铁正检测科技有限公司 山东济南 250000
摘要：锚杆是岩土体加固的杆件体系结构。目前在工程实践中，锚杆已经得到了大面积的运用，而锚杆的抗拔承载力是决定锚杆支护作用非常重要的因素。所以，检验锚杆的抗拔承载力是否合格，是检验锚杆工程质量最重要的试验之一。本文以董家口至梁山（鲁豫界）公路新泰至宁阳段工程一合同二分部边坡锚杆抗拔承载力试验检测依托，一方面，对锚杆拉拔试验装置的可靠性进项行了理论性探讨；另一方面详细介绍了如何利用设计、施工及地质资料通过计算分析和现场验收试验准确的确定锚杆的抗拔承载力是否满足设计要求，为此后类似工程的试验检测和研究提供参考实例。
关键词：边坡 锚杆 反力装置 抗拔承载力
Discussion and research on the detection test of slope anchor
（Tiezheng Testing Technology Co.，Ltd.，Jinan 250000）
Abstract The anchor is a member structure of the rock and soil reinforcement.Currently in engineering practice.The bolt has been used in a large area.The pull-out bearing capacity of the bolt is a very important factor in determining the bolt support.Therefore，it is checked whether the pull-out bearing capacity of the anchor is qualified.It is one of the most important tests to test the quality of bolting engineering.This paper relies on the test of the uplift bearing capacity of the construction slope of the second branch of the Xintai to Ningyang section of the Dongjiakou-Liangshan（Luyujie）highway.On the one hand，Theoretical discussion on the reliability of the bolt drawing test device；On the other hand，it describes in detail how to use the design，construction and geological data to accurately determine whether the bolt's uplift capacity meets the design requirements through calculation analysis and site acceptance test.For this purpose，reference examples for experimental testing and research of similar projects are provided.
Keywords Slope；Anchor；Reaction device；Pull-out capacity
1? 概述
锚杆在边坡挡墙、基坑支护、基础锚固、隧道洞室、矿井巷道、水利坝工、锚固抗浮等工程中，作为岩土锚固和支护的重要构件，在地铁、市政、公路、水利、房屋建筑等工程建设领域有着广泛的应用[1]。锚杆的抗拔承载力是决定锚杆支护作用非常重要的因素。所以，检验锚杆的抗拔承载力是否合格，是检验锚杆工程质量最重要的试验之一[2]。锚杆拉拔试验属于传统的锚杆锚固质量静力法检测。试验过程中，对锚杆施加不同的拉力荷载，得到锚杆位移与荷载、时间的关系，锚杆的弹性变形和残余变形数据，通过绘制荷载—位移曲线，分析锚杆的施工质量。根据试验目的不同，锚杆拉拔试验可分为：基本试验、验收试验及蠕变试验。