锚杆抗拉拔试验检测ppt

锚杆抗拔力试验检测授课人：刘文东锚杆的基本知识与抗拔承载力试验刘文东2017年1月13日1锚杆的基本概念1.1锚杆的概念及应用岩土锚固技术——埋设于岩土体中的受拉杆件，用以将结构物的拉应力传递给深部的稳定地层或加固不稳定的岩土体，形成拉杆与岩土相互作用，共同工作的体系。岩土锚固技术在矿山、交通、建筑、水利水电、军事人防等工程中的应用越来越广泛。按锚固的对象不同，岩土锚固技术有边坡锚固、隧道锚固、大坝锚固、抗浮锚固等。1.1.1锚杆的定义锚杆是将拉力传递到稳定岩层或土层的锚固体系。它通常包括杆体（由钢筋、特制钢管、钢绞线等筋材组成）、注浆体、锚具、套管和可能使用的连接器。当采用钢绞线或高强度钢丝束作杆体材料时可称锚索。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。1.1.2组成锚杆的必备因素①一个抗拉强度高于岩土体的杆体；②锚杆内部的一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结）阻力；③锚杆外部的一端能够形成对岩土体的径向阻力。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段。1.1.3锚杆作用实质锚杆作用从表面上看是限制了部分岩土脱离原体，从力学观点上看主要是提高了岩土体的粘聚力C和内摩擦角φ，实质上是位于岩土体内锚杆与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体使得岩土体自身的承载能力大大加强。1.1.4锚杆的基本组成锚杆主要由锚头、自由段（也称非锚固段）和锚固段组成，如图1.1所示。(1)锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由台座、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。(2)锚固段：是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。(3)自由段：是指将锚头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是传递拉力；(4)锚杆配件：定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等。图1.2为锚索结构示意图1-台坐2-锚具3-垫板4-支档结构5-自由隔离层6-钻孔7-对中支架8-隔离架9-钢绞线l0-架线环ll-注浆体12-导向帽Lr-自由段La-锚固段1.1.5锚杆的分类1.按是否预先施加应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆。非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态。2.按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆和连续球型锚杆。3.按锚固机理可分为有粘结锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆。4.按使用部位分为基坑支护锚杆、边坡支护锚杆、抗浮锚杆、抗倾覆锚杆等。支护锚杆设计角度正常为15-30°，抗浮锚杆、抗倾覆锚杆设计角度为90°。5.根据锚杆设计使用年限分为临时性锚杆和永久性锚杆。使用年限超过2年的边坡为永久性边坡，否则为临时性边坡。6.根据锚杆周围岩土层性质分为土层锚杆和岩层锚杆。7.根据材质不同分为注浆型和机械预应力锚杆。8.按受力方式分为压力型锚杆和拉力型锚杆。我们检测的对象主要是注浆的拉力型锚杆。目前在基坑加固工程中，广泛采用土钉也是一种较短的粘结型锚杆。它是通过在边坡中埋入短而密的粘结型锚杆，使锚杆与基坑边缘土体形成复合体系，增强其的稳定性。这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地层。1.2锚杆支护原理当锚杆杆体受到外力作用时，拉力首先通过杆体与周边的锚固体之间的握裹力将力传递到锚固体，然后再通过锚固体与周边岩土体之间的粘结力将力传递到周边锚固土层中。1.3锚杆的使用组合在边坡加固中，锚杆通常与其他支挡结构联合使用，例如：(1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或劲性混凝土桩，锚杆可以是预应力或非预应力锚杆。如下图所示：(2)锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙，锚杆锚点设在格架结点上，锚杆可以是预应力锚杆或非预应力锚杆。