土木吧丨囊式锚杆探讨

土木吧
钢结构设计分会倾力打造
加微信tumunao,入省市交流群 

点击加入会员

承压型囊式扩体锚杆承载机理分析

与抗腐蚀耐久性探讨

党昱敬

(中冶建筑研究总院有限公司  北京100088)

0引言

在建筑物抗浮工程设计和施工中,承压型囊式扩体锚杆技术具有承载力高、变形小、抗腐蚀耐久性好、效率高和成本低等诸多优点,越来越受到工程技术人员的青睐。本文通过对传统等直径锚杆和承压型囊式扩体锚杆承载机理的阐述与分析,进一步验证了承压型囊式扩体锚杆技术在应用于建筑物抗浮设计和施工中的安全可靠性和抗腐蚀耐久性,可为承压型囊式扩体锚杆技术在建筑物抗浮设计中的进一步推广和应用提供有益借鉴。

1 承压型囊式扩体锚杆承载机理梳理分析

近年来,针对传统等直径锚杆单锚承载力较低、抗拔变形较大和抗腐蚀耐久性差等状况,既有程良奎等就如何提高岩土锚杆抗拔承载力的途径和方法的有益探索[1],也有在提高岩土锚杆抗拔承载力的途径、方法及其效果分析上做了大量开发和研究工作的工程技术人员[2]。工程实践表明前者的方法效果显著,承压型囊式扩体锚杆正是后者诸多新技术之一。承压型囊式扩体锚杆技术是在梳理和总结以往传统等直径锚杆和高压喷射扩孔锚杆技术缺陷的基础上,通过技术创新,所研发形成的具有多重防腐功能的承压型囊式扩体锚杆新技术体系。工程实践和研究表明:相较于其它类型的抗浮锚杆,该体系不但能在较小变形时提供较大的抗拔承载力,而且其安全度和抗腐蚀耐久性等也能得到保证[2]。图1是承压型囊式扩体锚杆这一新技术体系的发展沿革过程。

在图1(a)中,由于锚杆拉力自上而下传递,荷载沿锚固段全长的黏结应力一般呈现分布区间短、分布极不均匀、黏结应力峰值高和有效锚固长度有限等特点,荷载达到峰值后,荷载~位移曲线将会出现陡降现象,导致锚杆承载力随着拉拔位移的持续增加而大幅度降低。高压喷射扩孔锚杆是采用高压喷射工艺,在锚杆锚固段底端或在锚固段全长形成一个或几个体态扩大了的锚杆,如图1(b)所示,它也是一种能改善锚杆传力机制的锚杆,一般称为“支承—摩阻”复合型锚杆,其承载力由扩大头变截面处土体的支承力和锚固体与地层接触界面上黏结摩阻力构成[12]。承压型囊式扩体锚杆是在克服传统高压喷射扩孔锚杆扩体锚固段注浆体抗压强度不足、施工质量可控性差、防腐与耐久性难以保证和锚杆筋体安放无法保证居中等问题与缺陷的基础上,由中国京冶工程技术有限公司开发的具有多重防腐功能的承压型囊式扩体锚杆新技术体系,如图1(c)所示。试验研究表明:当承压型囊式扩体锚杆的扩体锚固段顶端至地表的距离与承压型囊式扩体锚固段的直径之比大于9时,承压型囊式扩体锚杆则表现为深埋扩体锚杆的承载特性,其荷载与位移的拉拔特征曲线表现出单调上升特征。图2为承压型囊式扩体锚杆与传统等直径摩擦性锚杆的荷载与拉拔位移特征曲线对比图[2]。又由于承压型囊式扩体锚杆是基于压力型原理设计的扩体锚固技术,因此也就避免了图1(a)等直径锚杆和图2(b)高压喷射扩孔锚杆的锚固体在受拉后极容易产生开裂而引发锚固段腐蚀问题,极大地增强了锚固体系的长期安全性问题。

承压型囊式扩体锚杆是指在锚杆锚固段底端形成一个体态扩大了的锚杆,其抗力

由扩大头变截面处土体的支承力

、扩体锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

和细孔锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

构成,如图 3所示。即

,式中

估算公式和估算参数取值方法详见文献【3】,限于篇幅不再赘述。

一般认为土体的支承力是承压型囊式扩体锚杆承载力的主要来源,其扩体锚固段承载力(包括周边摩阻力

和支承力

)对承压型囊式扩体锚杆抗力

的贡献率在80%以上[2],如图 4所示。同时由图2揭示的深埋承压型囊式扩体锚杆荷载与拉拔位移的特征曲线表现出的单调上升特征表明:荷载与位移曲线无荷载峰值,其随抗拔位移增加而稳步提高,表现出明显的应变硬化特征,相较于等直径锚杆的荷载与位移曲线具有荷载峰值与应变软化的特征,承压型囊式扩体锚杆明显的应变硬化力学特征揭示其具有较为可靠的安全和有效性。

