基于注漿工藝的邊坡巖體與錨固體間粘結強度試驗對比分析

林?！￡I陳燕　陳善良

摘 要：依托我國南部沿海地區的某大型錨桿試驗場地，基于不同的注漿工藝，通過試驗數據分析與對比，得出，一、二次注漿型錨桿這2種工況下的極限粘結強度情況，并與國家規范給出的建議值進行對比分析。結果表明：在同樣的地層與錨固長度條件下，二次注漿工藝下的錨桿極限抗拔力約為一次注漿工藝時的1.1～1.3倍。當錨固長度逐漸變大時，極限抗拔力表現為非線性變大趨勢，超過一定值后，一次注漿工藝的極限抗拔力緩慢增大；而二次注漿錨桿的極限抗拔力仍大幅提高。在呈硬塑狀的殘積砂質粘性土地層條件下，不管是一次注漿工藝還是二次注漿工藝，其相應錨桿的極限粘結強度標準值均遠大于規范值。

關鍵詞：注漿錨桿；錨固體；粘結強度；試驗分析

中圖分類號：TQ492；TU442文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）06-0034-04

Experimental analysis of bond strength between slope rock mass and anchorage based on grouting technology

LIN Fu，QUE Chenyan，CHEN Shanliang

（Fujian Geotechnical Engineering Richa Research Institute Co.，Ltd.，Fuzhou 350108，China）

Abstract：Relying on a large-scale bolt test site in the southern coastal area of China，based on different grouting processes，through the analysis and comparison of test data，the ultimate bond strength of primary grouting bolt and secondary grouting bolt under these two working conditions is summarized，and compared with the recommended value given by the national code.The results show that under the same stratum and anchorage length，the ultimate pullout force of anchor bolt under the secondary grouting process is about 1.1～1.3 times? of that under the primary grouting process.When the anchorage length increases gradually，the ultimate pull-out force shows a nonlinear trend.When it exceeds a certain value，the ultimate pull-out force of the primary grouting process increases slowly，while the ultimate pull-out force of the secondary grouting bolt still increases greatly.Under the condition of hard plastic residual sandy cohesive soil layer，whether it is primary grouting process or secondary grouting process，the standard value of the ultimate bond strength of the corresponding anchor rod is far greater than the standard value.

Key words：grouting bolt;anchor solid;bond strength;experimental analysis

在實踐中，當錨桿所受拉力大于抗拉強度時，錨索將會發生破壞。錨索的破壞方式一般表現為鋼絞線斷裂或從錨固體中被拔出，另外也可能表現為錨固體整體沿錨孔巖壁滑移。發生前兩種破壞時，可采取室內試驗以及理論計算等措施，實現對錨索構造的合理設計。而錨固體整體滑移時，起決定作用的是錨固體與巖土層的粘結強度，國內外專家學者對此均進行了較為深入的研究。

針對錨固體與巖土層之間的粘結強度值問題，認為可通過巖石強度等級獲得相應的建議值［1］。為合理確定錨固體與巖土層之間的粘結強度值，結合結構面參數以及巖石強度等條件，得到了相應的計算公式［2-3］。依托我國西南某高速公路強-中風化花崗巖的高邊坡防護案例，通過實際試驗的方法確定了防護錨索的極限承載力，得到了相應土層中的錨索破壞形式［4］。基于預應力錨索支護坡面情況，通過設置試驗孔獲得了錨固體與土層間的極限粘結強度［5］。則為研究確定巖石錨桿的P-S曲線，嘗試將指數與雙曲線2種擬合模型進行了對比分析［6］。在GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》中，認為涉及新工藝與新材料的錨索工程，或缺乏錨固案例的巖土條件工程以及一級邊坡項目，粘結強度值應經由現場錨固試驗進行確定［7］。

由此可知，目前針對巖土層與錨固體之間極限粘結強度的相關研究，大多集中在巖石強度、結構面特征以及錨固體強度等方向，而關于不同注漿工藝對極限粘結強度的影響研究則相對較少。