如下图所示。(3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ、Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。如下左图所示。(4)锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡，如下右图所示。(5)锚杆与钢筋混凝土面板联合使用形成锚板支护结构，适用于岩石边坡。锚板可根据岩石类别采用现浇板或挂网喷射混凝土层。(6)预应力锚索与抗滑桩联合使用形成预应力锚索抗滑桩结构2.锚杆的设计2.1基本原则当对支护结构变形量容许值要求较高、岩层边坡施工期稳定性较差、土层锚固性能较差、采用了钢绞线和精轧钢时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影响应控制在安全范围之内。设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家标准，特别是预应力钢绞线，除了满足Gl3／T52245标准外，还必须获得IS09002国际质量认证。非预应力锚杆长度一般不要超过l6m，单锚设计吨位一般为l00～400kN，最大设计荷载一般不超过450kN。预应力锚杆(索)长度一般不要超过50m，单束锚索设计吨位一般为500～2500kN，最大设计荷载一般不超过3000kN，预应力锚索的间距一般为4～10m。进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求；同时对于遇到的大型滑坡在采用预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。2.2锚杆的选型在边坡锚杆加固中要选择合理的锚杆型式，必须结合被加固边坡的具体情况，根据锚固段所处的地层类型、工程特征、锚杆承载力的大小、锚杆材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。下表给出了土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆类型的有关参数，可供边坡锚杆加固选型使用。2.3锚杆锚筋的设计在确定出锚杆轴向设计荷载后，需要对锚杆进行结构设计，结构设计的第一步就是根据锚杆轴向设计荷载计算锚杆的锚筋截面，并选择合理的钢筋或钢绞线配置锚筋；在配置锚筋后可由锚筋的实际面积和锚筋的抗拉强度标准值计算出锚杆承载力设计值，然后方能进行锚杆体和锚固体的设计计算。(1)锚杆锚筋的截面积计算：假设锚杆轴向设计荷载为N，则可由下式初步计算出锚杆要达到设计荷载N所需的锚筋截面：(1)式中：Ag’——由N计算出的锚筋截面；k——安全系数，对于临时锚杆取1.6～1.8；对于永久性锚杆取2.2～2.4；fpkt——锚筋(钢丝、钢绞线、钢筋)抗拉强度设计值。(2)锚筋的选用根据锚筋截面计算值Ag’，对锚杆进行锚筋的配置，要求实际的锚筋配置截面。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆承载力、锚杆的长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因数综合考虑。对于采用棒式锚杆，都采用钢筋做销筋。如果是普通非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于450kN,长度最长不超过20m．因此锚筋一般选用普通Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋，如果是预应力锚杆可选用Ⅱ、Ⅲ级冷拉热轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用2～32。对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用钢绞线、高强钢丝，这样不但可以降低锚杆的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且可以减少预应力的损失。(3)按实际锚筋截面计算锚杆承载力设计值：假设实际锚筋配置截面为Ag(Ag≥Ag′)，由下式按实际锚筋计算锚杆承载力设计值：式中：Ng——实际锚筋配置情况下锚杆的承载力设计值；k——安全系数，对于临时锚杆取1.6～1.8；对于永久性锚杆取2.2～2.4；fptk——所配锚筋(钢丝、钢绞线或钢筋)的抗拉强度设计值。2.4锚杆的锚固力计算锚杆的锚固力也可称为锚杆承载力。锚杆极限锚固力(极限承载力)是指锚杆锚筋沿握裹砂浆或砂浆沿孔壁产生滑移破坏时所能承受的最大临界拉拔力，它可以通过基本试验（破坏性拉拔试验）确定。