锚杆抗拔力

2024-06-27

锚杆抗拔力（精选四篇）

锚杆抗拔力篇1

随着锚杆支护技术的广泛应用, 对锚杆支护理论及工程实践都有了深入的认识与发展。检测锚杆支护质量有许多方法, 目前现场主要采用拉拔的方法来检测锚固力。但是, 拉拔力并不等于锚固力。本文就拉拔工况下的抗拔力和拉拔误差进行了初步分析, 为科学计算与设计锚杆支护参数提供参考。本文采用两种方法研究分析锚杆拉拔力状况, 第一种方法是:根据锚固剂及围岩的强度、刚度与杆体、孔壁间的相对位移关系研究分析抗拔力分布;第二种采用弹性力学位移解法由拉力解得抗拔力分布, 并对两种计算方法得到的结果进行对比分析。

1 根据围岩、杆体、锚固剂相对位移分析抗拔力

根据锚固剂、杆体、孔壁间的相对位移关系研究分析抗拔力计算模型如图1所示。

假设:不考虑系统的弹性变形对拉拔力的影响;杆体与钻孔间的树脂层厚度为定值。

锚固剂与杆体之间的粘结剪切应力同杆体与钻孔壁之间的相对位移成正比[1], 即:

式中, τ (x) 为x截面锚固剂作用与杆体表面的粘结力, MPa;s (x) 为x截面杆体和孔壁间的相对位移, m, ε (x) 为x截面杆体的拉应变;B为杆体与钻孔壁间的间隙宽;l为锚固段的长, m;K为参数, K=K1K2/ (K1+K2) , K1为锚固剂的剪切刚度, MPa、K2为围岩体的剪切刚度, MPa。

锚杆的轴力:

式中, F (x) 为x截面杆体轴力。

式中, D为锚杆直径, E为围岩弹性模量。

联立式 (1) 、 (2) 、 (3) 得式 (4) :

式中, c为积分常数。

由式 (4) 可见, 拉拔时锚杆剪切应力分布呈负指数曲线。根据式 (4) , 当锚杆直径为20 mm、c为10, B=0.5 D, K/E=1/500、1/50时, 锚杆剪切应力分布如图2所示。

当K/E=1/50即围岩为中硬岩时, 锚固段剪切应力在300 mm处趋近于零, 当K/E=1/500即围岩为软岩时, 剪切应力衰减较缓, 接近1 000 mm时趋近于零。故对于中硬岩, 在锚固长度大于15倍锚杆直径时, 其拉拔力已不再增长, 而对于软岩, 在锚固长度在50倍锚杆直径时, 其拉拔力才不再增长, 因此对于软岩应适当增加锚固长度, 适应围岩变形。

根据B取值不同, 同样岩性下的剪切应力分布曲线也是不同的, 如图3所示。

从图3可见: (1) 无论在何种岩性下随着B/D的值增长, 其剪切应力衰减都变缓; (2) 随着B/D的值从0.1提高到1时, 软岩剪切应力分布长度提高近2倍, 而中硬岩仅能提高1倍。

根据实验室所做拉拔力试验, 钻孔并不是越大越好, 从S.Taziei、S.S.Peng、周保生等试验结论看, 粘结体的厚度在3～5 mm时, 拉拔力最大[1]。故上图可用区域在B/D=0.15～0.25之间, 在此区域内由于钻孔大小不同, 其剪切应力在相同截面上相差最大可达近100%, 所以现场做拉拔试验时, 应考虑到钻孔不同带来的拉拔力误差。

由式 (2) 、 (4) 得式 (5) :

由式 (5) 可见轴力分布也呈现指数分布, 另外可见轴力力分布随x的增加而下降, 这与相关试验所证明的轴应力分布不均, 杆端附近集中, 向里逐渐减小相符[1]。

2 弹性力学位移解法分析抗拔力

按照R·Mindlin的位移解法导出的全长粘结式锚杆所受的剪切应力分布的弹性解如下[2,3,4]:

