扩散钢绞线锚索的抗拔力试验研究

扩散钢绞线锚索的抗拔力试验研究

李学荣 ① 赖国杰 ① 赵少东 ② 周锡武 ③

①广东中邺山河建筑工程有限公司， 佛山市禅城区， 528000 ②湖南湘江建设工程有限公司 ③佛山科学技术学院

摘 要

边坡失稳坍塌是施工工程中的一种安全事故，处理不当会导致大量财产损失，严重者还会对人的生命安全造成威胁。因此研究如何防治边坡失稳和加强边坡治理的课题有着重要的价值和意义。预应力锚索是一种常用的锚固工程，在国内应用较多且技术也较为成熟。然而再面对更为不稳定的岩体边坡，如何进一步提高锚索的抗拔力和锚固力是当下研究的关键。

钢绞丝扩散锚索是一种新型的预应力锚索技术，能进一步提高预应力锚索的工作性能。故本文将对钢绞丝扩散锚索的极限抗拔力进行研究，为往后施工现场提供理论依据和技术支持。

关键词：锚固工程；预应力锚索；钢绞丝扩散；抗拔力

Abstract

Slope instability is a accident of construction engineering,it will lead to a lot of property loss if doing in a wrong way,And it will also threat to human life and safety serious.So it has important value and significance to study how to prevent the slope instability and strengthen slope treatment.Prestressed anchor cable is a common anchoring works,It is widely used in China and the technology is relatively mature.How to further improve the pullout resistance of anchor cable is the key of current research when the rock slope is more unstable.

Anchor cable with steel strand diffusion is a new type of prestressed anchor cable technology,It can further improve the working performance of prestressed anchor cable.Therefore, this paper will study the ultimate pullout resistance of steel strand diffusion anchor cable, and provide theoretical basis and technical support for future construction site.

Keyword:Anchoring works;Prestressed anchor cable;Steel strand diffusion;Pullout resistance

1 引 言

预应力锚索则是常用的岩体边坡治理手段，能充分发挥岩体的自潜能力，是通过将多根钢绞线锚入岩体的软弱结构面，锚索在结构服役期间产生拉应力，把滑坡滑体和稳固岩层固定在一起，从而使边坡岩体的应力状态得到改善，使滑坡边坡的不稳定岩体的整体性得到提高，最终达到边坡治理的目的^[1]。

2工程概况

本工程为佛山市南海区里水镇展旗岗及周边区域地质灾害治理，试验所处区域场地土按层分布可分为人工填土层、坡积层、风化残积层和白垩系泥质粉砂岩层，其揭露的土体分别有素填土、粉质黏土和泥质粉砂岩。根据施工钻孔位置以及高度判断，锚索试验区段主要强风化泥质粉砂岩层为强风化泥质粉砂岩。粉质黏土容重为18kN/m³,饱和抗剪强度试验测定凝聚力约为18kPa，内摩擦角约为14°，土体与锚固体极限摩擦阻力标准值为70kPa，压缩模量为4.0Mpa。强风化泥质粉砂岩容重为22kN/m³，饱和抗剪强度试验测定凝聚力约为25kPa，内摩擦角约为20°，岩体与锚固体极限摩擦阻力标准值为200kPa，压缩模量为6.0。

3试件制作

试件制作主要过程为：扩孔清孔；将图2-1的扩散装置与钢绞丝一同下入至杆体之中；浇筑砂浆；张拉钢铰丝；封锚。

图2-1 钢绞丝扩散装置图

4试验分组

本文主要采用普通拉力型锚索和钢绞丝扩散锚索进行对照试验。两种锚索的试验倾角都为25°，注浆材料为纯水泥浆，水泥采用P.O42.5级，水灰比为1：1，锚索采用4束由7根直径为5mm的钢筋做成的直径为21.6mm钢绞丝构成，设计张拉力520kN，锁定张拉力220kN，试验锚索设计参数如表2-1所示。本文试验加载采用分级加载，加载试验符合规范《岩土锚杆（索）技术规程》CECS22:2005

^[3]。

表2-1 试验锚索设计参数

5试验结果分析

经过试验现场实时监控记录，得到了普通拉力型锚索、扩大头锚索以及钢铰丝扩散锚索的荷载-位移曲线图如图5-1（a）（b）（c）所示。

（a）普通拉力型锚索 （b）扩大头锚索 （c）钢绞丝扩散锚索

图5-1 荷载—位移曲线

荷载位移曲线的变化规律分为两个阶段，第一个阶段是线性变化阶段，位移随荷载的增加增大较慢；第二阶段为破坏阶段，在该阶段锚索位移随着加载显著增大，后一级加载产生的锚头位移增加量达到了前一级加载所产生的位移增加量的两倍及以上，且该阶段位移较为不稳定。

极限抗拉承载力：普通拉力型锚索<扩大头锚索以<钢铰丝扩散锚索。普通拉力型锚索的承载力主要依靠锚索杆体与岩体之间的侧摩擦力；而扩大头及钢铰丝扩散锚索的承载力包括扩体部分与非扩体部分的侧摩阻力以及端承力，故承载力更高。

而带有扩散装置的扩体锚杆由于扩散装置使扩散部位的钢筋分布更为均匀，增加了钢筋与砂浆的粘结作用，故未出现砂浆与钢筋的滑移破坏现象；且由于钢筋的均匀分布使得扩大头处钢筋与砂浆的应力集中减弱，故扩大头的端承力会有一定程度的提高，进而抗拉承载力比普通扩大头锚索的极限承载力提高约10%左右。

4试验结论

（1）强风化泥质粉砂岩层中，普通扩端锚索相比于普通拉力型锚索，极限抗拔力得到了提高，说明锚索扩端工艺能增大锚固体的摩擦力，从而有效地增大锚索的抗拔力。

（2）钢绞丝扩散锚索由于钢绞丝的扩散，使钢绞丝与锚固体内部的摩擦力增大，并且弯曲的状态使得段部钢绞丝能更好的将拉拔力传递给锚固体，提高了锚索的整体稳定性。

（3）强风化泥质粉砂岩层中，钢绞丝扩散锚索相比于比于普通拉力型锚索的极限抗拔力和普通扩端锚索的极限抗拔力都有了显著的提高，说明钢绞丝的扩散对抗拔力的提高起到了决定性作用。

（4）钢绞丝扩散锚索相比于传统的锚索在强风化泥质粉砂岩层应用具有一定的安全性和可行性，可为往后在类似土底层的地质灾害防护工程应用钢绞丝扩散锚索的设计与施工提供理论依据。

参考文献

1. 郑颖人.边坡与滑坡工程治理[M].人民交通出版社，2007

2. 何思明，王成华.预应力锚索破坏特性及极限抗拔力研究[J].岩土力学与工程学报，2004，23(17)：2966-2971.

3. 岩土锚杆（索）技术规程(CECS22:2005)[S]，北京：中国计划出版社，2005.

4. 王永岩，卢灿东，曾春雷，等.锚杆分类及其特性分析与比较[J].煤矿安全，20107(8)：63-66.

5. 曹国金，蒋弘道，熊红梅，一种确定拉力型锚杆支护长度的方法[J].岩石力学与工程学报，2003，22(7):1141~1145

6. 郭刚，刘忠，等.扩体锚杆拉拔破坏机制模型试验研究[J].岩土力学和工程学报，2013，32(8)：39~44