岩土锚杆试验技术讨论

韩 磊

(福建省建筑科学研究院 福建福州350025)

引 言

随着环保意识的加深，人类对地下空间的开发与利用日趋广泛，各类边坡和深基坑工程大量涌现。锚杆作为边坡和基坑支护的一种形式，得到广泛应用。锚杆承载力是保证边坡和基坑工程稳定安全的重要因素之一，当前有关锚杆承载力检测相关的规范条文不尽相同，在规范的选择和应用上，给设计、检测和验收人员带来较多困惑。本文通过梳理相关规范条文，分析比较试验要点，为锚杆的检测验收提供帮助。

1 锚杆工作机理

锚杆是将拉力传递到稳定的岩层或土层的锚固体系。通常包括杆体、锚固体、锚具等，将支护结构和其他结构所承受的荷载通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将荷载分散到周围稳定的岩土层中。

2 规范及适用范围

本文就建筑行业常用的有关锚杆承载力检测的五本规范展开讨论分析，规范适用的岩土层和范围不尽相同见(表1)。

表1 各规范适用范围比对表

锚杆具体检测时，应根据图纸设计依据的规范进行检测。图纸未作明确说明时，可根据锚杆功能、岩土层、应用部位(基础、基坑或边坡稳定)、作用时间长短(永久性、临时性)等参照(表1)选择相应检测规范。

3 现场试验

3.1 试验数量

锚杆现场试验可大致分为基本试验、蠕变试验和验收试验，基本试验和蠕变试验的数量都要求不少于3根，各规范对验收试验要求的数量略有不同，具体的检测数量见(表2)。

表2 各规范验收试验要求的检测数量

3.2 试验龄期

《建筑地基基础设计规范》土层锚杆试验要点、《建筑边坡工程技术规范》规定锚固体灌浆强度达到设计强度的90%后，可进行锚杆试验。《建筑基坑支护技术规范》规定锚杆锚固段浆体强度达到15MPa或达到设计强度的75%后，可进行锚杆试验。其他三本规范未见承载力检测龄期要求描述。

验收试验基本可参照上述执行。对于锚杆基本试验，试验目的是检测锚杆极限承载力，为反映锚固体达到龄期强度后的真实受力状况，建议锚固体灌浆强度达到设计强度后进行检测。

针对现场检测时间提前，对锚固体强度有具体要求的，锚固体的试块应提前预留备份，同条件养护，试块在锚杆试验时试压，提供具体强度数值参考，且应考虑试块和注浆体所处环境因素的不同。

3.3 试验原理

锚杆抗拔试验原理基本同桩基静载试验，由反力装置、加载装置、位移观测系统组成见(图1)。反力装置应满足最大试验荷载下的强度和刚度要求;千斤顶、油压表、位移传感器等仪器设备应符合相应的要求，在有效标定期内，且精度经过确认;基准梁不受外界和锚杆受拉的影响。

图1 锚杆抗拔试验原理

3.4 基本试验

3.4.1 最大试验荷载

当设计图纸有明确要求时，按设计要求进行，无明确要求时，按(表3)执行。另外，基本试验一般为破坏性试验，应选择与工程锚杆材料尺寸、地质条件和施工工艺相同的试验锚杆。

表3 各规范规定的基本试验最大试验荷载

表中Qmax—最大试验荷载;

fyk—钢筋(钢绞线)抗拉强度标准值;

As—钢筋(钢绞线)截面面积。

3.4.2 循环加、卸荷载等级与观测时间

五本规范中基本试验循环加、卸荷载与观测时间基本相同，具体的分级和观测时间有细微不同，现就《建筑基坑支护技术规范》(JGJ 120－2012)加以说明。

表4 循环加卸荷载等级与位移观测时间表(JGJ 120－2012)

针对(表4)，须作以下说明:

(1)表中观测时间应为观测间隔时间。注1中测读锚头位移不应少于3次，5min或者10min内测读3次，应做好测读时间分配。

(2)注2中锚头位移增量不大于0.1mm时，可施加下一级荷载。是指第35min和5min相比锚头位移变化量小于0.1mm，判定在该级荷载下，锚头位移相对稳定，而不是在该级荷载下锚头位移变化量。

(3)注2中锚头位移增量在1h内小于0.1mm，是指锚头位移变化量不满足注1条，应延长观测时间，按第5、10、15、20……60、65min观测，比较第65min和5min位移增量是否小于0.1mm，否则继续观测，比较第70min和10min位移增量是否小于0.1mm，以此类推。