锚杆容许锚固力(容许承载力)是极限锚固力(极限承载力)除以适当的安全系数(通常为2.0～2.5)；通常锚杆容许锚固力是锚杆设计锚固力(或称为锚固力设计值)的1.2～1.5倍。在设计时，锚杆的设计荷载必须小于锚固力设计值。锚杆锚固力的计算方法随锚固体形式不同而异，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；而端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层的摩擦力提供。注：(1)表中qs系一次常压灌浆工艺确定，适用于注浆标号M25～M30；当采用高压灌浆时，可适当提高。(2)极软岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≤5MPa；软质岩：岩石单轴饱和抗压强度5MPa≤fp≤30MPa硬质岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≥30MPa。(3)表中数据用作初步设计时计算，施工时宜通过试验检验。(4)岩体结构面发育时，取表中下限值。(2)端部扩大头型锚杆的锚固力和锚固长度计算(略)(3)锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度计算前面对于圆柱型锚杆的极限锚固力计算公式是基于锚固段与周围岩土间的极限摩阻力给出的，这种公式的应用条件是锚杆破坏首先从锚固体与周围岩土之间的界面剪切滑移，一般来讲对于土层或较软的岩石满足这种条件。对于坚硬的岩层，如果锚固体与岩层间的极限摩阻力大于锚筋与锚固砂浆之间的极限握裹力，锚杆将首先从锚筋与锚固砂浆之间开始剪切破坏，此时应根据锚筋与锚固砂浆之间的粘结强度来计算锚杆的锚固长度。极限锚固力计算公式为：注：(1)当采用两根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.85折减系数。(2)当采用三根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.7折减系数。(3)成束钢筋不应超过三根，钢筋总截面积不应超过孔径面积的20％，以保证钢筋在砂浆中的锚固效果，除非采用特殊的锚固段钢筋和注浆体设计，并通过实验可适当增加钢筋数量。2.5锚杆弹性变形计算锚杆的变形是由锚杆本身在外荷载作用下变形和由于地层徐变引起的变形组成，由地层徐变引起的锚杆变形计算可以通过徐变系数计算。锚杆本身在外荷载作用下变形以弹性变形为主，下面是锚杆弹性变形的计算方法。如果计算的变形量增量值较小时，预应力锚杆也可近似按刚性拉杆考虑。3锚杆的构造要求（1）锚杆总长度为锚固段长、自由段长和外锚段之和。锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，但予应力锚杆自由段长度不小于5.0m；锚杆锚固段长度按计算确定，同时土层锚杆锚固段长度宜大于4.0m、小于14.0m，岩石锚杆锚固段长度宜大于3.0m、小于10.0m；如果岩石锚杆承载力设计值≤250kN，且锚固区段为结构完整无明显裂隙的硬质硬质岩石时，锚固段长度可用2.0～3.0m。（2）在无特殊要求的条件下，锚杆浆体一般采用水泥砂浆，其强度设计值不宜低于M20。4锚杆的施工锚杆施工质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力和边坡稳定安全，一般在施工前应根据工程施工条件和地质条件选择适宜的施工方法，认真组织施工。在施工过程中如遇与设计不符的地层，应及时报告设计人员，以作变更处理。锚杆施工包括施工准备、造孔、锚杆制作与安装、注浆、锚杆锁定与张拉等五个环节。5锚杆拉拔试验常识5.1术语5.1.1基本试验：是为确定锚杆的极限抗拔力和获得有关设计参数而进行的试验。5.1.2验收试验：是为检测锚杆施工质量及承载力是否满足设计要求而进行的试验。5.1.3蠕变试验：确定锚杆在恒定荷载作用下位移随时间变化规律的试验。5.1.4设计拉力值：锚杆在设计使用期内可能出现的最大拉力值。5.1.5锁定荷载：采用千斤顶或扭力扳手将力传递到张拉端的锚具上，在锚杆中建立初始预应力荷载。5.1.6弹性位移：锚杆试验时测得的可恢复位移。5.1.7塑性位移：锚杆试验时测得的不可恢复位移。5.2一般规定5.2.1试验锚杆的参数、材料、施工工艺及所处的地质条件应与工程锚杆相同。鉴于岩土层条件的多变性，为了准确地确定锚杆的极限承载力，对同一种地层而言，若同一工程有不同的地层条件，应相应增加基本试验锚杆组数。5.2.2试验锚杆休止期锚杆抗拔试验应在锚固段注浆固结体强度达到15MPa或达到设计强度的75%后进行。建议：影响锚杆的拉拔力（锚杆效果）直接因素有：杆