 。根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，大理市地震設(shè)防烈度為Ⅷ度區(qū)(圖1)。

圖1 大理市構(gòu)造綱要

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工況

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在K23+917.5～K24+105范圍內(nèi)一級(jí)與二級(jí)邊坡上的4個(gè)“大方格”(2個(gè)急流槽間范圍為一個(gè)“大方格”)中進(jìn)行。其中一個(gè)豎向肋為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)斷面，共計(jì)28個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。一級(jí)和二級(jí)邊坡試驗(yàn)斷面布置見(jiàn)圖2～圖5、表1。

表1 邊坡類(lèi)型

圖2 一級(jí)邊坡試驗(yàn)斷面布置

圖3 二級(jí)邊坡試驗(yàn)斷面布置

圖4 一級(jí)邊坡錨桿(單位:mm)

圖5 二級(jí)邊坡錨桿(單位:mm)

試驗(yàn)方案包括普通(全粘結(jié))GFRP/SFCB錨桿、預(yù)應(yīng)力GFRP錨桿2種邊坡加固方案，同時(shí)，比對(duì)輔助鋼筋(普通及預(yù)應(yīng)力)錨桿斷面實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于錨桿內(nèi)力主要采用鋼筋應(yīng)力計(jì)及光纖光柵2種方式，測(cè)試工況及斷面數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)斷面

3 復(fù)合鋼筋桿現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)斜管監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)近11個(gè)月的監(jiān)測(cè)，測(cè)出了4個(gè)測(cè)斜管各個(gè)部位的全部位移，可以得出4個(gè)測(cè)斜管的最終水平位移圖，由于篇幅原因，只展示1號(hào)測(cè)斜管(圖6)。

圖6 1號(hào)測(cè)斜管最終位移

從圖6中可以看出：

(1)1號(hào)測(cè)斜管的頂部位移為13 mm，最大位移為29 mm，底部位移為3 mm。

(2)最大位移發(fā)生在深度10.5～11 m范圍內(nèi)。

(3)整個(gè)水平位移的變化趨勢(shì)是在11 m之前呈近似線(xiàn)性增大，在11 m后呈近似線(xiàn)性減小。

(4)前次累計(jì)位移和當(dāng)次累計(jì)位移已經(jīng)基本重合，說(shuō)明水平位移已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定。

得到測(cè)斜管位移-時(shí)間變化，由于篇幅原因，只給出測(cè)斜管底部深部位移-時(shí)間變化(圖7)。

圖7 測(cè)斜管底部深部位移-時(shí)間變化

對(duì)綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

(1)在高臺(tái)邊坡的前緣深部位移監(jiān)測(cè)孔處可能存在滑動(dòng)面，滑動(dòng)面的位移緩慢增大，中部變形最大，后部變形相對(duì)較小。

(2)4個(gè)監(jiān)測(cè)孔深部位移累積曲線(xiàn)均呈現(xiàn)下部位移較小、中部位移很大、上部位移較大的形狀，說(shuō)明均是以孔底為不動(dòng)點(diǎn)，在離地面約10m處滑動(dòng)量最大。

(3)水平位移變形量隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷增大，前3個(gè)月變形速度較快，此后變形量逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。

3.2 錨桿軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

由于篇幅原因，只展示一級(jí)邊坡1號(hào)鋼筋錨桿軸力-時(shí)間變化和一級(jí)邊坡1號(hào)GFRP錨桿軸力-時(shí)間變化、二級(jí)邊坡1號(hào)鋼筋錨桿軸力-時(shí)間變化和二級(jí)邊坡1號(hào)GFRP錨桿軸力-時(shí)間變化(圖8～圖11)。

圖8 一級(jí)邊坡1號(hào)鋼筋錨桿軸力-時(shí)間變化

圖9 一級(jí)邊坡1號(hào)GFRP錨桿軸力-時(shí)間變化

圖10 二級(jí)邊坡1號(hào)鋼筋錨桿軸力-時(shí)間變化

圖11 二級(jí)邊坡1號(hào)GFRP錨桿軸力-時(shí)間變化

綜合上圖，得到結(jié)論：

(1)所有錨桿的軸力均是隨時(shí)間增大，而后增大速度逐漸減小，最后穩(wěn)定。從圖中可以看出，在安裝錨桿后的4個(gè)月左右，錨桿軸力達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明邊坡的滑移也逐漸穩(wěn)定，這與支護(hù)接觸壓力和深部位移的數(shù)據(jù)變化相對(duì)應(yīng)。

