中风化岩地基中两种不同材质抗浮锚杆的承载性能和变形特性
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锚杆的研究具有重大意义% 抗浮锚杆作为岩土锚固的一种类型"包括内锚
固和外锚固"内锚固是指抗浮锚杆与基岩的锚固&外 锚固是指抗浮锚杆与建筑和构筑物底板的锚固"而 抗浮锚杆内锚固段的核心问题是砂浆与锚杆! 第 一
!国家自然科学基金资助项目!S348‘413# &教育部高等学校博士学科 点专项科研基金资助项目!45377843335557# &山东 省 自然 科 学 基 金 青 年基金 资 助 项 目 ! Vb4531>>n5‘ # & 山 东 省 高 等 学 校 科 技 计 划 项 目 ! R31C@54# &青岛市应用基础研究计划项目!31 YS Y3 Y7W YE-=# % 第一作者’朱磊"男"3WW3 年出生"硕士研究生% 通 信 作 者 ’白 晓 宇 "J)(N(),G$S7‘ X317 B-,I% 收稿日期’4531 Y58 Y3‘
中风化岩地基中两种不同材质抗浮锚杆的承载 性能和变形特性!
朱6磊3 6张明义3!4 6白晓宇3!4
!3B青岛理工大学土木工程学院" 山东青岛6411577& 4B青岛理工大学蓝色经济区工程建设与 安全协同创新中心" 山东青岛6411577#
66摘6要! 为深入研究中风化岩中玻璃纤维增强 材 料 ! @;b_# 抗 浮 锚 杆 的 承 载 性 能 和 变 形 特 性"通 过 改 进 的位移测试装置记录了钢筋和 @;b_两种不同材质抗浮锚杆发生破坏时杆体和锚固段的上拔量% 结 果 表 明’ 两种锚杆破坏形态为拔断破坏或滑移剪切破坏"承载力和变形均能够满足工程需求% 研究结果充分验证了 @;b_锚杆的先进性和合理性&得到了抗浮锚杆 最 佳 锚 固 长 度 和 承 载 力 取 值 方 法&提 出 了 锚 杆 拉 拔 试 验 中 增 设杆体位移测试装置的建议% 66关键词! 中风化花岗岩& @;b_抗浮锚杆& 承载性能& 变形特性& 最佳锚固长度 66!"#’ $%&$’(%) *+,-.+/(%$0$(%$0
$N试验方案
$&$ N 试 验 场 地 地 质 概 况
试验在青 岛 市 崂 山 区 某 工 程 已 开 挖 基 坑 内 进
行"场区内基岩种类较多"岩性较复杂% 根据工程勘
察报告可知’所选试验场地内主要为中风化花岗岩"
呈红褐色"裂隙面 大 部 分 变 色" 敲 击 声 较 清 脆" 有 轻
微回弹"岩 芯 呈 短 柱 状 或 块 状% 岩 石 厚 度 为 7/4 [ 3‘/7 I"平均厚度为 1/0 I"重 度 为 40/S O2dI7 "岩
工业建筑64531 年第 01 卷第 34 期
界面# $砂浆与岩体 ! 第二界面# 的黏结机制*8+ % 目 前" 对 砂 浆 锚 杆 锚 固 性 能 的 研 究 有 以 下 特 点 *‘ Y34+ ’ 3# 大多选用混凝土来模拟岩层&4# 多集中在小直径 试件强度测试&7# 选用砂浆强度较高"不利于工程 应用&0# 杆体锚固长度较 短"受 尺 寸 效 应 的 影 响&S # 钻孔直径较小"与实际工程不符&1# 未与钢筋锚杆 作对比试验% 本研究在前期试验基础上"立足工程 实际"改进拉拔试验测试装置"在中风化花岗岩中埋 设较长的钢筋和 @;b_抗浮锚杆"比较两种材料抗浮 锚杆的破坏形态"计算杆体与锚固体的相对位移"分 析锚杆体系界面的黏结性能"为 @;b_抗浮锚杆的推 广应用及相关标准的制定提供数据储备%
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浮锚杆所用钢筋为直径 4‘ II的 螺 纹 钢 筋"钢 筋 屈
服强度为 705 \_)"极 限 抗 拉 强 度 为 S85 \_)"伸 长
率为 3‘Z% 试验锚 杆 总 长 为 ‘/5"1/5 I" 嵌 入 岩 层
深度分别为 1/S"0/S I"自由段长度均为 3/S I% 试
验锚杆参数见表 3%
6
75 -I的手动式油压穿心千斤顶提供"千斤顶所提 供 的拉拔力由经 标 定 好 的 山 东 科 技 大 学 生 产 的 \@] S55 锚 索 测 力 计 及 @TR4Q 型 检 测 仪 ! 量 程 为 3 555 O2"误差不 大 于 3 O2# 进 行 测 量% 试 验 需 测 量杆体和锚固体的上拔量"在试验装置安装前"将自 行设计的位 移 测 试 装 置 ! 半 圆 钢 管 和 角 钢 焊 接 件#
在锚杆锚固端绑扎托架后"下放至孔内"灌入强 度等级为 \75 的 水 泥 砂 浆"保 证 孔 内 砂 浆 密 实" 并 保留砂浆试件"在 同 条件 养 护 4‘ # 后"测 得 其 平 均 抗压强度为 70/3 \_)% $&’&’N 试验仪器的安装
