復(fù)合筋錨桿現(xiàn)場試驗效果驗證分析

鐘 皓， 張志強

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

1 復(fù)合筋錨桿

在目前的公路邊坡支護工程施工中，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，但大量工程實踐表明，普通鋼筋錨桿破壞或失效的一個主要原因是錨桿材料因受腐蝕導(dǎo)致強度降低甚至破壞，對邊坡安全性造成直接影響，而降雨是造成錨桿腐蝕的一個主要原因。而GFRP錨桿和SFCB錨桿具有耐腐蝕、強度高、質(zhì)量輕、抗沖擊等優(yōu)點，因此特別適合于公路的邊坡支護工程。

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

本文利用現(xiàn)場試驗，布置GFRP錨桿，對性能進行檢測。

2 現(xiàn)場試驗工況及工程概況

2.1 工程概況

研究區(qū)屬劍川—大理地震帶，地震活動頻繁。自1500年以來，曾發(fā)生6～7級地震2次，5～6級地震13次，近年來小地震活動頻繁。1971年以來大理市地震情況見表 。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(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)場試驗工況

現(xiàn)場試驗在K23+917.5～K24+105范圍內(nèi)一級與二級邊坡上的4個“大方格”(2個急流槽間范圍為一個“大方格”)中進行。其中一個豎向肋為一個標準監(jiān)測斷面，共計28個監(jiān)測斷面。一級和二級邊坡試驗斷面布置見圖2～圖5、表1。

表1 邊坡類型

圖2 一級邊坡試驗斷面布置

圖3 二級邊坡試驗斷面布置

圖4 一級邊坡錨桿(單位:mm)

圖5 二級邊坡錨桿(單位:mm)

試驗方案包括普通(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，比對輔助鋼筋(普通及預(yù)應(yīng)力)錨桿斷面實驗結(jié)果。對于錨桿內(nèi)力主要采用鋼筋應(yīng)力計及光纖光柵2種方式，測試工況及斷面數(shù)量見表2。

表2 監(jiān)測斷面

3 復(fù)合鋼筋桿現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)分析

3.1 測斜管監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)在現(xiàn)場長達近11個月的監(jiān)測，測出了4個測斜管各個部位的全部位移，可以得出4個測斜管的最終水平位移圖，由于篇幅原因，只展示1號測斜管(圖6)。

圖6 1號測斜管最終位移

從圖6中可以看出：

(1)1號測斜管的頂部位移為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)整個水平位移的變化趨勢是在11 m之前呈近似線性增大，在11 m后呈近似線性減小。

(4)前次累計位移和當次累計位移已經(jīng)基本重合，說明水平位移已經(jīng)達到了穩(wěn)定。

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

圖7 測斜管底部深部位移-時間變化

對綜合數(shù)據(jù)進行分析：

(1)在高臺邊坡的前緣深部位移監(jiān)測孔處可能存在滑動面，滑動面的位移緩慢增大，中部變形最大，后部變形相對較小。

(2)4個監(jiān)測孔深部位移累積曲線均呈現(xiàn)下部位移較小、中部位移很大、上部位移較大的形狀，說明均是以孔底為不動點，在離地面約10m處滑動量最大。

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

3.2 錨桿軸力監(jiān)測結(jié)果分析

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

圖8 一級邊坡1號鋼筋錨桿軸力-時間變化

圖9 一級邊坡1號GFRP錨桿軸力-時間變化

圖10 二級邊坡1號鋼筋錨桿軸力-時間變化

圖11 二級邊坡1號GFRP錨桿軸力-時間變化

綜合上圖，得到結(jié)論：

(1)所有錨桿的軸力均是隨時間增大，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個月左右，錨桿軸力達到穩(wěn)定，說明邊坡的滑移也逐漸穩(wěn)定，這與支護接觸壓力和深部位移的數(shù)據(jù)變化相對應(yīng)。

(2)從二級邊坡的軸力變化圖可以看出，一號測點和四號測點的軸力較小，而二號測點和三號測點的軸力較大，說明軸力接近端部較小，中間部位較大。

(3)對比鋼筋錨桿和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)對比一級邊坡和二級邊坡的最大軸力可以看出，二級邊坡的錨桿最大軸力要比一級邊坡的錨桿最大軸力大10 kN左右。

3.3 錨桿端部力監(jiān)測結(jié)果分析

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

圖12 一級邊坡預(yù)應(yīng)力鋼筋錨桿端部力-時間變化

綜合上圖，得到結(jié)論：

(1)從各圖的時間變化趨勢可以看出，端部力均是隨著時間增長而減小，最后達到穩(wěn)定，其變化趨勢與錨桿軸力的變化趨勢一致，說明邊坡在2013年4月左右達到了穩(wěn)定，導(dǎo)致各項參數(shù)都達到一個恒定值。

(2)對比鋼筋錨桿、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，這是因為預(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)對比一級邊坡錨桿和二級邊坡錨桿的端部力數(shù)據(jù)可以看出，二級邊坡的最終端部力要比一級邊坡稍大，說明二級邊坡的滑移變形要比一級邊坡大。

4 結(jié)論

4.1 深部位移測試結(jié)果

深部位移變形量前3個月變形速度較快，此后變形量逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定；4個監(jiān)測孔的深部位移累計位移都相對較小，合位移變化趨勢與順坡向變化趨勢相似；4個監(jiān)測孔的深部位移累積曲線均呈現(xiàn)下部位移較小、中部位移最大的趨勢，說明均是以孔底為不動點，在離地面約10 m處滑動量最大。

4.2 錨桿軸力測試結(jié)果

錨桿的軸力均是隨時間增大，而后增大速度逐漸減小，最后穩(wěn)定；對比鋼筋錨桿和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 錨桿端部力測試結(jié)果

錨桿端部力的增長速度隨時間逐漸減小；各類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。