其中t=1/[ (1+μ) (3-2μ) a2] (E/Ea)

式中, τ为锚杆杆体所受的剪应力, MPa;ρ为锚杆端头所受拉拔力, kN, a为锚杆杆体半径, mm, z为锚固段长, m;E为岩体的弹性模量, MPa;Ea为锚杆杆体弹性模量。

将上式积分可得锚杆杆体轴力分布为:

式中:N为锚杆杆体轴力, kN。

设E=5×103 MPa, Ea=3×105 MPa, μ=0.3, a=10 mm, P=200 kN, 则锚杆剪切应力分布以及轴力分布如下:

由图4可见其剪切应力最大值在距锚固段起始处150 mm处, 在距450 mm处衰减近于零, 而其轴力分布为负值数曲线。

随着E/Ea逐渐加大剪切应力最大值逐渐向锚固段起始处靠近, 且衰减较快, 如图5所示。

由图6可见在拉拔力由100 kN增加到250 kN时, 其端部轴力迅速增加, 衰减是相当迅速的, 拉拔力的增加不能使锚杆受力长度增长。

3 两种方法结果对比

由上述两种方法得到锚杆拉拔时轴力及剪切应力分布特征:

(1) 剪切应力分布不均匀, 在孔口剪应力集中, 向里逐渐衰减;

(2) 由于孔口位置肯定存在非刚性位移, 所以剪切应力分布应取第一种方法;

(3) 两种方法得到的轴力分布结果相似, 并得到相关实测数据[1,5]认证;

(4) 岩性硬, 剪切应力衰减加快。

4 结论

(1) 对于中硬岩, 锚固长度在10～12倍锚杆直径, 对于软岩, 锚固长度在15～20倍锚杆直径时, 拉拔力不再随锚固长度增加而增加。

(2) 由于钻孔大小对拉拔结果有一定影响其剪切应力最大相差可达一倍, 钻孔大拉拔力则大, 反之则小, 因此应注意由此导致的拉拔误差。

(3) 在计算剪应力分布时应采用锚固剂、杆体、孔壁间的相对位移法。

参考文献

[1]陆士良, 汤雷, 杨新安.锚杆锚固力与锚固技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1998

[2]尤春安.全长粘结式锚杆的受力分析[J].岩石力学与工程学报, 2000, 19 (3) :339-341

[3]王明恕.全长锚固锚杆机理的探讨[J].煤炭学报, 1983 (1)

[4]张生华.全长粘结锚杆锚固能力分析研究[J].矿冶, 2003, 12 (3) :17-20

锚杆抗拔力篇2

试验室名称：四川振通公路工程检测咨询有限公司

记录编号：

工程部位/用途

委托/任务编号

样品名称

样品编号

试验依据

样品描述

试验条件

试验日期

主要仪器设备及编号

试件编号试件桩号部位试验前外露植筋长度（mm）

试验后外露植筋长度（mm）

压力表读数（MPa）

抗拔力（kN）

设计抗拔力（kN）

单值平均值

备注：附加声明区可用于：a)对检验检测的依据、方法、条件等偏离情况的声明；b）其他见证方签认；c）其他需要补充说明的事项。

试验：

复核：

日期：

锚杆抗拔力篇3

1 抗浮锚杆抗拔力达不到设计要求原因分析

在抗浮锚杆抗拔力检测过程中, 发现部分锚杆抗拔力达不到设计要求, 经过对现场施工工艺流程及地质的分析, 主要原因如下。

1.1 试验锚杆参数设定缺乏实践性

抗浮锚杆作为建筑建设过程中尤为重要的结构构件, 其对地下水位的监测关系到建筑的安全与稳定。因此, 在建筑的前期准备过程中, 需要进行大量的信息采集 (具体采集的内容) , 以提升抗浮锚杆试验的准确性。但是, 很多单位在试验锚杆提供的参数上具有局限性, 不能代表全部地质, 锚杆设计长度富余值偏小, 考虑施工过程中损值偏小。也就造成了试验锚杆参数在设定上缺乏足够的实践性, 致使参数设定并不能对整个地质情况进行准确反映[1]。