基本试验用于施工前 期确定锚杆的极限抗拔力，掌握锚杆抗破坏的安全程度，验证锚 杆设计参数与施工工艺的合理性；适用于采用新工艺、新材料或新技术的锚杆，无锚固工程经验的岩土层内的锚杆以及边坡工程安全等级为一级的锚杆。验收试验用于施工后检验锚杆的工程质量是否满足设计要求，并可检验前期进行过基本试验的锚杆的施工质量。蠕变试验用于设计前确定锚杆在软弱土层中的蠕变特征，反馈给设计人员进行设计优化调整，适用于塑性指数大于17 的软土层和蠕变特征明显（如极度风化的泥质岩或节理裂隙发育且张开裂隙内填充粘性土等）的岩体中锚杆[3]。锚杆验收试验是检验工程锚杆抗拔承载力是否符合设计要求的锚杆抗拔试验。对锚杆抗拔试验结果的分析，需要先考虑的是试验方法是否模拟出锚杆在工程中的真实受力状态，是否测出了锚杆锚固体达到一定抗拔承载能力或出现破坏形态时的荷载。因此本文对能直接影响最终采集的试验数据准确性和可靠性的试验装置进行了探讨和研究；就目前大多数项目而言，设计单位往往会依据相关规范、标准及其他参考资料结合工程实际情况只给出本工程锚杆抗拔力的设计值范围（例如：抗拔力不低于1.3P，存在区域性滑动失稳时预应力P按30-50kN设计）等设计参数，无法给出做锚杆拉拔验收试验所需要的锚杆轴向拉力标准值及总位移量设计允许值作为参考，这就需要我们依据现有的施工资料及设计参数依据规范通过计算分析和现场试验两种方法相结合的方式确定锚杆抗拔承载力是否满足设计要求。
2 锚杆拉拔试验装置探讨及研究
锚杆抗拔试验原理基本同桩基静载试验[4]。根据JTJ/T 401-2017[5]锚杆抗拔试验装置主要包括荷载加卸载装置（通用穿心液压千斤顶）、荷载量测装置、位移量测装置、加载反力装置。加卸载装置、荷载量测装置和位移量测装置主要是试验仪器设备的性能指标的符合性规定，本文只做以概述；加载反力装置能直接影响最终采集的试验数据准确性和可靠性，本文做以重点探讨。
2.1 荷载加卸载装置及荷载量测装置
（1）锚杆基本试验、蠕变试验、验收试验、持有荷载试验和粘结强度试验宜采用液压千斤顶加卸载，其作用力方向应与锚杆轴线重合，对荷载分散型锚杆，当采用并联千斤顶同步张拉法进行试验时，其单元锚杆的作用力方向尚应与其单元锚杆的轴线重合；
（2）荷载量测可采用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定，或采用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶校准结果换算荷载；
（3）荷重传感器、压力传感器或压力表的准确度应优于或等于0.5级；
（4）试验用油泵、油管在最大加载时的工作压力不应超过规定工作压力的80%；
（5）荷重传感器、千斤顶、压力表或压力传感器的量程应与测量范围相适应，测量值宜控制在全量程的25%~80%。
2.2 位移量测装置
位移量测装置包括位移测量仪表（位移传感器或百分表）、基准桩、基准梁和夹具（磁力表座）。影响试验采集数据的因素主要有位移测量仪表的测量误差和精度、基准桩基准梁和夹具的材料、位移测量方向、位移测量基准点位置、位移测量仪表的数量、太阳照射、风、振动和其他外界因素，为保证试验采集数据的准确性JTJ/T 401-2017这本规范也给出了相应的规定：
（1）位移测量仪表的测量误差不应大于0.1%FS，分度值/分辨力应优于或等于0.0lmm；
（2）基准桩应优先设置在与试验加载装置不同标高的下一台阶的岩土层中；
（3）基准桩、基准梁和固定位移测量仪表的夹具应避免太阳照射、振动及其他外界因素的影响；
（4）位移测量方向应与锚杆的轴向变形方向平行；
（5）位移测量仪表的基座应固定在基准梁上，不得使用千斤顶作为位移测量基准点；
（6）应安装 1~2个位移测量仪表；对采用并联千斤顶同步张拉法进行试验的荷载分散型锚杆，每组单元锚杆应安装1个位移测量仪表。
2.3 加载反力装置
加载反力装置的作用是支撑液压千斤顶，将荷载反力传递至反力装置支座和其周围的岩土层中。锚杆试验加载反力装置应符合下列规定：
（1）加载反力装置提供的反力不得小于最大试验荷载的1.2倍；
（2）加载反力装置的构件应满足承载力和变形的要求。