图5所示的传统等直径锚杆和承压型囊式扩体锚杆两种形式抗浮锚杆的抗拔试验Q~S曲线对比图,是既往工程实践中具有代表性的一典型案例[4]

由图5可知,和传统等直径抗浮锚杆相比,承压型囊式扩体抗浮锚杆可以大幅提高单锚承载力特征值。在相同变形(S=9mm)情况下,承压型囊式扩体抗浮锚杆单锚承载力特征值(480kN)是传统等直径抗浮锚杆单锚承载力特征值(120kN)的4倍(通常在2~3倍以上)。设计实践表明,在总浮力一定的情况下,承压型囊式扩体抗浮锚杆的布置密度降低80%左右,由此可使承压型囊式扩体抗浮锚杆布置形式更为灵活和分布更为均匀,同时也大大减少了建筑柔性防水节点的穿透点[4]

2 承压型囊式扩体锚杆抗腐蚀耐久性探讨

上述对承压型囊式扩体锚杆承载机理梳理分析和工程实践表明,承压型囊式扩体锚杆技术具有承载力高、变形小特点。承压型囊式扩体锚杆作为整体结构的主要构件,既要满足结构的安全稳定和正常使用,又要确保设计使用年限内的耐久性和长期有效性。

如图5所示,承压型囊式扩体锚杆传力途径主要分一下三个步骤:

⑴当荷载较小时(约为承压型囊式扩体锚杆总抗力

的10%左右),承压型囊式扩体

锚杆拉力

自上而下传递,锚杆拉力

主要由细孔锚固段的锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

提供,此时锚杆锚固段底端扩大部分以上细孔锚杆呈现全粘结性承载机理,细孔内水泥结石体段承受较小的拉应力。

⑵随着荷载的不断增大,承压型囊式扩体锚杆拉力

由单一的细孔锚固段的锚固体

与地层接触界面上的黏结摩阻力

提供,逐渐变为由扩大头变截面处土体的支承力

、扩体锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

和细孔锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

联合提供,如图4所示。

⑶当荷载接近锚杆拉力

时,扩大头变截面处土体的支承力Rsd和扩体锚固体与

地层接触界面上的黏结摩阻力

也得到充分发挥。伴随着扩大头变截面处土体的支承力

和扩体锚固体与地层接触界面上的黏结摩阻力

充分发挥所引起扩体锚固体的向上位移,使扩体部分也起到承载体作用,不难理解,承压型囊式扩体锚杆的细孔部也像扩体部分一样,变为压力型锚杆,最终使得承压型囊式扩体锚杆在提供抗力时完全呈现出压力型锚杆的受力机理,扩体和细孔内水泥结石体均处于受压状态,扩体和细孔内水泥结石体不会产生开裂。

与此同时,由于承压型囊式扩体锚杆的杆体采用了热缩无粘结防腐体系、环氧树脂防腐体系、环氧沥青防腐体系等综合一体化耐久性措施,克服了等直径拉力型锚杆的锚固体在受拉后极容易产生开裂所引发的锚杆腐蚀问题。

3 结语

⑴承压型囊式扩体锚杆能在较小变形下提供较大的抗拔承载力,极易满足辅建筑物上浮变形与主楼高层建筑物基础沉降的相互协调和有效限制抗浮区防水板的上浮挠曲。

⑵相较于传统等直径锚杆,承压型囊式扩体锚杆采用柔性囊仓、保压排气装置和压力型设计,使其在注浆体抗压强度、施工质量可控性、防腐耐久性和安全度等方面具有较大优势。

参考文献

[1]程良奎等.提高岩土锚杆抗拔承载力的途径、方法及其效果[J].工业建筑,2015(6): 103-109.

[2]刘仲等.囊式扩体锚杆施工技术与工程应用[J].岩土工程学报,2014,增刊2(11): 205-211.

[3]中国工程建设协会标准《囊式扩体锚杆技术标准》,待发行.

[4]党昱敬,程少振.承压型囊式扩体锚杆在建筑物抗浮工程中的应用[J].施工术,2020(10上):1-6.