试验装置为自行设计的抗浮锚杆拉拔装置"如 图 3 所示% 因 @;b_筋 材 抗 剪 性 能 较 差" 需 提 前 在 加载端用结构胶黏结钢套管进行保护"钢套管长度 为 3/5 I"内径为 0S II"壁厚为 S II&钢 筋 抗 浮 锚 杆则不需处理% 试验装置安装前"清理锚固体外露 的浮浆"并打磨出一块平滑面"用于拉拔时测量锚固 体的位移量% 试验装置安装完毕后"在最上端将穿 心铁块牢固焊接在钢套管上"用于提供反力&钢筋抗 浮锚杆则直接将穿心铁块焊接在钢筋上即可%
中 风 化 岩 地 基 中 两 种 不 同 材 质 抗 浮 锚 杆 的 承 载 性 能 和 变 形 特 性 """ 朱 6 磊 !等
86W
用结构胶对称安装 在 距 锚 固 体 上 端 3 -I 的 出 露 锚 杆上"钢筋抗浮锚杆则对称焊接两个角钢即可"安装 完毕 后" 将 精 度 为 5/53 II$量 程 为 75 II 的 百 分 表垂直安装在相应的位移测试装置上"用于测量每 级荷载作用下锚杆的上拔位移量&在拉拔试验前"将 两个铁片用黄油对称黏贴在锚固体上端的外露平面 上"在 铁 片 上 方 竖 直 固 定 精 度 为 5/53 II$ 量 程 为 75 II的百分表"测 量 每 级 荷 载 作 用 下 的 锚 固 体 的 上拔量% $&’&O N 试 验 加 载
表 $N;6:?和钢筋抗浮锚杆参数 9GCSJ$N?GFGVJEJFLX;6:?GUMFJCGFGUETQXSLGETU- GUHZLFD
编号
@‘ @1 T‘ T1
直径 d 数量 d
II 根
4‘
7
4‘
4
4‘
7
4‘
7
总长 d I ‘/5 1/5 ‘/5 1/5
锚固长度 d 自由段长度 d
I
I
1/S
3/S
产"为表面黏 砂 型"经 拉 挤$缠 绕 螺 纹$固 化 一 次 成
型% 主要成分为玻璃纤维和环氧树脂"经出厂测试"
树脂体积分数为 4SZ"玻璃纤维 体 积 分 数 为 8SZ" 密度为 4/3 <d-I7 & 极 限 抗 拉 强 度 为 18S \_)" 极 限
抗剪 强 度 为 3S5 \_)"弹 性 模 量 为 03 @_)% 钢 筋 抗
<71:#2; ?7:6":@12A712! !76":@19#"2 AB1:1A97:#59#A5"6129#Q63"19#2; 12AB":56": 98" !#667:729@197:#135#2 @"!7:19734 8719B7:7! :"AI 5#97
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石饱和单轴抗压强度为 03 \_)"内摩擦角为 S3p"泊
松比为 5/7"弹性模量为 S/5 @_)% 场区内地下 水位
埋深为 3/‘ [‘/7 I%
$&( N 试 验 锚 杆 参 数
试验抗浮锚杆总数为 33 根"采用 @;b_和 钢筋
两种材 料% 其 中 @;b_抗 浮 锚 杆 由 南 京 某 公 司 生
0/S
3/S
1/S
Hale Waihona Puke 3/S0/S3/S
66注’编号中 @$T 分别为 @;b_和钢筋"‘ $1 分 别 为 试 验 锚 杆 的 总 长度%
$&’ N 试 验 过 程 $&’&$ N 锚 杆 定 位 $钻 孔
在场地内先用挖掘机将表面覆土和碎石清理干 净至岩 层"在 待 钻 孔 处 做 好 标 记"保 证 各 孔 间 距 为 7/5 I"然后根据各锚杆入岩深度用潜 孔钻 机 分别 竖 直钻孔至 8/5"S/5 I处"钻孔深度超过锚杆有效长度 5/S I% 钻孔直径为 345 II"钻孔过程中全程取芯% $&’&( N 锚 杆 的 下 放
玻璃纤维增强塑 料 ! @;b_# 锚 杆 既 能 满 足 工 程 中所需的抗拉强度"又能弥补传统钢筋锚杆易受腐 蚀的缺点&同时"因 其 良 好 的 抗 电 磁 干 扰 能 力" 打 破 了地铁等城市轨道交通建设项目中因杂散电流而不 能使用抗 浮 锚 杆 的 限 制 *0 Y1+ % 因 此" 对 @;b_抗 浮
66锚固 体 系 在 岩 土 工 程 和 隧 道 工 程 领 域 应 用 广 泛% 在工程中"理想的锚杆材料应具有抗拉强度高$ 抗腐蚀性好$低松弛性及抗电磁干扰能力强等性能% 近年来"建筑 材料 领 域 日 新 月 异 $ 推 陈 出 新 " 基 坑 支 护及结构加固等工程中纤维增强塑料! ;b_# 的 引入 和推广"使加固手段取得了较大的发展"并且逐渐得 到了各类科研机构和工程建设单位的青睐 *3 Y7+ %
3 ,钢套管& 4 ,@;b_抗浮锚杆& 7 ,穿心钢板& 0,穿心焊接铁块& S,锚索测力计& 1,穿心千斤顶& 8,穿心梁& ‘,百分表& W,焊接角钢& 35,工字钢& 33,基岩% 图 36试验装置示意 ;(<B3 6 T-=:I)&(-,K&:%&#:L(-:
$&’&) N 试 验 测 试 装 置 及 改 进 试验拉 拔 力 由 3 台 量 程 为 3 555 O2$ 行 程 为
锚杆的研究具有重大意义% 抗浮锚杆作为岩土锚固的一种类型"包括内锚
固和外锚固"内锚固是指抗浮锚杆与基岩的锚固&外 锚固是指抗浮锚杆与建筑和构筑物底板的锚固"而 抗浮锚杆内锚固段的核心问题是砂浆与锚杆! 第 一
!国家自然科学基金资助项目!S348‘413# &教育部高等学校博士学科 点专项科研基金资助项目!45377843335557# &山东 省 自然 科 学 基 金 青 年基金 资 助 项 目 ! Vb4531>>n5‘ # & 山 东 省 高 等 学 校 科 技 计 划 项 目 ! R31C@54# &青岛市应用基础研究计划项目!31 YS Y3 Y7W YE-=# % 第一作者’朱磊"男"3WW3 年出生"硕士研究生% 通 信 作 者 ’白 晓 宇 "J)(N(),G$S7‘ X317 B-,I% 收稿日期’4531 Y58 Y3‘
中风化岩地基中两种不同材质抗浮锚杆的承载 性能和变形特性!
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66摘6要! 为深入研究中风化岩中玻璃纤维增强 材 料 ! @;b_# 抗 浮 锚 杆 的 承 载 性 能 和 变 形 特 性"通 过 改 进 的位移测试装置记录了钢筋和 @;b_两种不同材质抗浮锚杆发生破坏时杆体和锚固段的上拔量% 结 果 表 明’ 两种锚杆破坏形态为拔断破坏或滑移剪切破坏"承载力和变形均能够满足工程需求% 研究结果充分验证了 @;b_锚杆的先进性和合理性&得到了抗浮锚杆 最 佳 锚 固 长 度 和 承 载 力 取 值 方 法&提 出 了 锚 杆 拉 拔 试 验 中 增 设杆体位移测试装置的建议% 66关键词! 中风化花岗岩& @;b_抗浮锚杆& 承载性能& 变形特性& 最佳锚固长度 66!"#’ $%&$’(%) *+,-.+/(%$0$(%$0
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工业建筑64531 年第 01 卷第 34 期
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在锚杆锚固端绑扎托架后"下放至孔内"灌入强 度等级为 \75 的 水 泥 砂 浆"保 证 孔 内 砂 浆 密 实" 并 保留砂浆试件"在 同 条件 养 护 4‘ # 后"测 得 其 平 均 抗压强度为 70/3 \_)% $&’&’N 试验仪器的安装
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锚固长度 d 自由段长度 d
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产"为表面黏 砂 型"经 拉 挤$缠 绕 螺 纹$固 化 一 次 成
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树脂体积分数为 4SZ"玻璃纤维 体 积 分 数 为 8SZ" 密度为 4/3 <d-I7 & 极 限 抗 拉 强 度 为 18S \_)" 极 限
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松比为 5/7"弹性模量为 S/5 @_)% 场区内地下 水位
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试验抗浮锚杆总数为 33 根"采用 @;b_和 钢筋
两种材 料% 其 中 @;b_抗 浮 锚 杆 由 南 京 某 公 司 生
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$&’ N 试 验 过 程 $&’&$ N 锚 杆 定 位 $钻 孔
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66锚固 体 系 在 岩 土 工 程 和 隧 道 工 程 领 域 应 用 广 泛% 在工程中"理想的锚杆材料应具有抗拉强度高$ 抗腐蚀性好$低松弛性及抗电磁干扰能力强等性能% 近年来"建筑 材料 领 域 日 新 月 异 $ 推 陈 出 新 " 基 坑 支 护及结构加固等工程中纤维增强塑料! ;b_# 的 引入 和推广"使加固手段取得了较大的发展"并且逐渐得 到了各类科研机构和工程建设单位的青睐 *3 Y7+ %
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