1.2 抗浮锚杆成孔时易造成缩孔与涨孔现象

施工单位在施工过程中, 抗浮锚杆成孔时在砂质黏土层地质区域存在缩孔现象。同时, 注浆过程中浆体对侧壁挤压又出现涨孔现象, 在浆体凝固过程中, 浆体体积会发生收缩, 进而导致凝固后浆体与孔侧壁接触不密实。深层次的原因是施工单位对现场施工把握深度不足, 无法有效对施工过程进行科学掌控, 造成了施工过程中所存在的较大程度上的偏差, 导致抗浮锚杆在成孔过程中, 出现缩孔与涨孔现象。

1.3 孔壁坍塌所造成的孔深小于设计深度

施工单位在完成成孔作业之后, 需要采取下放抗浮锚杆措施。但是, 在下放抗浮锚杆的过程中, 受到多种原因的相互作用, 造成孔壁坍塌并引起孔深小于设计深度。同时, 孔壁坍塌所造成的原因是极为复杂的, 施工单位对于过程管理把控不严是重要原因之一。抗浮锚杆抗拔力达不到设计要求, 对抗浮锚杆的设计深度与坍塌造成的孔深之间存在很大的相关性。

1.4 地下水对砂浆的影响

在进行锚杆注浆过程中, 受到多种因素的共同影响, 孔内极易被地下水侵蚀, 造成砂浆被稀释, 进而改变了砂浆的原设计配合比造成抗浮锚杆抗拔力达不到设计要求。另外, 砂浆的设计配比需要在施工过程中, 通过多种措施加以保护, 以有效避免其在孔中被稀释[2]。同时, 对于地下水的防控是施工单位在施工过程中, 关注的重点问题, 需要从多方面给予考虑。

2 抗浮锚杆施工质量控制措施

2.1 提供锚杆握裹力地质分析

2.2 抗浮锚杆施工工艺

抗浮锚杆的施工工艺需要具有严格的层次性与系统性。施工单位根据施工设计图纸, 严格规范施工行为, 保障施工安全, 从而为工抗浮锚杆的施工提供更高的质量保障 (安全与质量之间联系) 。抗浮锚杆需要进行有效测量, 利用钻机打下成孔, 并需要采取措施 (具体措施) , 保持孔内的清洁。同时, 加强对杆体制作质量保障, 提升杆体的质量水平。锚杆的下放需要严格按照施工设计要求, 有效执行设计标准。最后, 要做好相关的注浆工作, 严格控制好一次注浆与二次劈裂注浆的施工进度, 进而完成抗浮锚杆的施工作业。如下图1所示:

2.3 抗浮锚杆成孔控制措施

地质构造中包含淤泥质易踏孔层, 如何避免踏孔, 若采用泥浆护壁, 泥浆的配制方法。

为保证在各类地质条件下, 保证成孔质量, 则首先应选择合适的施工机械。本工程锚杆成孔需采用履带式钻机带动小型组合合金 (是否正确, 麻烦发下这种设备性能参数) , 将中分化粉岩、中分化石英砂地层击破。同时, 通过人工配置的优质砂浆, 并且采用二次注浆方式。在抗浮锚杆的控制环节中, 关键在于泥浆的配比。如何根据现场的实际情况, 在钻孔之前先在实验室中做好配合比实验, 并成功应用到实际的工程建设中, 成为施工单位需要着重考虑的问题[3]。在钻进作业中, 泥浆的性质会因为钻孔的变化而产生变化。例如, 在施工作业中, 当钻头钻到粘土层时, 泥浆就会变稠, 粘度、泥包钻头的情况就会增多。当钻到砂层中时, 大量的砂粒就会混入到泥浆中去, 从而导致泥皮松散、砂量增多, 引发护壁性能下降, 水泵磨损速度加快, 严重的会导致孔内坍塌, 发生孔内事故。当遇到承压水层时, 大量的地下水会对泥浆产生稀释作用。因此, 在抗浮锚杆的施工作业中, 要加强对泥浆性能的调整 (怎么调整) , 以利于钻机正常的钻进。