1 試驗概況

某大型錨桿試驗場地位于我國南部沿海地區，場地內錨桿長度范圍的地層類型較為單一，現場勘探均顯示為殘積砂質粘性土［8］。經勘查，場地地層粘性土一般為稍濕-濕狀態，呈硬塑，在深度方向分布均勻，無突變，天然重度為18 kN/m3，常規經花崗巖殘積形成，標準貫入試驗為22擊。粘性土的內摩擦角為28°，粘聚力為25 kPa。在該試驗場中，錨桿孔徑為18 cm，錨桿大多由1 860 MPa級別的6根鋼絞線繞制而成，其直徑為15.2 mm。注漿時采用0.5水灰比的普通水泥漿。

本次試驗擬進行2種類別的注漿工藝對比分析，分別為一次注漿錨桿（S型）及二次注漿錨桿（D型），各自選取16根試驗錨桿，每種類型按錨固長度9、12、15、18 m均分為4組，每組4根，編號為1～4，如編號“S9-1”，表示該錨桿為一次注漿型，是錨固長度為9 m組中的第1個試樣。錨桿采取多循環加卸載試驗法開展，直至發生破壞［9］。本次試驗中的所有錨桿最后均為拔出破壞。試驗采取高精度自動控制體系實施加卸載，試驗過程中的錨固體變形則以分布式光纖測得［10］。

2 錨桿極限抗拔力試驗數據對比分析

2.1 試驗數據

對試驗錨桿實施多循環加卸載，一般循環7次左右。初始荷載設置為最大載荷（Fmax）的10%以及50 kN二者中的較小值，分級載荷依次取為Fmax的30%、50%、60%、70%、80%、90%與100%。達到最大施加載荷值后，若錨桿仍未發生破壞，則繼續施加載荷直至破壞，分級加載大小為Fmax的5%。

對于試驗過程中的錨桿極限抗拔力狀態，我國標準中存在不同的推定方法，一般有如下幾種方式：（1）是錨頭應變劇增，超出了規定范圍；（2）是錨頭應變不收斂，被拔出；（3）是錨頭應變突然改變，其值在破壞前后存在一定的倍數差；（4）是錨頭蠕變緩慢，1 h內小于2 mm。在本次錨桿試驗中，擬采取第2種推定方法，即錨頭應變不收斂時，將極限抗拔力取為錨頭被拔出時的相應荷載值，此時錨固體從巖土層中被拔出［11-12］。如表1所示，分別為一次注漿和二次注漿工藝下的錨桿極限抗拔力值。

2.2 數據分析

對于本次試驗中基于一次注漿和二次注漿工況下的錨固體與巖土層極限抗拔力，為更準確地研究其與錨固長度之間的函數關系，將試驗錨桿中不同工藝條件、相同錨固長度的試驗數據進行對比分析，具體如圖1所示。

從圖1可知，（1）在同樣的錨固長度條件下，相比一次注漿，錨桿采取二次注漿工藝時一般可獲得更大的極限抗拔力。當錨固長度區間為9～18 m時，極限抗拔力一般與錨固長度呈正相關；但也有部分錨桿在達到一定的極限抗拔力值后，錨固長度繼續增加時，其值基本保持穩定，如圖1（b）所示。（2）隨著錨固長度的不斷增加，極限抗拔力表現為非線性變大趨勢。當錨固長度大于15 m時，一次注漿錨桿的抗拔力緩慢增大，部分則保持平穩趨勢。而二次注漿錨桿的極限抗拔力仍增長較快，且圖1（a）、（c）、（d）中的增長速率明顯大于前幾種錨固長度，表明二次注漿能較大程度上提升極限抗拔力[13-14]。

針對上述數據規律，經分析認為可能原因如下：一是注漿工藝采取僅一次成型時，實際中的錨桿錨固體可能受注漿質量影響未能完全達到理論長度，因此錨固體長度比設計值偏低，由此導致錨桿的極限抗拔力不滿足設計要求；二是二次注漿時大多為高壓注漿，其主要是在一次注漿液體凝固形成一定強度后再展開注漿，不僅能彌補一次注漿所存在的缺陷，而且能使高壓漿液向周圍土層深處不斷滲透，從而使土層形成水泥鑲嵌體，更有利于錨固體與土層之間緊密結合，無形中也相當于增大了有效的錨固段區域，最終提高了錨固體與巖土層之間的極限粘結強度[15-16]。