3.4.3 锚杆破坏标准

五本规范规定基本相同，主要包括两方面的内容，一是位移变化情况，二是杆体承载力情况，各规范描述稍有不同，具体描述见(表5)。

表5 各规范破坏标准

可以看出，只有《建筑基坑支护技术规范》破坏标准是5倍，其余都是2倍。个别规范的描述存在歧义，达到两倍和超过两倍所表达的意思易引起混淆。对于锚头位移持续增长，相应的延长了观测时间，后一级位移较快的超过前一级位移的规定倍数，即可终止试验。

3.4.4 锚杆极限承载力取值

单根锚杆极限承载力取值要求基本相同，描述稍有不同，对于统计值取值的规定有所不同，具体见(表6)。

3.4.5 数据整理

根据规范要求，报告中应提供荷载－位移(Q－S)曲线，荷载－弹性位移(Q－Se)曲线和荷载－塑性位移(Q－Sp)曲线。

每级荷载作用下弹性位移Se、塑性位移Sp可按下式计算:

式中F—锚头荷载;

L—锚头自由段长度;

E—锚杆杆体弹性模量;

As—杆体截面积。

式中S—每级荷载作用下锚头位移。

表6 各规范极限承载力取值

3.5 验收试验

3.5.1 最大试验荷载

最大试验荷载各规范规定见(表7)。由于验收试验不是破坏性试验，可直接在工程锚杆上进行，试验结束后再锚固至设计拉力。

表7 各规范规定的验收试验最大试验荷载

3.5.2 加荷等级及观测时间

锚杆五本规范中验收试验关于加荷等级和观测时间各不相同，现就《建筑基坑支护技术规范》(JGJ 120－2012)支护结构安全等级为一级的情况加以说明。

表8 锚杆验收试验加荷等级及观测时间

每加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次，当观测时间内锚头位移增量不大于1.0mm时，可视为收敛。正常情况下，一根锚杆的验收试验的时间为85min。

3.5.3 锚杆验收标准

(1)最大试验荷载作用下，锚头位移相对稳定;

(2)应符合《建筑基坑支护技术规范》(JGJ 120－2012)第A.2.6条规定。

第1条:建议可按“从第二级加载开始，后一级荷载产生的单位荷载下的锚头位移增量大于前一级荷载产生的单位荷载下的锚杆位移增量的5倍”执行。

第2条:“锚头总位移量超过设计允许值”要作相关计算，很难作为现场判断标准。

3.5.4 数据整理

根据规范要求，报告中应提供荷载－位移(Q－S)曲线。

4 报告

试验报告编制可参照基桩静载试验有关规定进行，应包括以下内容:

(1)委托方名称，工程名称、地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，检测目的、依据、数量、日期;

(2)工程概况，地质条件描述;

(3)锚杆施工参数(注浆材料、配合比、注浆压力、锚杆参数等);

(4)受检锚杆的编号、位置图和相关的施工记录;

(5)检测方法，检测仪器设备，检测过程描述;

(6)受检锚杆的检测数据、分析曲线、汇总表格;

(7)与检测内容相应的检测结论。

5 结语

通过对五本规范的深入剖析，指出不同工程及岩土层情况应当选择的试验依据与标准规范。明确的阐述了不同规范对试验数量和试验龄期的不同要求，基本试验和蠕变试验的数量都要求不少于3根，各规范对验收试验要求的数量略有不同。通过对最大试验荷载、加卸载等级和观测时间的分析，对试验结束的条件、各规范规定的破坏标准、锚杆承载力的取值作了仔细分析，其中只有《建筑基坑支护技术规范》破坏标准是5倍，其余均为2倍。

［1］GB 50007－2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［2］GB 50330－2013，建筑边坡工程技术规范［S］.

［3］JGJ120－2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［4］CECS 22:2005，中国工程建设标准化协会标准 岩石锚杆(索)技术规程［S］.

［5］GB 50086－2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范［S］.

［6］JGJ106－2014，建筑基桩检测技术规范［S］.

［7］龚晓南.地基处理手册(第三版)［M］.北京:中国建筑工业出版社2008.

［8］李渝生，苏道刚.地基工程处理与检测技术［M］.成都:西南交通大学出版社2010.