岩土锚固技术论文范例6篇

岩土锚固技术论文

岩土锚固技术论文范文1

关键词:公路;边坡工程;预应力锚杆;锚固技术

中图分类号:X734 文献标识码:A 文章编号:

1 前言

近些年来,我国的经济有的飞速的发展,基础建设也得到了很大的改善,其中最为显著的就是我国的公路建设。而在很多山区地带,公路的规划线路需要开山铺路,这样就形成了很多的边坡。如果这些边坡处理不好,就可能导致公路边坡的剥落、崩塌甚至滑坡等危害。严重的将造成地区甚至更大范围内的公路网瘫痪,影响国家的经济建设。因此,就需要对公路边坡工程进行很好的防护[1-3]。而公路边坡工程的各种防护技术中,锚固技术是目前应用最为广泛的一种公路边坡支护技术。本文结合公路边坡工程中的锚固技术,对其作用机理和预应力锚固技术进行了详细论述,旨在增强对公路边坡工程中的锚固技术理解和认识,为今后公路边坡工程的加固提供一些的理论基础和技术经验。

1锚固技术

锚固技术是先在边坡上通过机械按设计要求进行钻孔,然后将锚杆或锚索杆体材料对中放入钻孔内,再进行注浆,待注浆体达到一定强度后,将锚杆或锚索进行张拉,最后进行锁定。通过锚杆或锚索与岩土体交界面上的摩阻力来维持边坡的稳定。公路边坡工程中,在边坡表面一般施工矩形或菱形钢筋混凝土格梁来进行力传递,并喷射混凝土面层对坡面表层土进行防护。当进行边坡绿化时,可以进行客土喷播。

2锚固机理

锚固技术的机理主要是通过锚杆或锚索把坡面土体或因结构面切割成的岩体进行预压,从而组成一个稳定的结合体。锚固作用的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力,从而保持边坡的稳定。

锚固技术主要通过两个方面的机理来维护边坡的稳定。(1)锚杆或预应力锚索与潜在滑裂面呈夹角分布,其沿着滑裂面的切向分力减小了下滑力作用;(2)锚杆或预应力锚索沿着滑裂面的法向分力增加了潜在滑面上的摩擦阻力。另外,由于边坡的岩土体处于受压状态,岩土体的力学性能比不受压状态下的力学性能有所增强,而这部分增强作用不便量化,可以将其作为安全储备。因此,由于在岩土体内部存在着一定长度和密度的锚杆或预应力锚索,当它们与土体共同作用时,岩土体自身强度会得到增强,锚杆或预应力锚索构成的复合体,会主动制约岩土体破坏,改变边坡的变形和破坏性状,提高了边坡岩土体的整体稳定性。

3锚固力

锚固力也就是通常所说的抗拔力,主要由锚固段提供。一般而言,锚固力主要受制于两个方面的影响。一方面是锚杆或锚索杆体材料与钻孔内注浆体的粘结力;另一方面是注浆体与岩土体间的摩阻力。对于压力型锚固技术则主要受制于后者,而对于拉力型锚杆,两者皆有影响。此外,锚固力还与以下因素有关,其一是锚杆或锚索杆体材料的抗拉力,这主要取决于锚杆或锚索杆体材料的抗拉强度和所选用的总截面面积;其二是锚具的强度;其三是锚下公路边坡岩土体的承载力强度。由于潜在滑裂面的岩土体是不稳定土体,所以为了保证有足够的锚固力,必须使锚固段设置在稳定的岩土内,即锚固段必须穿越潜在滑裂面范围到达稳定的岩土体层内。

4锚固作用

锚杆或预应力锚索的锚固作用主要有以下形式。(1)约束骨架作用,即通过压应力对边坡的岩土体进行“围压”约束,使复合岩土体构成一个有机的整体,并提高其物理力学性能。(2)分担作用,锚杆或预应力锚索可在边坡岩土体内部共同抵抗外荷载作用和岩土体自重的应力。当岩土体开裂时,锚杆或预应力锚索会出现弯剪、拉剪等复合应力,从而导致注浆材料碎裂。钢筋或锚索屈服后,使复合岩土体变形延迟,避免边坡岩土体在短时间内发生整体破坏。(3)应力传递与扩散作用,锚固力通过锚头在锚下结构的作用下进行传递和扩散,因此,在相同荷载作用下,锚固边坡岩土体应变水平比不锚固岩土体边坡低,从而推迟了开裂域的形成并延缓了其发展。(4)坡面变形约束作用,公路边坡上布设有钢筋网并喷射混凝土面层,使坡面表层岩土体不易被水流冲刷,或出现局部坍塌,从而对边坡坡面岩土体的变形起到很好的约束作用。另外,锚杆通过锚下的格梁体系将锚固力很好地传递给岩土体,增强了对其的约束能力。