[作者简介] 党昱敬,教授级高经工程师,国家注册土木工程师(岩土),E-mail:dyj765@sina.com

《设计优化 EPC联合?这有资源》

勘察设计大师、规范主编

权威解答您的疑惑

(0)

相关推荐

  • 文章精选 | 岩土锚杆与锚固结构设计中的若干问题

    编者按 岩土锚杆与锚固结构,是一项能主动调动和充分利用岩土体自身强度和自稳性能,结构新颖.轻巧的工程技术.半个多世纪以来,岩土锚杆与锚固结构在土木.水利.建筑.交通和矿业领域得到了空前广泛和迅猛的发展 ...

  • 轻型微型桩挡墙的应用要点

    笔者于2016年首次成功采用微型桩挡墙处治某滑坡工点以来,微型桩挡墙在国内多个地质灾害治理中取得了良好的效果.在此,笔者对微型桩挡墙的应用进行一些探讨,以期更好的为工程服务. 常规的重力式挡墙.悬臂或 ...

  • 轻型支挡工程之锚杆、锚索挡墙设置原理

    锚杆挡墙自1966年于成昆铁路成功应用以来,随着锚固技术的发展,在我国的应用越来越广,在设计与施工方便积累了丰富的经验,取得很多成功的案例. 锚杆.锚索挡墙作为轻型支挡结构,由钢筋砼面墙和锚杆.锚索共 ...

  • 关于朋友咨询的几个问题答复(二)

    今日对朋友咨询了一些问题进行汇总,供大家在工程应用中参考. 1.锚索框架梁的锚头部位菱形扩大设置的原因和依据是什么? 答:岩土工程作为结构工程与地质工程的结合体,锚索框架的计算应遵循岩土工程的设计理念 ...

  • 土木吧丨复合地基几个问题探讨

    ▲ 对魏利金总所提问题的探讨 党昱敬 (中冶建筑研究总院有限公司 北京100088) 作者简介:党昱敬,男,教授级高级工程师,国家注册土木工程师(岩土),主要从事地基与基础.岩土工程的研究.设计和咨询 ...

  • 【思政教学】范竹发丨议题式教学的意蕴之美

    摘要:高中思想政治课是旨在培育学生社会主义核心价值观.增强社会理解和参与能力的活动型课程.议题式教学既是实施活动型学科课程的重要抓手和主要方式,也是培育学生学科核心素养.落实学科育人价值的重要渠道和现 ...

  • 土木吧丨电梯机房活荷载取小了?

    作者:柳青 <建筑结构>2006.3 东莞市大业建筑技术咨询有限公司

  • 土木吧丨剪重比可否作为结构侧向刚度的衡量指标?

    剪重比可否作为结构侧向刚度 的衡量指标 张利军 众所周知,建筑结构的侧向刚度越大,则地震作用越大:太大的侧向刚度会使得结构不经济.不合理甚至不安全.反之,侧向刚度越小,则地震作用越小.但侧向刚度太小的 ...

  • 土木吧丨加固项目荷载分项系数怎么取?

    ▲ 土木吧钢结构设计分会倾力打造加微信tumunao,入省市交流群 点击加入会员▼ 既有建筑鉴定.加固及改造时荷载分项系数取值探讨作者:张庐(浙江汇丰建设工程检测有限公司)前言:本文是对<建筑结 ...

  • 土木吧丨收藏!实际项目含钢量对比

    近日,土木君收集到了几个高层项目的钢筋及混凝土含量,项目位于8度0.2g地区,以下各项目钢筋及混凝土含量均为根据实际施工图预算得出,但为方便对比,总价为折算成假定面积得出,非实际面积核算. 1.某办公 ...

  • 练功丨32式太极剑详解(内附动图)拿走不谢~

    32式太极剑动图全解 预备式:两脚并立,面向正南,身体正直,眼睛平视,头颈正直,两臂垂侧,左手持剑,剑尖向上,右手剑指,手心向内. 起势(三环套月) 要点:弓步时两脚的横向距离保持在30厘米左右. 1 ...

  • 土木吧丨活荷为啥取这么大?

    楼面均布活荷载折减的另一种解释 张利军 "一个20m2的房间,谁家的家当能达到4吨?" 或者说: "一个20m2的房间,什么情况下会进来五六十号人?"-- 当第 ...

  • 土木吧丨天线之祸?赛格广场振动原因及防治初步分析

    钢构联盟 打造钢结构行业第一交流平台 深圳赛格广场大楼振动原因及防治措施初步分 浙江大学建筑工程学院 黄铭枫 教授 一.背景 2021 年 5 月 18 日 13 时至 14 时,深圳华强北赛格广场大 ...