加载反力装置主要有支座横梁反力装置、支撑凳式反力装置和承压板式反力装置三种形式（反力装置示意图如图1、图2、图3），这三种反力装置的主要区别在于反力装置支座与锚杆中心的距离大小，对锚杆中心、支座边、基准桩中心之间距离的规定（如表1），主要考虑的是反力装置支座地基周围岩土体的受荷变形和锚杆抗拔试验时锚杆周围土体的变形量对试验结果的影响。
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图3 承压板式反力装置示意图
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图4 模拟示意图
图中，由于千斤顶的拉拔力和加载反力装置支座压力都作用在可能的破坏锥体上，达到自平衡，锚杆抗拔试验只能反映锚杆注浆体强度、注浆体与岩土体粘结强度，不能得出锚杆注浆体与其所粘结的岩土块一起被拉出的抗力。在工程实践中，当锚杆注浆体强度和注浆体与岩土体粘结强度高（如合成树脂卷锚杆），而岩土体抗剪强度较低，或者岩层受层理、片理、节理、裂隙等多组结构面切割而结构面上的抗剪、抗拉强度较低时，这种岩土锥体拔出破坏并非少见。
另外，由于锚杆抗拔试验是单孔锚杆独立进行的，而基础锚杆、结构物锚固抗浮锚杆、喷锚支护锚杆、排桩支护锚杆等是群锚整体工作，当锚固体间距、锚固体直径、锚固长度的设置不相匹配时，地层中岩土体受力区的重叠会引起应力叠加和锚杆附加位移，锚杆的工作状态比单孔锚杆抗拔试验时要差，试验所得锚杆极限抗拔力并不能得到有效发挥，因此，在锚杆设计时应做抗力整体性计算。
3 工程实例
3.1 工程概况
董家口至梁山（鲁豫界）公路宁阳至梁山（鲁豫界）段是山东省“九纵五横一环七连”高速公路网中“横四”线的一部分，宁梁高速起自泰安市宁阳县境内的京台高速公路，经泰安市宁阳县、东平县及济宁市汶上县、梁山县，西接河南省台辉高速公路。本标段为施工一标段，起讫里程为K0+000-K109+771.787（不含K67+933.5-K89+519.5），标段线路长度88.186km，线路设计为双向四车道，设计时速为120Km/h，路基宽度27/34.5米，桥梁设计荷载：公路-I级。
3.2 锚杆设计参数
本工程边坡锚杆为永久性锚杆，安全等级二级，采用一端（外露段）带加工螺纹的φ28普通螺纹钢筋锚杆，锚杆直径d=28mm，长度L=3.65m（外路段长度不小于15cm），标准间距a=3.3m、b=4.0m，锚杆倾角α=90°，直径D=40mm，岩层性状为风化岩石，根据经验及现场判断为较软岩，砂浆设计强度M30，抗拔力不低于1.3P，存在区域性滑动失稳时预应力P按30-50kN设计。试验锚杆点位分布如图5。
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将设计相关参数代入公式（1）计算得到锚杆轴向拉力标准值Nak≤111kN，代入公式（2）计算得到锚杆轴向拉力标准值Nak≤（139-220）kN。当工程对抗拔承载力没有任何参考数据时，我们可以取上述两种计算结果的小值即111kN作为锚杆轴向拉力标准值最大值，现场验收试验如果达到这个承载力值的要求，即可判定该锚杆合格；如果没有达到，需要分析原因并结合其他试验结果通过公式（3）计算得到准确的锚杆轴向拉力标准值，然后再进行验收试验，检验锚杆合格与否。结合本工程边坡锚杆设计抗拔力不低于1.3P，存在区域性滑动失稳时预应力P按30-50kN设计，可取65kN作为锚杆轴向拉力标准值。
3.4 锚杆拉拔验收试验
3.4.1 现场试验
（1）本工程边坡锚杆依据GB 50330-2013，采用单循环加载法，加、卸载分级与锚头位移观测时间如表5所示。试验采用支座横梁反力装置作为试验加载反力装置，现场以相邻锚杆间距作为参考对反力装置支座进行布置，支座边缘距锚杆中心距离设置为不小于锚杆间距的一半。安装示意图如图1。
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（2）加载至本级荷载时读取锚头位移量，待10min观测时间后再读取一次锚头位移量，在10min持荷时间内锚杆的位移增量小于1.00 mm时，锚头位移稳定，可以施加下一级荷载，否则应延长观测时间。当不能满足时，可持荷至60min，若锚头位移增量小于2.00 mm，视为锚头位移收敛，可以施加下一级荷载。在最后一级加载并读取位移结束后，卸载至0.15Nak，并读取锚头位移值。
