黏性土層中拉力型錨桿抗拔力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

劉小斌 喬麗平 李韻迪

1. 深圳市建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站 廣東 深圳 518030；2. 深圳市龍崗地質(zhì)勘查局 廣東 深圳 518172；3. 深圳市巖土綜合勘察設(shè)計(jì)有限公司 廣東 深圳 518172

注漿錨桿在邊坡工程、基坑工程、隧道加固、水電站大壩等巖土工程領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。注漿錨桿錨固體與巖土體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度是錨桿發(fā)揮其力學(xué)性能的關(guān)鍵?；诓煌淖{工藝，工程中最為常見(jiàn)的為一次注漿型錨桿（直筒型重力灌漿型錨桿）和二次注漿型錨桿（后高壓灌漿型錨桿）。目前，針對(duì)兩種錨桿錨固體與巖土體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度，各種規(guī)范給出的建議值變化范圍較大，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原型試驗(yàn)，重點(diǎn)分析探討了注漿錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度[1-7]。

1 試驗(yàn)概況

深圳坪山錨桿大型綜合試驗(yàn)項(xiàng)目是《深圳市錨桿試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》編制組主導(dǎo)的一項(xiàng)以采用多種方法測(cè)試巖土錨桿（索）力學(xué)特性、長(zhǎng)度為主要目的的大型綜合型試驗(yàn)，試驗(yàn)錨桿有全黏結(jié)型、拉力型、壓力分散型等9種（共計(jì)約180根），獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)約400余組。本文主要以其中一次注漿型錨桿（B型）和二次注漿型錨桿（C型）試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。試驗(yàn)采用分布式光纖測(cè)試錨固體應(yīng)變，加卸載設(shè)備采用高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用實(shí)時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

試驗(yàn)場(chǎng)地錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)地層單一，均為殘積砂質(zhì)黏性土，由中?；◢弾r風(fēng)化殘積而成，稍濕-濕，硬塑狀態(tài)，標(biāo)貫錘擊數(shù)22.0擊。天然重度18.0 kN/m3、黏聚力25 kPa、內(nèi)摩擦角28°。鉆孔旁壓試驗(yàn)和標(biāo)貫擊數(shù)均表明，隨深度增加，標(biāo)貫擊數(shù)和壓力值均在逐漸增加，沒(méi)有突變的情況，場(chǎng)地在深度方向均勻。

試驗(yàn)錨桿由6根強(qiáng)度等級(jí)1 860 MPa、直徑15.2 mm的鋼絞線組成，錨桿孔徑180 mm，注漿采用P·O 42.5、水灰比0.5的水泥漿。本次分析選取一次注漿錨桿（B型）及二次注漿錨桿（C型）各16根，2種類型分別根據(jù)錨固長(zhǎng)度分為4組，共8組。錨固長(zhǎng)度分別是9、12、15和18 m，每組各4根，編號(hào)為a—d。錨桿試驗(yàn)方法為多循環(huán)加卸載極限試驗(yàn)，極限試驗(yàn)從加載到錨桿發(fā)生破壞為止，試驗(yàn)結(jié)果為錨桿錨固體均發(fā)生了拔出破壞。

2 錨桿極限抗拔力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本項(xiàng)目極限試驗(yàn)加卸載采用多循環(huán)法，循環(huán)次數(shù)6～8次，分級(jí)荷載為預(yù)估最大試驗(yàn)荷載Pp的0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及1.0倍；加載至Pp后若未破壞，則繼續(xù)分級(jí)加載至破壞，每級(jí)荷載增量取0.05Pp；初始荷載為0.1Pp且不大于50 kN。

一次注漿型錨桿（B型）4組試驗(yàn)中選擇1組典型荷載-位移（P-s），如圖1所示；二次注漿型錨桿（C型）4組試驗(yàn)中選擇1組典型荷載-位移（P-s），如圖2所示。

