岩石锚杆抗拔静载试验案例分析

陈朝晖（安徽省地质实验研究所，安徽 合肥 230001）

岩石锚杆抗拔静载试验案例分析

陈朝晖（安徽省地质实验研究所，安徽 合肥 230001）

通过对安庆火车站广场工程7根试验性岩石锚杆进行抗拔试验，根据试验结果资料绘制上拔量与荷载关系P～S曲线及弹性上拔量、塑性上拔量与荷载关系P～Se、P～Sp曲线，得到各岩石锚杆的最大上拔量、最大弹性位移、最大塑性位移及岩石锚杆抗拔承载力特征值，为设计提供依据，同时对抗浮锚杆受力变形情况进行flac3D的仿真模拟分析，结果表明：锚杆的变形位移沿着锚杆深度方向呈现逐渐减小的趋势，锚杆的轴力整体变化趋势是沿着锚杆深度方向是逐步减小的。

岩石锚杆；抗拔试验；抗拔承载力特征值；仿真模拟

1 工程概况

安庆火车站站前广场工程位于安庆市迎宾西路与湖心北路交口北侧。该工程为框架结构，地下1层，总建筑面积22658m2，采用岩石锚杆［1］进行抗浮。

图1 竖向抗拔静载试验锚杆位置平面示意图

工程勘查揭示地下各土层：①层人工填土；②层淤泥质粉质粘土；③层粉质粘土（软可塑）；④层粉质粘土（硬塑状）；⑤层砾石；⑥层强风化砂岩；⑦层中风化砂岩。

2 岩石锚杆竖向抗拔静载试验过程

2.1 试验依据

《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）第9.2条［4］。

2.2 试验目的及抽样方法

本次岩石锚杆竖向抗拔静载试验为基本试验。《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.2条，由设计单位选定7根岩石锚杆进行抗拔静载基本试验。

2.3 试验方法

本次岩石锚杆抗拔试验通过混凝土支撑基墩提供试验反力，本次试验是为设计提供依据的基本试验，采用分级循环加荷法。

2.4 试验设备（见表1）

2.5 最大试验荷载

根据《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.3条，最大加载量为设计要求的锚杆抗拉强度标准值的0.8倍。本工程抗浮锚杆采用6根HRB400的Φ32mm螺纹钢，最大试验荷载应不小于 0.8×As×fptk=0.8×6×π× 162×400=1544155.62N，试验时取1550kN。

2.6 试验加载与分级

根据《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.3条，加荷等级和位移观测时间应符合表2的规定。

2.7 沉降相对稳定标准

根据《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.3条，在每级加荷等级观测时间内，锚头位移小于 0.1mm时，可施加下一级荷载，否则应延长观测时间，直至锚头位移增量在2h内小于2.0mm时，方可施加下一级荷载。

2.8 终止加载

根据《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.3条，锚杆极限抗拔试验出现下列情况之一时，可判定锚杆破坏：①后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生位移增量的 2倍时；②锚头位移不稳定；③锚杆杆体拉断。

本工程的锚杆抗拔静载试验均因试验荷载达到预定最大加载量而终止加载。

试验设备表 表1

试验加载与分级表 表2

SMG5锚杆抗拔试验数据汇总表 表3

3 岩石锚杆抗拔静载试验结果分析

3.1 岩石锚杆抗拔静载试验资料整理

对7根岩石锚杆进行抗拔静载试验，限于篇幅，以中部的SMG5试验锚杆为例，给出其抗拔静载试验数据汇总表（见表3）、抗拔静载试验上拔量与荷载关系P～S曲线（见图2）、抗拔静载试验弹性上拔量、塑性上拔量与荷载关系P～Se、P～Sp曲线（见图3）。

3.2 岩石锚杆抗拔静载试验资料分析

从SMG5锚杆的抗拔静载试验P～S曲线（图2）上可以看出，当荷载最大加至1550kN时，杆头最大位移量为19.93mm，最大弹性位移为7.94mm（图3），最大塑性位移为11.99mm（图3），在每级加荷等级观测时间内，锚头位移均能稳定。以上情况表明，受检锚杆受拉尚未进入极限状态。根据《岩土锚杆（索）技术规程》第9.2.6条规定，可取最大试验荷载（1550kN）作为该岩石锚杆的极限抗拔承载力，其抗拔承载力特征值可取极限抗拔承载力的一半即775kN。