2.4 抗浮锚杆注浆控制措施

在施工作业中, 第一次注浆时首先要保证注浆压力值, 图纸设计值为1~2MPa, 同时, 当抗浮锚杆初次注浆后, 在初凝前水泥砂浆会因凝固出现体积收缩现象, 故存在浆体与周围土体接触不良现象处现, 此时需要在注浆后根据注浆当天气温确定二次劈裂注浆时间, 以增强锚杆锚固力[4]。待第一次注浆体初凝强度达到5.0MPa之后 (如何知道初凝强度已经达到5.0MPa) , 即可利用高压注浆管采取二次高压注浆作业, 同时, 注浆的材料宜选在择纯水泥浆 (水灰比可以设置为0.45~0.5) 。第二次注浆时间可以根据注浆工艺所通过的试验进行确定, 同时, 为了提升浆体的早期强度, 以及适当采用外掺剂, 从而发挥早强与膨胀作用[5]。

2.5 浆体配合比补偿设计

对于同一长度区域锚杆单独试配水泥砂浆, 本工程要求水泥砂浆强度值为M30, 锚杆成孔孔径为200mm, 通常情况下经过统计成孔直径一般都在210mm左右, 故存在水的孔内注浆时, 为防止水泥砂浆强度损失, 则需考虑孔内水的影响[6]。水的体积取V、孔深取L、孔径取d表示, V=π*d2/4*L, 在配制水泥砂浆时考虑孔内水的影响, 因孔内水不会与水泥砂浆完全混合, 故在考虑配合比的时候根据经验值宜取V/5。

3 结束语

抗浮锚杆作为提升建筑安全性的重要组成部分, 在建筑的建设过程中, 得到了广泛的实践与应用。但是, 在实际的抗浮锚杆的执行过程中, 如何对其科学掌握, 使其更加适应建筑施工的发展要求, 成为十分重要的研究课题。

摘要：随着高层超高层建筑的兴起, 抗浮锚杆是抵抗其上建筑物向上移位而设置的结构构件, 与地下水位高低及变化情况有关, 主要靠锚固体握裹力提供抗拔力而达到建筑物抗浮要求。若抗浮锚杆施工质量控制不好, 将严重影响后期抗拔力要求, 造成施工成本的增加及工期的延误。

关键词：抗浮锚杆,复杂地质,抗拔力,研究,分析

参考文献

[1]齐君, 林通, 杜军等.土层抗浮锚杆抗拔力试验和检测问题的探讨[J].工程质量A版, 2010, 28 (7) :4-8, 18.

[2]李于中.关于地下室底板抗浮锚杆施工技术的探究[J].建筑工程技术与设计, 2014, (33) :23-23, 211.

[3]戴西行, 杜涛, 李轶慧等.抗浮锚杆在烟台某大型车库中的应用[J].中国水运 (下半月) , 2011, 11 (2) :209-210.

[4]张文群, 闵耀泽, 杨建波等.抗浮锚杆干取土成孔施工技术的应用[J].建筑技术, 2012, 43 (5) :469-471.

[5]陈帅, 卢廷浩, 马露等.抗浮锚杆的抗拔承载力分析和数值模拟[J].水利与建筑工程学报, 2013, (5) :39-44.