圖1 一次注漿型錨桿（B型）典型多循環(huán)P-s曲線

圖2 二次注漿型錨桿（C型）典型多循環(huán)P-s曲線

國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)于判別錨桿是否達(dá)到極限抗拔力狀態(tài)有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)，歸納起來(lái)主要有如下4種：錨頭位移不收斂，錨頭被拔出；錨頭位移突變，破壞前、后級(jí)位移增量倍數(shù)關(guān)系2～5倍；錨頭位移超過(guò)了限值；錨頭在1 h內(nèi)蠕變率不超過(guò)2.0 mm。

本次分析提取試驗(yàn)中錨頭位移不收斂破壞級(jí)荷載作為極限抗拔力（即錨固體從巖土層中拔出時(shí)，對(duì)應(yīng)荷載作為極限抗拔力），2種類型錨桿試驗(yàn)極限抗拔力匯總于表1。

表1 2種類型錨桿試驗(yàn)極限抗拔力

2.2 數(shù)據(jù)分析

為進(jìn)一步分析2種類型錨桿極限抗拔力與錨固長(zhǎng)度關(guān)系，將2種類型錨桿各4組（編號(hào)a—d）錨桿的極限抗拔力與相對(duì)應(yīng)的錨固長(zhǎng)度匯總，如圖3所示。

圖3 2種類型錨桿極限抗拔力與錨固長(zhǎng)度關(guān)系曲線

從圖3分析可知：

1）相同錨固長(zhǎng)度，二次注漿型錨桿極限抗拔力普遍大于一次注漿型錨桿。在本次試驗(yàn)中的9～18 m錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)，錨桿極限抗拔力基本都隨錨固長(zhǎng)度逐漸增加，但出現(xiàn)個(gè)別錨桿增加幅度到一定錨固長(zhǎng)度后，再增加錨桿長(zhǎng)度，其極限抗拔力基本不增加的現(xiàn)象（如b組試驗(yàn)）。

2）極限抗拔力與錨固段長(zhǎng)度并非完全成正比關(guān)系。從圖3分析可知，錨固段長(zhǎng)度超過(guò)15 m后，一次注漿型錨桿極限抗拔力增長(zhǎng)速率明顯變緩，甚至出現(xiàn)個(gè)別錨桿錨固力基本維持不變的情況。二次注漿型錨桿錨固段長(zhǎng)度超過(guò)15 m后，極限抗拔力增長(zhǎng)速率未出現(xiàn)明顯變緩現(xiàn)象，a、c、d組試驗(yàn)曲線極限抗拔力增長(zhǎng)速率增大，即二次注漿型錨桿錨固體有效錨固長(zhǎng)度較一次注漿型錨桿有所提高。分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，可能有兩方面：一方面，注漿工藝本身的特點(diǎn)導(dǎo)致一次注漿型錨桿實(shí)際錨固段尚未達(dá)到其理論極限黏結(jié)強(qiáng)度，使得錨桿極限抗拔力未完全發(fā)揮出來(lái)，從而使其實(shí)際有效錨固長(zhǎng)度較理論有效錨固長(zhǎng)度偏?。涣硪环矫?，二次注漿型錨桿在對(duì)錨固段進(jìn)行第1次注漿后，待注漿體具有一定強(qiáng)度后再施作第2次高壓注漿，使?jié){液沖開(kāi)原已形成的注漿體，向周圍土體滲透擴(kuò)散，形成水泥鑲嵌體，即在相同錨固長(zhǎng)度條件下，二次注漿型錨桿錨固體體積較一次注漿型錨桿增大，使得錨固體與周圍土體接觸更緊密，從而使錨固體周邊的極限黏結(jié)強(qiáng)度得以提高，使二次注漿型錨桿錨固體的有效錨固長(zhǎng)度明顯增大。

3 黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)比分析

從錨桿抗拔力P的表達(dá)式P＝πDLfmg可以看到，錨桿錨固灌漿體與巖土體之間的黏結(jié)強(qiáng)度f(wàn)mg是影響錨桿極限抗拔力P的主要因素。