5预应力锚固技术

在公路边坡工程中,为了更有效或更主动地约束边坡的变形,一般都在锚固技术的上施加预应力。预应力锚固技术是通过张拉等技术手段将高强钢材、钢丝或钢绞线进行预张拉后锁定,使其长期处于高应力受拉状态,将滑动岩土层与稳定岩土层紧密连在一起,提高不稳定岩土层的抗滑能力,保持边坡的稳定。预应力锚固技术因其安全可靠、投资节省、缩短工期等诸多优点,在公路边坡工程建设中得到广泛应用。预应力锚索由锚索体、内锚头和外锚头三部分组成。

锚索体一般采用由高强度、低松弛、耐腐蚀的钢绞线。在公路边坡加固工程中多采用4~8束15. 24钢绞线,预应力一般按0.5~0.75倍锚索拉力设计值施加并锁定[4]。

最通用的内锚头有胶结式和机械式两种基本形式。公路边坡中多采用胶结式内锚头,一般采用纯水泥浆和水泥砂浆作为胶结材料,牢固可靠且防腐性能强。

外锚头主要由锚具和夹具组成,是将预应力传递到被加固岩土体上的永久性锚固装置,根据形式可分为螺杆式、夹片式、锥锚式和墩头式四种。在公路边坡工程中,常采用墩头式外锚头。

6结论

公路边坡是我国目前公路建设中经常碰到的一个工程问题。锚固技术是公路边坡工程较为常见的一种加固技术,改技术需要综合考虑公路边坡的地质条件,经济性,施工性、加固年限以及安全性等诸多因素。

本文结合公路边坡工程中的锚固技术,对锚固机理、锚固力、锚固作用以及预应力锚固技术进行了详细论述,旨在增强对公路边坡工程中的锚固技术理解和认识,为今后公路边坡工程的加固提供一定的理论基础和技术经验。

参考文献

[1]施建.高速公路高边坡预应力锚索防护的施工[J].铁道建筑,2003.2:28-30.

[2]韩冬卿.公路路堑边坡防护技术研究[J].公路,2002.9::147 -150.

岩土锚固技术论文范文2

[关键词]岩土工程 锚固技术 施工技术 探究

[中图分类号] TU7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-2-286-1

0引言

岩土工程是在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制,随着多种工程施工企业的发展及跨区域经营障碍被打破,岩土工程已经得到越来越高的重视其应用也越来越广泛。岩土工程是以求解岩体与土体工程问题,我国岩土工程行业具有企业数量多、规模小的特点。

1岩土程施工中锚固技术在我国的当前应用情况

随着我国经济结构的不断调整以及完善,越来越多的新兴产业如同春笋般崛起。我国地缘辽阔,1000万套保障性住房建设、教育和卫生等民生工程、技术改造和科技创新的工程建起,结合我国地质和地形条件变化差异大的特点,工程施工的问题无疑成了重点难点。各地政府在民生工程的投入力度也不断加大,各类地质灾害发生面广、量大,岩土工程企业应顺势而为,尤其是随着国家西部大开发计划的实施,这一重大机遇,无论在施工设备和施工机具以及施工工艺上都会造成极大的损耗和困难。由于水电站、公路、铁路等基础工程设施的施工,加强在相关领域的投入和开拓,保持良好发展势头。然而,当前人为地对原有地质环境的改变造成了滑坡、泥石流及崩塌等地质灾害频频发生。岩土工程的发展将围绕现代土木工程建设中出现的岩土工程问题并融合其他学科取得的新成果。但是很多锚固技术都有遇到松散、破碎、裂隙发育、溶洞等问题岩层存在,岩体或土体的稳定、变形和渗流问题也已经越来越严重。在进行地层及堆积体地层锚固工程施工时,岩石与土的利用、整治和改造也存在一定的漏洞,土体或岩体的锚固力未能维持地下结构的稳定。

