不同风化场地下涨壳锚杆抗拔特性现场试验研究

2020-10-23谢宾王瑜陈斌徐旭东涂德敏郑朝阳

工程建设与设计 2020年18期

谢宾，王瑜，陈斌，徐旭东，涂德敏，郑朝阳

（国网浙江省电力有限公司温州供电公司，浙江温州325000）

1 引言

在拉拔工况下，普通锚杆由于受力不均匀难以充分发挥岩石的承载力；而采用大开挖浇筑混凝土的方式，费用较高且工期较长[1，2]。为了能找到更经济实用的方法，赵俭斌等[3]从结构上创新制作出膨胀头岩石锚杆，通过现场试验对比分析了膨胀头岩石锚杆与普通锚杆的区别。然而其现场试验场地单一，未能考虑岩石风化程度对膨胀头岩石锚杆抗拔强度的影响。

本研究选用2种不同风化程度的场地，通过涨壳和普通锚杆的现场拉拔试验结果对比，深入了解了涨壳锚杆抗拔作用机理及受岩石风化影响程度。

2 现场试验

2.1 工程概况

本研究选用场地地貌单元为低山丘陵地貌，总体来说试验场地地形较平坦。其中，西侧试验场地位于路边一边坎上，高出路面约1m，勘察结果显示为中风化场地；东侧试验场地位于开挖后山体山脚下，高出路面约0.5m，为中风化场地。

2.2 锚杆及黏结材料

锚杆材料选用35号钢优质碳素结构钢，其具有良好的塑性和适当的强度，抗拉强度大于530MPa。黏结材料采用M30水泥砂浆，配合比为水泥∶砂∶外加剂∶水=1∶2.7∶0.018∶0.38。

2.3 锚杆类型

为了对比不同风化程度场地下涨壳锚杆抗拔特性，在强-中风化场地和中风化场地打入涨壳锚杆及普通锚杆各1根，锚杆直径52mm，钻孔直径110mm，锚固长度2.5m。其中，涨壳锚杆在普通锚杆端部加装自主研发的涨壳头，当锚杆放入孔底时，转动杆体施加一定扭矩，使得底部涨壳头张开，嵌固在底部岩石上。

2.4 试验方案

待水泥砂浆养护28d后开始锚杆拉拔试验。试验采用150t空心千斤顶，在处理平整的岩石面上放置15cm厚垫板，将千斤顶套入锚杆，对准中心，然后采用拉拔夹具紧紧固定在千斤顶孔口顶部。试验加载过程符合GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》及CECS 22:1990《土层锚杆设计与施工规范》中有关规定。采用循环加卸载，初始荷载取预计极限抗拔承载力的1/10，每级加载量按照极限抗拔荷载的0.2倍逐级增加。加载完成后，间隔5min读取锚杆位移变化。当筋材明显拔出、锚固体明显拔出或者锚杆杆体破坏时，终止加载。

3 锚杆拉拔试验结果分析

由图1不同场地下涨壳与普通锚杆抗拔曲线对比图可以看出，无论在强-中风化场地还是在中风化场地，相同条件下的涨壳式锚杆拉拔强度均高于普通锚杆。中风化场地的涨壳锚杆抗拔强度最高，强-中风化场地的普通锚杆抗拔强度最低。此外，锚杆抗拔强度的提高程度也明显受到场地风化程度的影响。对于中风化场地，涨壳锚杆10mm拉拔位移对应的拉拔荷载为635kN，对应的普通锚杆拉拔荷载为437kN，抗拔强度提高45%。而对于强-中风化场地，涨壳锚杆10mm拉拔位移对应的拉拔荷载为511kN，对应的普通锚杆拉拔荷载为447kN，抗拔强度仅提高约15%。

图1 不同场地下涨壳与普通锚杆抗拔曲线

之所以出现这样的差别，是因为不同风化场地下岩石锚杆的破坏模式不尽相同。图2为不同场地下涨壳与普通锚杆破坏形式。可以看出，当岩石风化程度较低（中风化场地）时，锚固体与岩石之间的黏结力足够强，锚杆的破坏模式为锚筋拉出或者锚筋断裂。对于普通锚杆破坏模式为锚筋拉出（见图2b），对于涨壳锚杆，由于涨壳头与岩石较强的嵌固力的存在，发生的破坏模式是锚筋拉断（见图2a），因此，能够大大提高锚杆的抗拔力。然而，当场地风化程度较高（强-中风化场地）时，锚固体与岩石之间的黏结力较弱，发生锚固体拉出破坏模式的可能性最大。本研究中，强-中风化场地的涨壳和普通锚杆的破坏模式均为锚固体拔出（见图2c和图2d），两者之间的抗拔强度差别不大。由于涨壳锚杆与周围岩石之间有一定的嵌固力，因此，拉拔强度较普通锚杆有一定程度的提高。