土钉与锚杆抗拔承载力试验的探索与研究

2022-05-13徐晓滨刘少情郭呼胜

工程质量 2022年3期

徐晓滨，刘少情，郭呼胜

（呼和浩特市四方工程质量检测试验有限公司，内蒙古呼和浩特 010020）

0 引言

近几年来，我国城市化进入了一个新的发展时期，作为城市化产物之一高层建筑越来越多，高度越来越高，相应基坑越来越深，而许多高层建筑物又是在密集的建筑群中施工，由于场地狭窄，深基坑不可能放坡开挖，必须支护，并且基坑临近常有必须保护的永久性建筑及市政公用设施，对基坑稳定安全的控制要求很高。因此建设单位、施工单位对基坑支护的检测越来越重视。

1 工程实例

1.1 项目概况

对恒大城项目地块 1-1 地库基坑边坡支护工程锚杆进行检测。恒大城项目地块 1-1 地库基坑边坡支护工程建筑场地位于呼和浩特市新城区成吉思汗大街与展东路交汇处一家村，建筑基坑支护结构安全等级除 6-6 剖面为三级，其余剖面为一级（见图 1）。

图1 恒大城项目基坑边坡支护工程

2 基本要求

土钉支护形式主要适用于基坑侧壁不具备放坡条件，地下水位较低，基坑外有置入土钉的空间，土层为黏性土、粉土等具有一定自持能力的土层，一般基坑安全等级为二级或三级基坑。而锚杆结构由锚头、拉杆和锚固体三部分组成，其杆件一端与支护结构构件连接，另一端必须锚固在稳定岩土体中，由于是主动受力构件，长度又比土钉长得多，其支护能力比土钉大，多用于深基坑工程，一般基坑安全等级为一级或二级基坑。

2.1 荷载计算

本次试验做了 78 根锚杆的抗拔承载力验收试验，锚杆所在的基坑安全等级为一级，试验采用锚杆拉拔仪加载装置，单循环加载法，荷载采用联于加压泵上的测力计测读拉力，锚杆位移量由位移表测定。最大荷载值取轴向拉力标准值的 1.4 倍（见表 1）。

表1 单循环加载试验的加载分级与锚头位移观测时间

2.2 相关要求

锚杆抗拔承载力检测试验，其锚头位移测读和加、卸载应符合下列规定［1］。

1）初始荷载下，应测读锚头位移基准值 3 次，当每间隔 5 min 的读数相同时，方可作为锚头位移基准值。

2）每级加、卸载稳定后，在观测时间内测读锚头位移不应少于 3 次。

3）当观测时间内锚头位移增量≤1.0 mm 时，可视为位移收敛；否则，观测时间应延长至 60 min，并应每隔 10 min 测读锚头位移 1 次。

4）当该土钉位内移增量＞2.0 mm 时，可视为锚头位移收敛，否则视为不收敛。

5）锚杆试验中遇到下列情况之一时，应终止继续加载。

①从第二级加载开始，后一级荷载产生的单位荷载下的锚头位移增量大于前一级荷载产生的单位荷载下的锚头位移增量的 5 倍。②锚头位移不收敛。③锚头杆体破坏。

2.3 数据分析

本次所检的 78 根锚杆加载到轴向拉力设计值的 1.4 倍，在各级抗拔承载力检测值下锚杆位移收敛，且测得锚杆自由段的弹性位移量大于杆体自由段长度理论弹性伸长量的 80 %，所检项目均符合标准要求。本文给出了 4 根具有代表性的锚杆试验参数（见表 2），并根据试验过程中采集的荷载与位移的数据绘制了对应 4 根锚杆的荷载-位移（Q-s）曲线图，如图 2 所示。

图2 锚杆荷载-位移（Q-s）曲线图

3 检测设备改进和开发

3.1 试验设备改进

在试验过程中将现有的检测设备进行了改进和开发，并制作了一种便于试验的位移传感器固定支架（见图 3）。

3.2 检测工具开发的目的

通常在工地现场做锚杆和土钉的抗拔承载力检测试验时，每个构件必须设置一个基准梁，基准梁需要固定在护坡靠近锚杆的位置，一般采取的方式是在护坡上打膨胀螺丝，用膨胀螺丝固定基准梁，对于位置较高的试验部位实际操作的时候难度较大，耗时耗力（见图 4），且土钉锚杆在护坡上的分布位置高低不均，施工过程中喷射混凝土面平整度没有一定的保证，且表面强度不均匀，抗拔试验时混凝土表面沉降不均匀，影响基准梁的稳定，这给试验时位移传感器基准梁的设置带来了技术难点。

图4 未改进设备前锚杆抗拔承载力现场试验

为了切实解决工作实际中所遇到的困难，故而向着结构简单，适应性强，设置在护坡下不受试验力的影响且可以随意调整传感器高度及角度的工具方向研究发展，笔者单位自制的位移传感器支架解决了传统基准梁放置困难，耗时的问题，取代了传统基准梁的设置方式，适应各种复杂的基坑、边坡、支护环境，大大提高了工作效率，提高试验精度，降低劳动强度，节省人工；同时该装置具有结构简单，取材便利，制作容易，可操作性强、适用性强等特点（见图 5）。

图5 设备改进后锚杆抗拔承载力现场试验

3.3 检测工具的使用

锚杆抗拔承载力试验的位移传感器支架，组成如图 3 所示。

底座安装有带脚刹的万向轮，方便在工地上移动该装置；底座上分别铰接有定位杆、角度调节杆，角度调节杆上开设有沿其长度方向设置的导向槽，导向槽上设有快卸螺栓套件，角度调节杆通过快卸螺栓套件与定位杆固定连接，在导向槽的配合作用下，通过调节定位杆与角度调节杆之间的孔位和角度，使得磁力表座上的位移传感器与锚杆的顶部接触。

本试验对锚杆加荷时，加荷方向必须始终平行锚杆在土层中的延伸方向，由于加荷时锚杆的端部会进行不定向的偏移，这会导致位移传感器顶针脱离锚杆末端造成试验失败。本装置配套做了一个固定在锚杆末端供位移传感器顶针平移的钢片平台（见图 6），本装置中的位移传感器的固定方式，适应了各种复杂的基坑、边坡、支护环境，大大提高工作效率。

图6 设备改进后锚杆抗拔承载力现场试验局部细节

3.4 开发过程

该检测工程的开发项目由笔者单位承担，项目启动前进行了充分的调研工作，2019 年 4 月项目开始实施，项目组按照科技计划任务的规定，对项目的总体技术方案、处理工艺、各处理单元关键技术、开展了深入具体的研究，并通过不断的现场试验研究确定最佳改进方案。到 2020 年 12 月，项目组如期完成了项目任务规定的预期效果，项目的总体执行如下。

1）2019 年 4 月，成立项目组，制定研究方案，设计目标等活动。

2）2019 年 4 月～2019 年 5 月，结合相关标准规范要求与一线检测人员反馈检测装置设计问题，并完成装置设计初稿。

3）2019 年 6 月～2019 年 8 月，开展装置可行性论证工作，听取各方意见，优化装置设计，制备初代试验工具。

4）2019 年 9 月～2020 年 9 月，用初代试验工具进行大量的试验验证工作，通过反复调试修整，并最终达到使用要求。

5）2020 年 11 月～2020 年 12 月，整理相关资料文本，进行成果鉴定，完成结题验收，进入试验正常使用、统计分析、持续改进阶段。