2岩土工程施工中锚固技术的施工要点

2.1岩土工程的钻孔技术

在进行岩土工程施工的过程中,锚固技术的钻孔孔径不宜过大或者过深,在满足锚固段锚固力要求的前提下,应尽量缩短钻进周期,预防其深部地层内应力的扰动,采用高效钻孔设备和机具,通过其设计的锚固张拉吨位来确定钻孔的深度和直径。在锚固钻孔过程中迅速地将地层钻穿,锚固钻孔的洗井介质主要是水和空气,从维护钻孔孔壁稳定出发,钻孔容易发生弯曲,应尽可能地缩小钻孔设计孔径。对于一些钻孔特别困难的复杂地层,甚至可以从设计的角度出发,降低单索锚固设计吨位,从而减少钻孔孔径,或采用端部扩大型锚固段,来减小钻孔孔径。钻孔在淤泥(或淤泥质土)和淤泥质砂土中成孔施工时,如有必要可采用带套管跟进,以防止发生塌孔和涌水涌砂现象。

2.2锚杆杆体的就位

锚固技术是地下工程施工中十分重要的一项技术。应用锚杆支护开挖的地下工程周壁,在杆体放入钻孔前,应检查杆体的加工质量,防止地下工程施工中如坍塌、滑移、等灾害性出现。安放杆体时,要保证施工安全,不得随意敲击和悬挂重物。同时,特别要严格检查锚杆防腐保护设施的完好性,以承受结构物的上托力、抗拔力、或挡土墙的土压力、水压力。杆体安放后,一端与工程结构物或挡土墙连接,另一端锚固在地基的土层或岩层中,注浆管宜随杆体一同放入钻孔。对于非预应力的全长粘结型短锚杆,有时也采用先注浆后插杆的方式。

2.3灌浆施工的技术

灌浆是锚固施工过程中的一个重要环节,灌浆质量的好坏将直接影响锚固件的承载能力。具体控制要点有:按设计及规范要求选择水泥浆体材料,需控制好水灰比;锚固浆液在28天龄期后要求抗压强度达到设计强度标号;注浆作业应连续紧凑进行,中途不宜中断,使注浆施工在初始注入浆液初凝前完成后续注浆,在注浆过程中,边灌边提出注浆管,须保证注浆管管头插入浆液面内不少于50cm,严禁将注浆管提出浆液面,以免出现锚固体断杆质量问题;一次注浆应从孔底开始,直到孔口溢出浆液为止,在锚固体的二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结合体达到不低于2.0MPa时进行,具体参考设计参数。在冬季进行施工作业的时候,应该要按照灌浆施工的相关规范文件,秉承相关文件的实施标准,控制好水泥浆的搅拌温度,在不同的温度条件下要严格保养好灌浆施工的设备机具。

2.4张拉锁定施工的技术

锚杆体的张拉,就是通过张拉设备使锚杆杆体自由段产生弹性伸长变形,从而对锚固结构施加所要求的预应力值,具体控制要点有:张拉设备根据锚杆体的材料和锁定力的大小选择;张拉前须对设备进行标定,必须待锚固体及承压结构的砼强度达到设计强度才能张拉,同时保证张拉力与锚杆体轴线垂直度满足要求;安装夹具前,要对锚具逐个进行检查;张拉荷载需要分级施加,不得一次加到锁定荷载;达到锁定荷载稳定后即完成张拉锁定工作。

3岩土工程施工中锚固技术的发展前景

近年来国家突出强调要建设资源节约型、环境和谐型社会,对岩土工程行业来说意味着服务对象的变化,大力倡导发展绿色环保、再生能源、新材料、循环利用、垃圾处理等方面的新型产业。作为工程建设的重要环节,岩土工程行业的发展模式也将发生深刻转变,在进行锚固技术改善的同时,也将节能和降低碳排放作为重要的政策导向。在工程建设领域,岩土工程企业紧密关注经济结构调整的趋势,低碳节能方面的标准和要求也在不断加强,节能环保新材料、新技术的应用也在不断加速。这对于岩土工程行业而言,即是新的挑战,也昭示着新的市场空间。在当前,人们越来越追求那些既能够维持工程基础建筑的稳定和耐用性,也能够抗裂缝、防震抗震的岩土工程。因此,在岩土工程施工中锚固技术的自身加强很重要。建筑的岩土工程防渗能力也有着十分高的要求。岩土工程锚固成效的好坏直接影响到建筑岩土工程的耐用性、持久性,并有效地坚固应用于人们的生活。在我国工程建筑行业应用前景是很大的。

4结束语

岩土工程施工越来越受到人们的青睐,近年来我国锚固技术项目越来越多,要求也越来越高,这就需要施工人员具备更高的技术水平。岩土工程施工企业应当努力学习当前世界上更先进的锚固技术,并且结合具体的水文地质条件及企业自身的特点,开拓创新出一套符合企业未来的发展战略、科学合理的施工技术。只有这样才能够让企业保持长久的竞争力,才能让企业的施工技术更好的转化为劳动力,才能解决我国当前岩土工程施工中存在的问题并促进其发展。只有熟练的掌握各种施工技术才可以对工程进行优质施工,现今岩土工程锚固技术发展非常迅速,更新也快,施工人员需要不断的更新自己的知识,了解最新的技术,为迎接更大的挑战而准备,为我国岩土工程锚固技术的发展而努力。

