基于锚固荷载传递模型锚固技术在应急抢险工程的应用

2023-12-01徐华

河南水利与南水北调 2023年10期

徐华

（广东弘为建筑工程有限公司，广东广州 510640）

1 横海头涌应急抢险锚固工程

1.1 横海头涌应急抢险锚固工程概况

横海头涌（彭加木中学）应急抢险工程位于白云区松洲街，工程针对彭加木中学内涝问题进行应急抢险；横海头涌（彭加木中学）段边坡坡度在30°～46°之间，其在连续强降雨情况下，其边坡冗余出现滑动变形情况，位于边坡下方的公路受到严重威胁。该区域地表植被丰度不足，主要为灌木和青梅等植物，且该区域地表水系不够发达，导致其疏水性较差。将锚固工程应用到横海头涌应急抢险过程中，分析锚固工程在该区域应急抢险中的作用。

1.2 基于锚固荷载传递模型的锚固体荷载参数计算

锚固体是承载和分担建筑物推力的重要部分，分析锚固体的荷载传递特性，为横海头涌边坡加固提供数据依据。在分析锚杆的荷载传递特性时，为计算简便，选取锚固微段作为锚固体计算对象，其由dx 表示。建立该锚固体轴向方向力平衡方程，其表达公式如下：

式中，ζ表示锚固体截面周长；P（x）表示锚固体截面轴力；τ（u）表示锚固体界面剪应力；u 表示相对滑移数值；d 表示锚固体直径；x为锚固体深度。

对公式（1）进行变形处理，则有：

式中，εx表示锚固体截面拉伸应变；Q、A 分别表示锚固体弹性模型和截面面积。

锚固体在工作时，假设其位于半无限空间体内，则依据公式（2）-（4），其剪切滑移本构关系如下：

依据公式（5）条件，则锚固体在深度上的轴力和剪切摩阻力计算公式如下：

依据公式（6）、（7）即可得到锚固体深度为时其轴力和剪切摩阻力，依据该数值，设计横海头涌（彭加木中学）应急抢险工程内锚固结构。

1.3 锚固工程结构设计

依据横海头涌彭加木中学段边坡坡度，设计4级边坡锚固工程结构。第一级为1∶1.00 加厚护面墙+预应力锚索地梁，第二级为1∶1.05预应力锚索框架；第三级为1∶1.05镀锌网植草灌；第四级为1∶0.85预应力锚索框架+镀锌网植草灌。以锚锭锚体为例，给出其剖面图，见图1。

图1 锚锭锚体结构剖面图

2 锚固工程施工步骤分析

第一步：测量放样。第二步：基槽开挖。第三步：地基处理。基槽施工完成后，验证基槽的承载力是否符合锚固工程施工标准，若承载力不符合锚固工程施工标准，可采用替换填片石、填筑碎石的方式增加基槽的承载力。基槽符合施工标准后，需及时进行下一步工序，避免基槽暴露过久，出现干缩、裂纹现象。第四步：钢筋加工及安装。锚固工程施工过程中应用到的钢筋，需依据设计图纸进行下料，对于钢筋的规格、数量、尺寸等进行把控，在组装钢筋骨架时，骨架偏差和钢筋焊接需依据施工设计需求进行操作。同时保障钢筋表面干净整洁、无损伤，在钢筋材料准备完成后，先定位钢筋绑扎弹线，钢筋焊接位置不可过于集中，较为集中的钢筋焊接位置会影响其结构稳定性和抗荷载能力。在焊接钢筋接头时，受弯构件的受拉区，不得超过结构的50%，且焊接后的钢筋骨架，不得出现扭曲、倾斜情况。在钢筋构件绑扎完成后，需经过技术人员专业检验合格后，方可应用到锚固工程中。第五步：钻孔。在钢筋加工和安装步骤后，需对锚固工程施工时的脚手架进行钻孔。先确定脚手架钻孔位置，并保障钻杆和锚杆方向相同，同时严格把握钻进角度。当钻孔完毕后，对孔内残留的石渣、粉尘进行清理后，可向钻孔内下锚杆，当锚杆与钻孔之间存在缝隙时，利用布条对缝隙进行填堵。第六步：锚筋制作与安装。在横海头涌彭加木中学段，其锚固工程采用预应力锚筋，其在加工前，利用砂轮切割机切割钢绞线，锚筋误差控制在3 cm之内，且锚筋不可出现损伤或锈蚀情况。将切割好的锚筋使用铅丝固定并做防水处理。锚筋制作完成后，其经过工程施工标准检验合格后，由专业人士进行安装施工。锚筋在安装过程中，需平稳均匀地将锚筋推进钻孔内，并固定导向帽和对中器。第七步：混凝土浇筑。锚固工程浇筑混凝土工序，需利用混凝土罐车运输混凝土，泵车输送混凝土，在该过程中需多方作业，因此需合理配置技术人员和施工人员。第八步：混凝土的振捣。第九步：混凝土的养护。第十步：基坑回填。第十一步：张拉。对于锚索和锚杆之间的预应力施工，使用拉力和最大行程分别为150 t、200 mm的千斤顶进行，由于每个锚索与锚杆之间的预应力受其应力筋的长短存在一定差异，千斤顶和不同拉力对应的油表需进行换算处理。在张拉锚索时，可选择先长后短的顺序来施工，且保障每个锚索和锚杆小单元之间的张拉程度，满足锚杆应力标准。张拉应力筋时，应力筋锁定时间不得低于48 h，当应力筋在该过程中出现松弛现象时，需立即补偿张拉。当应力筋满足拉力标准后，裁剪多余的应力筋，并使用混凝土进行封锚处理。第十二步：施工变形监控。

3 基于锚固荷载传递模型的锚固技术效果分析

横海头涌彭加木段锚固工程施工完成后，施工质量进行检验，分析文章方法实际应用效果。验证此方法计算锚固体荷载参数计算能力，以锚固荷载传递模型的损失函数数值作为衡量指标，测试在不同迭代次数下，模型损失函数变化情况，见图2。

图2 锚固体荷载参数计算能力测试结果图

由图2可知，所用方法计算锚固体荷载参数时损失函数数值与迭代次数成反比关系，在迭代次数为15次时，损失函数值为0，且随着迭代次数增加，损失函数值始终保持0。说明方法计算锚固体荷载参数泛化能力较好，计算精度较高。

以横海头涌彭加木段锚固工程10 个锚杆作为实验对象，使用上述方法计算其锚固力参数，见表1。

表1 横海头涌彭加木段锚固工程锚固力参数计算结果表

分析表1可知，应用方法可有效计算横海头涌彭加木段锚固工程锚固力参数，为后续横海头涌彭加木段锚固工程施工提供有效参数依据。

给出应用文章方法对锚固工程施工时锚筋施工工序，分析方法实际应用效果，结果可知，将方法应用在横海头涌应急抢险工程中，在锚筋施工工序内，锚筋钻孔较为规整，锚筋穿过钻孔时，其边缘不存在缝隙，且锚筋分布较为均匀，锚筋也不存在变形、锈蚀情况。综上结果：锚固工程应用在横海头涌应急抢险工程中，可有效提升横海头涌区域边坡稳定性，增强区域抗洪水侵蚀能力。