探讨基础锚杆抗拔试验中锚杆的位移状况及破坏形式

林铭

摘 要：本文通过对某工程基础抗浮锚杆基本试验过程及试验数据进行研究分析，论述在粉质黏土层及风化岩层基础锚杆的破坏形式与位移状况。并对其进行分析。

关键词：基础锚杆；弹性位移；塑性位移；粉质黏土层；风化岩层

中图分类号：U213 文献标识码：A

基础锚杆是将基础承受的向上竖向荷载，通过锚杆的拉结作用传递到基础底部的稳定岩土层中去的锚杆。此类锚杆多设置于建筑物地下室基础中，利用岩土层与锚固体的黏结力摩阻力来实现抗浮功能，造价低，施工较抗拔桩方便，施工工期短。

一、基础锚杆破坏形式的研究

从锚杆的受力性状分析，锚杆抗拔力是有锚杆体的材料的抗拉强度，孔内注浆体的黏结强度以及孔内注浆体与周围岩土体的抗剪强度3个指标决定的。一般情况下，对于土层锚杆，注浆体的与锚杆体的黏结强度远大于注浆体与周围土体的剪切强度，锚杆抗拔力主要由注浆体与周围土体的抗剪强度决定；对于岩石锚杆，岩石强度远远大于土的强度，锚杆抗拔力主要由锚杆体的材料强度及注浆体与锚杆体的黏结强度决定。

这里以广州某工程的基础锚杆抗拔基本试验为例，研究基础锚杆的破坏形式及其对应的位移状况。该工程地上32层，地下3层，地下室基础部分设置基础抗浮锚杆，基础锚杆的深度范围的地层主要有：粉质黏土、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩及微风化泥质粉砂岩，各处地层出露厚度不均。粉质黏土可塑，由黏粒和粉粒组成；全风化泥质粉砂岩原岩结构已完全破坏，岩芯呈坚硬土状，岩芯浸水易软化；强风化泥质粉砂岩裂隙发育，岩芯呈块状、短柱状，岩芯浸水易软化；中风化泥质粉砂岩裂隙较发育，岩芯呈块状、短柱状；微风化泥质粉砂岩岩石稍完整，岩芯多呈短柱状或柱状，岩质软。根据地质报告，将布设基础锚杆的地层分为3个区，分别命名为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ區。其中Ⅰ区粉质黏土厚度为4.0m～6.0m，强风化泥质粉砂岩厚度为1.1m～2.1m，其下为中微风化泥质粉砂岩。

Ⅱ区强风化泥质粉砂岩厚度为5.0m～10.0m，其下为中微风化泥质粉砂岩；Ⅲ区强风化泥质粉砂岩厚度为2.0m～4.0m，中风化泥质粉砂岩厚度为1.1m～5.0m；微风化泥质粉砂岩厚度为1.3m～8.20m。试验分别在Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区各做一组，每组两根。其中Ⅰ区设计抗拔承载力特征值为200kN，Ⅱ区及Ⅲ区设计抗拔承载力特征值为380kN。锚杆体材料HRB400螺纹钢筋，根数为3φ28，注浆材料采用42.5#纯水泥浆，二次高压注浆成锚，两次注浆水灰比均为0.50。试验于注浆后28天进行。

由表1可以看到在不同锚固地层中，基础锚杆的破坏形式。在Ⅰ区中，由于注浆体与锚杆体的黏结强度大大高于注浆体与土体交界处的剪切强度，在较大的荷载作用下，注浆体与土体界面处剪力不足以抵抗施加于锚杆上的垂直上拉荷载，表现为界面处的土体发生破坏变形，土体开裂，锚杆体与注浆一同被拉出，锚杆表现为较大的位移。在Ⅱ区中，由于注浆体与岩体的剪强度大于锚杆体与注浆体的黏结强度，在施加于锚杆上的垂直荷载接近极限时，锚杆相对于围岩体产生较大的位移，主要原因为锚杆体与砂浆的粘结力较小，在外荷载作用下，钢筋上部应力较大，下部应力较小，当荷载继续增大，钢筋中部应力增大，但下部应力仍然较小。当荷载接近极限时，钢筋中上部的均达到屈服强度，钢筋局部变形过大，当荷载继续增大时，钢筋与注浆体脱离，发生向上的滑移。Ⅲ区与Ⅱ区类似，由于锚杆应力分布不均匀，锚杆顶端受力和变形最大，这往往表现为锚头位移增大或锚头附近钢筋被拉断。

二、基础锚杆位移状况的研究

表2为Ⅰ区基础锚杆基本试验弹塑性位移数据，该区域锚杆锚固于粉质黏土层中，在较小的荷载区段，锚杆的弹性位移大于塑性位移，随着荷载逐渐增大，锚杆的塑性位移也逐渐增大，当塑性位移大于弹性位移时，锚杆已逐渐进入破坏阶段。表3为Ⅱ区基础锚杆基本试验弹塑性位移数据，该区域锚杆锚固于强风化泥质粉砂岩中，弹性位移整体大于塑性位移，塑性位移增长平缓，弹性位移在荷载较小时增长缓慢，较大荷载作用时弹性位移急剧增长，荷载继续增大时，锚杆破坏。

锚杆在张拉过程中，摩阻力由锚固体顶部向底部传递，锚杆各部分的弹塑性位移逐渐发挥。对于粉质黏土层，在荷载初始阶段，锚杆在拉力的作用下弹性位移大于锚侧土体的弹性位移，但荷载施加至一定阶段，锚侧土体率先进入塑性变形状态，锚侧土体破坏，塑性位移迅速增加，弹性位移增量相对较小，因此，塑性位移不收敛导致锚杆发生破坏。对于风化岩层，注浆体与岩石的黏结强度较大，整个锚杆体系的弹性模量大，因此，在荷载施加阶段锚杆弹性位移增长较快，塑性位移增长平缓。

结论

通过对该工程3个区域的基础锚杆基本试验的结果分析，得出以下结论：

（1）对于锚固与粉质黏土中的锚杆，注浆体与周边土层的抗剪强度决定着锚杆的抗拔承载力，锚杆破坏特征为周边土体的破坏；而锚固于风化岩层的锚杆，由于注浆体与周边岩层的抗剪强度高，锚杆与注浆体的黏结强度相对薄弱，表现为锚杆体材料屈服或拉断，注浆柱碎裂。

（2）对于锚固与粉质黏土中的锚杆，锚杆破坏是位移特征为塑性位移不收敛，而锚固于风化岩层的锚杆，锚杆破坏是位移特征为弹性位移不收敛。

参考文献

[1] DBJ 15-60-2008，建筑地基基础检测规范[S].

[2] GB 5007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3] CECS 22：2005，岩土锚杆（索）技术规程[S].