（3）锚杆试验中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：
①锚头位移不收敛，锚固体从岩土层中拔出或锚杆从锚固体中拔出；
②锚头总位移超过设计允许值；
③土层锚杆试验中后一级荷载产生的锚头位移增量，超过上一级荷载位移增量的2倍。
（4）当符合下列要求时，应判定验收合格：
①加载到试验荷载计划最大值后变形稳定；
②锚杆极限承载力标准值取破坏荷载前一级的荷载值；在最大试验荷载作用下未达到破坏标准时，锚杆极限承载力取最大荷载值为标准值。
3.4.2 试验检测结果分析
本项目现场检测的3根锚杆（锚杆编号：m18、m30、m45），在检测过程中锚头位移变化均相对稳定，试验进展顺利，均未出现异现象，试验结果均满足设计及检测规范要求。
具体试验数据汇总表如表6，锚杆试验结果统计及荷载-位移（Q-s）曲线图如图6、图7、图8。
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4 结束语
1、本文依据2017年2月建设部批准出台的行业标准JTJ/T 401-2017，对其中3种加载反力装置进行了理论性探讨，由于抗拔试验加载反力装置的支座将反力传递给了锚杆周边的岩土层，在支座压力的作用下，锚杆的受力状态和工程锚杆的工作状态很难完全符合，支座压力对锚杆抗拔试验结果的影响本文主要探讨分析了三个方面，总结为加载反力装置的支座压力将使得锚杆抗拔试验结果与其实际抗拔承载能力不十分吻合，影响的程度与支座和锚杆间距离有关，理论上支座距离锚杆越远，试验结果越真实。行业标准JTJ/T 401-2017中体现的三种反力装置类型中，支座横梁反力装置的支座与锚杆的净距最大，因此，正常情况下其试验结果越准确。当支座放置在锚杆岩土体破坏锥体范围外时，支座压力对试验结果影响很微弱，但支座间距增大后，横梁刚度需要足够大。
2、岩土体破坏锥体的具体范围，与地层特性相关，目前尚无足够的工程实践经验和检测试验数据以及相关研究成果支撑，仅靠经验和理论性推测难以准确界定，但这方面的研究对于设计、施工及检测必定存在着一定的考究价值，需要设计、施工、监理及检测等单位依托当前及以后相关工程情况及大量的试验考究验证。
3、锚杆抗拉拔试验是一种较为简便的检测方法，已在工程中得到广泛应用，可以验证锚杆设计参数与施工工艺的合理性，确定锚杆的蠕变系数，进行锚杆验收检测等。在现行的标准规范中对锚杆试验中的基本试验、蠕变试验及验收试验均作出相应的规定。但由于该方法属于破坏性检测方法，不能对工程进行全面检测，抽检数量有限，难免以偏概全，无法准确地体现工程质量。同时，锚杆的实际长度和注浆密实度需通过锚杆质量无损检测法进行确定，结合其他检测方法，可以给锚杆质量一个比较准确的评价。通过本文的阐述，希望能给边坡锚杆检测试验提供参考。
4、锚杆的抗拔承载力试验结果，对锚杆工程的质量、投资与安全起着至关重要的作用，就目前而言，锚杆检测要慎重对待加载反力装置的设置，设计、施工、监理、检测等单位应当从试验手段和方法上入手，对于检测结果以谨慎的态度进行合理的判断。
参考文献
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[2] 王懿，汪迎红.关于锚杆验收中拉拔试验的探讨和研究[J].四川水泥，2017（12）：318+311.
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[4] 韩磊.岩土锚杆试验技术讨论[J].福建建筑，2015（02）：55-57.
[5] JGJ/T 401-2017 锚杆检测与监测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[6] GB 50330-2013 建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
论文作者:聂传芹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/28
标签：锚杆论文; 位移论文; 荷载论文; 装置论文; 支座论文; 承载力论文; 岩土论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;