锚杆抗拔力篇4

膨胀锚栓现在应用得比较多, 但时有质量安全问题发生。其在不同强度混凝土中的拔出性破坏强度的变化规律仍然需要实验来得出, 这对于设计及应用都是有所欠缺的。

现研究膨胀锚栓抗拔力与混凝土强度关系, 主要解决以下方面问题:

⑴膨胀锚栓在不同混凝土强度中拉拔强度的变化规律;

⑵同一规格锚栓, 不同标号混凝土对锚栓的拉拔力的影响。同一标号混凝土, 不同规格锚栓对抗拔力的影响;

⑶膨胀锚栓在拔出性破坏方面的极限抗拔力。

2 实验概况

根据《膨胀螺栓规格表》JBZQ4763-2006、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ_145-2013、《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG_160-2004、《膨胀螺栓标准》JG160-2004等规范及实际使用的要求, 确定了试验对象、试验方法及试验要求, 包括选用工程中常用的M8、M10、M12、M14、M16、M18六种锚栓的抗拔试验, 还有锚栓规定的尺寸、钻头大小、钻孔深度、钻孔过程控制要求、试验时的间距、边距、扭矩等试验要求。试验装置如图1所示。

2.1 实验结果

M8、M10、M12、M14、M16、M18六种锚栓对应各种强度混凝土各做3支拉拔实验, 表1给出3支锚栓拉拔实验结果的平均值。

另外在1mm位移处, 各规格锚栓对应混凝土的拉拔值, 如表2, 混凝土未发生破坏。

2.2 破坏方式

本次试验的锚栓在1mm位移处基本没达到最大拉拔力, 也没发生混凝土破坏。最后破坏结果有图2所示四种: (a) 锚杆拉断; (b) 混凝土锥体破坏见图2 (a) , 见图2 (b) ; (c) 锚杆由胀管中拔出, 见图2 (c) ; (d) 锚栓整体由混凝土孔中滑出, 见图2 (d) 。其中M8、M10锚栓拉拔主要破坏方式为锚栓拉断, M12、M14、M16、M18锚栓拉拔主要破坏方式为混凝土锥形破坏。

单位:k N

3 结果分析

⑴锚栓拉拔破坏的拉力位移关系如图3所示, 锚栓拉拔经历弹性-塑形-破坏过程, 图中的OA段为锚栓弹性阶段, AB段为塑形阶段, BC为破坏阶段[3]。C点为锚栓从混凝土中拔出、锚栓拉断或混凝土破坏[2]。

⑵在C25至C50的混凝土中, 当达到1mm位移时, 锚栓拔出, 未达到最大破坏荷载, 且混凝土无破坏, 此时锚栓处于图3的AB阶段, 可知此时拉力值与混凝土强度无关。

一般认为, 膨胀锚栓在初始阶段的锚固力实际上为膨胀套锚固段很小面积的抗剪力, 见图4。由于一般膨胀锚栓的材质为Q235钢, 其强度标准值为fyk=235N/mm2, 剪切强度τ=0.6fyk, 于是得关系式:

fyk为钢材强度, 取235N/mm2;d为锚栓根部直径;het为根部磨损高度, 当位移为1mm时, 试验所得等效高度为2~3mm。

⑶在实际拉拔中, 有些锚栓发生穿出破坏, 拉拔力偏小, 不符合公式。可能是因为螺杆与膨胀套不贴合, 钻孔直径过大, 膨胀套厚度不够等原因。当锚栓的位移值超过弹性阶段时, 拉力值会继续增大, 此时最大拉力值与锚栓强度、混凝土强度、钻孔直径等有关。

⑷目前混凝土锥形破坏主要有两种理论[1]:

(1) 美国ACI349-85采用的是45°角混凝土锥体破坏模型, 如图5所示。其破裂块为圆锥体, 破坏面与混凝土表面之间的夹角是45°。受拉承载力公式如公式 (4) :

(2) CCD法采用的混凝土锥体破坏模型如图6所示。该模型假设破坏面与混凝土构件表面夹角是35°。开裂混凝土中单根锚栓理想混凝土锥体破坏承载力计算公式为:

第一种方法认为承载力与hef的2次方成正比, 第二种方法认为承载力与hef的1.5次方成正比。本文所得混凝土锥形破坏结果与第二种方法比较接近, 此方法也是标准JGJ 145-2013里面所使用的。

4 结论