3 粘結強度對比分析

假設錨桿抗拔力取為P，D為錨桿錨固段直徑，錨固段長度為L，錨固體與巖土層之間的粘結強度為Fn，則錨桿抗拔力P=πDLFn。在工程實踐中，錨固段直徑與長度一般為設定值，則對于現場的錨桿極限抗拔力，其值主要取決于粘結強度Fn[17-18]。本次大型錨桿試驗場地的土層性質穩定，經勘探均為呈硬塑態的殘積砂質粘性土（錨桿涉及范圍內）。根據表1中各錨桿的極限抗拔力，并將相應參數代入所述的錨桿抗拔力計算公式中，可分別得到不同注漿工藝條件下的錨桿錨固體與巖土體之間的粘結強度值如表2所示，進一步將粘結強度數值做成分布圖，如圖2所示。

對不同注漿工藝條件下，錨桿錨固體與巖土體之間的粘結強度數據進行計算可知，對于本次試驗場地的錨桿錨固體與巖土層之間粘結強度，采取一次注漿工藝時，平均值為104.39 kPa，標準差為23.98 kPa，變異次數0.22；采取二次注漿工藝時，平均值為122.215 kPa，標準差為16.30 kPa，變異次數0.14。根據《巖土工程勘察規范》中的相應計算式（1）、式（2），可得不同注漿工藝條件下的錨桿統計修正系數（γs）與極限粘結強度標準值（φk）。其中，一次、二次注漿工藝條件下的γs值分別為0.898 8、0.942 1，極限粘結強度標準值φk分別為94、115 kPa。

在《建筑基坑支護技術規程》中，對于液限指數大于0但不超過0.25的粘性土而言，規定了相應的錨桿極限粘結強度數據參考區間，采取一次注漿工藝時，標準值為65～73 kPa；采取二次注漿工藝時，標準值為85～100 kPa。基于此，由不同注漿工藝條件下的粘結強度數據分析，可得到如下幾點規律：

（1）對于本次試驗長度區間為9～18 m的錨桿而言，采取一次、二次注漿工藝時，獲得的錨固體與巖土層極限粘結強度值分別為90～110、115～135 kPa。其中，相較于一次注漿工藝，4種不同長度錨固段采取二次注漿后的粘結強度值分別提升了17%、17%、10%和26%左右；

（2）相較于一次注漿工藝，二次注漿工藝的極限粘結強度為前者的1.1～1.3倍。經統計數據修正后，本次試驗場地的實際標準比值約為1.2；

（3）在粘性土地層條件下，不管是一次注漿工藝還是二次注漿工藝，其相應錨桿的極限粘結強度標準值均遠大于規范值。其中，一次注漿工藝為規范值的1.36倍，二次注漿工藝為規范值的1.24倍；

（4）在采取二次注漿工藝后的極限粘結強度增幅方面，本次試驗的增幅小于相應規范值[19]。

4 結語

（1）在同樣的地層與錨固長度條件下，二次注漿工藝下的錨桿極限抗拔力約為一次注漿工藝時的1.1～1.3倍。當錨固長度為9～18 m時，極限抗拔力一般與錨固長度呈正相關。但也有部分錨桿在達到一定的極限抗拔力值后，錨固長度繼續增加時，其值基本保持穩定；

（2）極限抗拔力隨錨固長度表現為非線性增加。當錨固長度超過一定值后，一次注漿工藝的極限抗拔力緩慢增大，部分則保持平穩趨勢。而二次注漿工藝的極限抗拔力仍增大較快；

（3）在本次大型試驗場地的殘積砂質粘性土中，采取一次、二次注漿工藝時，獲得的錨固體與巖土層極限粘結強度值分別為90～110 kPa和115～135 kPa；

（4）在粘性土地層條件下，不管是一次注漿工藝還是二次注漿工藝，其相應錨桿的極限粘結強度標準值均遠大于規范值。

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收稿日期：2022-04-19；修回日期：2023-04-10

作者簡介：林 福（1988-），男，本科，研究方向：巖土工程;E-mail：1370776832@qq.com。

引文格式：林 福，闕陳燕，陳善良.基于注漿工藝的邊坡巖體與錨固體間粘結強度試驗對比分析[J].粘接，2023，50（6）：34-37.