(2)從二級(jí)邊坡的軸力變化圖可以看出，一號(hào)測(cè)點(diǎn)和四號(hào)測(cè)點(diǎn)的軸力較小，而二號(hào)測(cè)點(diǎn)和三號(hào)測(cè)點(diǎn)的軸力較大，說(shuō)明軸力接近端部較小，中間部位較大。

(3)對(duì)比鋼筋錨桿和GFRP錨桿的最大軸力，可以看出，鋼筋錨桿的最大軸力要比GFRP錨桿的最大軸力大10～20 kN。

(4)對(duì)比一級(jí)邊坡和二級(jí)邊坡的最大軸力可以看出，二級(jí)邊坡的錨桿最大軸力要比一級(jí)邊坡的錨桿最大軸力大10 kN左右。

3.3 錨桿端部力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

由于篇幅原因，只給出一級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力鋼筋錨桿端部力-時(shí)間變化(圖12)。

圖12 一級(jí)邊坡預(yù)應(yīng)力鋼筋錨桿端部力-時(shí)間變化

綜合上圖，得到結(jié)論：

(1)從各圖的時(shí)間變化趨勢(shì)可以看出，端部力均是隨著時(shí)間增長(zhǎng)而減小，最后達(dá)到穩(wěn)定，其變化趨勢(shì)與錨桿軸力的變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明邊坡在2013年4月左右達(dá)到了穩(wěn)定，導(dǎo)致各項(xiàng)參數(shù)都達(dá)到一個(gè)恒定值。

(2)對(duì)比鋼筋錨桿、GFRP錨桿、SFCB錨桿的端部力可以看出，初始端部力的大小都很接近，最終端部力鋼筋錨桿最大，GFRP錨桿次之，SFCB錨桿最小，說(shuō)明鋼筋錨桿的剛度最大，GFRP錨桿剛度次之，SFCB錨桿剛度最小。

(3)對(duì)比預(yù)應(yīng)力錨桿和非預(yù)應(yīng)力錨桿可以看出，預(yù)應(yīng)力錨桿的端部力要比非預(yù)應(yīng)力錨桿大得多，這是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力錨桿初始所施加的預(yù)應(yīng)力為100 MPa，造成總的端部力也要大100 MPa左右。

(4)對(duì)比一級(jí)邊坡錨桿和二級(jí)邊坡錨桿的端部力數(shù)據(jù)可以看出，二級(jí)邊坡的最終端部力要比一級(jí)邊坡稍大，說(shuō)明二級(jí)邊坡的滑移變形要比一級(jí)邊坡大。

4 結(jié)論

4.1 深部位移測(cè)試結(jié)果

深部位移變形量前3個(gè)月變形速度較快，此后變形量逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定；4個(gè)監(jiān)測(cè)孔的深部位移累計(jì)位移都相對(duì)較小，合位移變化趨勢(shì)與順坡向變化趨勢(shì)相似；4個(gè)監(jiān)測(cè)孔的深部位移累積曲線(xiàn)均呈現(xiàn)下部位移較小、中部位移最大的趨勢(shì)，說(shuō)明均是以孔底為不動(dòng)點(diǎn)，在離地面約10 m處滑動(dòng)量最大。

4.2 錨桿軸力測(cè)試結(jié)果

錨桿的軸力均是隨時(shí)間增大，而后增大速度逐漸減小，最后穩(wěn)定；對(duì)比鋼筋錨桿和GFRP錨桿的最大軸力可以看出，鋼筋錨桿的最大軸力要比GFRP錨桿的最大軸力大10～20 kN。

4.3 錨桿端部力測(cè)試結(jié)果

錨桿端部力的增長(zhǎng)速度隨時(shí)間逐漸減小；各類(lèi)錨桿初始端部力的大小都很接近，但最終端部力鋼筋錨桿最大，GFRP錨桿次之，SFCB錨桿最小。