本次試驗(yàn)場(chǎng)地經(jīng)精心挑選，錨桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)地層單一，均為殘積砂質(zhì)黏性土，由中粒花崗巖風(fēng)化殘積而成，稍濕-濕潤(rùn)，硬塑狀態(tài)。根據(jù)上述極限抗拔力計(jì)算該試驗(yàn)場(chǎng)地的地層極限黏結(jié)強(qiáng)度見(jiàn)表2和表3，2種類型錨桿的極限黏結(jié)強(qiáng)度散點(diǎn)分布如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度分布散點(diǎn)

表2 一次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度

表3 二次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度

分析表2、表3數(shù)據(jù)可知：本場(chǎng)地一次注漿型錨桿錨固體的極限黏結(jié)強(qiáng)度平均值104.4 kPa，標(biāo)準(zhǔn)差23.97 kPa，變異次數(shù)0.23；二次注漿型錨桿錨固體的極限黏結(jié)強(qiáng)度平均值122.2 kPa，標(biāo)準(zhǔn)差16.28 kPa，變異次數(shù)0.13。

采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009年版）中統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值公式：

計(jì)算可得：一次注漿型錨桿統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)γs＝0.897 8，極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為94 kPa；二次注漿型錨桿統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)γs＝0.942 2，極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為115 kPa。

由表2、表3可知：本次試驗(yàn)一次注漿型錨桿（長(zhǎng)度9～18 m）錨固體的極限黏結(jié)強(qiáng)度為90～110 kPa，二次注漿型錨桿（長(zhǎng)度9～18 m）錨固體的極限黏結(jié)強(qiáng)度為115～135 kPa。其中，長(zhǎng)9、12、15、18 m錨桿二次注漿后極限黏結(jié)強(qiáng)度分別增加約18%、18%、11%、27%；二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結(jié)強(qiáng)度約為一次注漿型錨桿的錨固體極限黏結(jié)強(qiáng)度值的1.1～1.3倍。本場(chǎng)地二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為一次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍。

深圳市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)SJG 05—2020《基坑支護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》給出的土層（花崗巖殘積土、硬塑）與錨固段注漿體間二次注漿后的極限黏結(jié)強(qiáng)度值為80～120 kPa。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》給出的黏性土（0

1）在類似地層條件下，一次注漿型錨桿和二次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均大大高于規(guī)范給出的參考值。

2）本次試驗(yàn)中一次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值約為JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》給出的參考值平均值的1.36倍。

3）本次試驗(yàn)中二次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值約為SJG 05—2020《基坑支護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》給出的參考值平均值的1.15倍、JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》給出的參考值平均值的1.24倍。

4）本次試驗(yàn)中二次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值較一次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的增量幅度小于JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》參考值的增量幅度。

4 結(jié)語(yǔ)

1）在相同地層條件下，相同錨固長(zhǎng)度的二次注漿型錨桿極限抗拔力普遍大于一次注漿型錨桿，為一次注漿型錨桿極限抗拔力的1.1～1.3倍。在本次試驗(yàn)中的9～18 m錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)，錨桿極限抗拔力基本都隨錨固長(zhǎng)度逐漸增加，但個(gè)別錨桿增加幅度到一定錨固長(zhǎng)度后，再增加錨桿長(zhǎng)度，其極限抗拔力基本維持不變。

2）極限抗拔力與錨固段長(zhǎng)度并非完全成正比關(guān)系，錨固段長(zhǎng)度超過(guò)一定值后，錨桿極限抗拔力增長(zhǎng)速率明顯變緩，甚至出現(xiàn)個(gè)別錨桿錨固力基本維持不變的情況。

3）在該場(chǎng)地硬塑狀殘積砂質(zhì)黏性土中，一次注漿型錨桿錨固體極限黏結(jié)強(qiáng)度為90～110 kPa，二次注漿型錨桿錨固體極限黏結(jié)強(qiáng)度為115～135 kPa。二次注漿型錨桿錨固體與地層極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為一次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍。

4）在類似地層條件下，一次注漿型錨桿和二次注漿型錨桿極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均大大高于規(guī)范參考值。