对其它6根试验锚杆，其抗拔静载试验资料整理和分析方法与S MG5锚杆类似。

图2 SMG5锚杆抗拔静载试验P-S曲线

图3 SMG5锚杆抗拔静载试验P-Se、P-Sp曲线

3.3 岩石锚杆抗拔静载试验结果分析

安庆火车站站前广场工程 7根试验性岩石锚杆SMG1、SMG2、…、SMG7的桩端持力层为第⑦层—中风化砂岩；杆长分别为24.35m 、24.90m 、23.70m 、24.00m 、23.40m 、23.70m 、24.90m；锚杆直径均为6Φ32mm，最大试验荷载（0.8×As×fptk）为1550kN；抗拔承载力极限值均为 1550kN；最大上拔量分别为15.45mm、14.19mm、17.50mm、21.03mm、19.93mm、22.94mm、18.74mm；最大弹性位移分别为6.16mm、5.65mm、6.97mm、8.38mm、7.94mm、9.14mm、7.47mm；最大塑性位移分别为 9.29mm、8.54mm、10.53mm、12.65mm、11.99mm、13.80mm、11.27mm；抗拔承载力特征值均为775 kN。

4 抗浮锚杆仿真模拟试验

4.1 仿真模型

对抗浮锚杆受力变形情况进行flac3D的仿真模拟分析。通过对工程条件的分析，本次模拟采用摩尔-库仑模型，岩土体模型釆用八节点六面体单元。锚固体的计算模型取50×50×50的立方体块，锚杆布置在模型的中心，锚杆长度取24m。如图4所示。

图4 模型网络划分图

如图4所示，中间部分代表为抗浮锚杆所处位置，从中部向外部边缘部位逐步发散，由密集变的稀疏。

4.2 荷载的施加

通过逐级施加荷载的方法，在施加荷载的过程中监控岩土体的位云图、锚杆的轴力变化以及锚杆的节点位移。

4.3 模拟结果分析

从图5中可看出在荷载的作用下，锚杆的变形位移沿着锚杆深度方向呈现逐渐减小的趋势，说明荷载的传递是由上而下的，符合工程实际。

从图6中可看出在荷载的作用下，锚杆的轴力整体变化趋势是沿着锚杆深度方向是逐步减小的。但锚杆轴力的最大值并不是在锚杆顶部，经分析认为：由于在荷载作用下的岩土体发生了变形，锚杆的内力发生了重分布。

图5：锚杆位移云图

图6：锚杆应力云图

5 结 论

通过安庆火车站站前广场工程 7根试验性岩石锚杆的现场抗拔试验与 flac3D的仿真模拟分析相结合，可以得到如下结论：

①锚杆的变形位移沿着锚杆深度方向呈现逐渐减小的趋势，说明荷载的传递是由上而下的，符合工程实际；

②锚杆的轴力整体变化趋势是沿着锚杆深度方向是逐步减小的，但锚杆轴力的最大值并不是在锚杆顶部，经分析认为：由于在荷载作用下的岩土体发生了变形，锚杆的内力发生了重分布。

［1］陈后中.岩石锚杆在基坑抗浮中的应用［J］.城市建筑，2013（22）.

［2］吴靖坤.抗浮锚杆工程设计应用研究［J］.江苏建筑，2015（5）.

［3］程广朝.岩石锚杆抗浮在青岛客站地下候车室施工的应用［J］.路基工程，2011（1）.

［4］CECS22：2005 ，岩土锚杆（索）技术规程［S］.北京：中国计划出版社，2005.

［5］韩磊.岩土锚杆试验技术讨论［J］.福建建筑，2015（2）.

TU452

B

1007-7359（2016）02-0252-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.090

陈朝晖（1968-），男，福建福州人，工程师，主要从事地基基础检测工作。