岩土锚固技术论文范文3

关键词:预应力锚固技术;锚固类杆体临界长度;岩土锚固工程的设计

预应力锚固技术通俗讲是先将锚杆埋在岩体中或土中,以此牢牢锁定地层和结构物,靠中间的剪应力来充分传导结构物的拉力,最终结果加固了地层结构。这一理论在近年来建筑工程中如新建工程的施工、建筑用途的改变、建筑翻新应用越来越广泛。实际算下来预应力锚固技术在我国的应用已经将近50年,作为一种高应力结构,大多应用于一些安全性的加固工程中。所以对其作为理论研究的意愿尤为迫切。

1 岩土锚固工程概述

1.1 岩土锚固技术起源及发展

岩土锚固技术在工程史上存在了100多年,最早出现于1890的威尔士,当时的煤矿工人已经想到在岩层中加固钢筋。到了1912年,美国的弗拉登(Frienden)煤矿第一次使用锚杆来支持顶板。而后到了1934年的法国Cheurfas大坝中首次应用了37根预应力锚索最终获得成功。这之后英国和奥地利等国争相效仿。顾名思义,锚固的主要作用是指依靠预应力较高的钢材来加固岩层从而保证结构的自身稳定。但是直到二十世纪八十年代,该项技术在理论研究上才逐步受到重视。

1.2 岩土锚固技术的相关理论

岩土锚固是岩土工程领域重要的分支,其中锚杆锚固段侧阻力的研究是当前研究的重点,其中锚杆锚固段侧阻力的大小由锚固段长度确定,也是锚固设计的重点,其预应力锚杆锚固段侧阻力的计算公式为:

其中σ为锚固段法向应力,Eb为钢绞线的杨氏模量;Er为岩体的杨氏模量,Eg为灌浆材料的杨氏弹性模量,υr为岩体的泊松比,υg为灌浆材料的泊松比,dg为钻孔直剑d0为岩体影响直径。

2 岩土锚固工程存在的问题及措施

2.1 锚固类杆体临界锚固长度问题

锚固段长度的研究也是当前研究的重点之一,其中锚固段长度在一定的条件下,锚固体超过一定的长度,极限抗拔力增加较少。在一定岩土中,锚固力有时其自身长度不随着锚杆长度延长而延长。由于我国在岩土锚固类理论研究明显晚于西方,虽然借鉴了不少已经成型的成功经验,但在系统性上仍然远远落后于西方国家,所以在理论问题上进展十分艰难。国际预应力混凝土协会使用规范中明确规定锚固段长度应在10m以下,若此长度不能满足工程要求,则应改善锚固段结构。现场实验和检测是研究杆体临界锚固长度的主要手段之一,但是在数据的准确性和可靠性上存在不小的困难。

段建立研究出一种自钻式土钉和深层搅拌机相结合的复合式土钉支护技术。技术主要通过对深层水平位移的测试和分析,来研究符合土钉支护在受力情况下的工作性能。而这些工作为研究临界锚固长度积累了大量的宝贵资料。

另一种有效方式为模型试验法,很好地补充了现场试验和检测的方法。李国维研究了全长粘结玻璃增强型聚合物的锚杆破坏喇叭模型。研究中发现,在浆体强度过高时,锚杆可能发生破坏,也可能发生浆体剪切破坏。模型属于典型的剪应力峰值和零值同时向深部转移。但是转移前后峰值和零值之间的距离是一个恒定的常数,通过证明得出这个常数就是临界锚固长度。此后在研究锚固类结果杆体领域最为常用的研究方法是理论分析法,包括数值模拟、解析、办理论半经验分析等,且目前来看产出结论最多。总而言之,国内对于锚固类结构杆体临界问题从认识到研究探索,期间提出了无数理论不断反复验证,到今天为止也只能算取得部分成果,仍然有许多问题需要解决,所有在探索的道路上仍需要后人持续努力。

2.2 岩土锚固工程的设计问题

锚索在地下挖掘,坝基工程等预应力锚固类工程中应用越发广泛,到今年为止每年用量超过上百万米,而锚索的使用直接关系到锚固工程中预应力设计的相关问题。在我国岩土锚固工程中经常使用到的结构有锚索抗滑桩、锚索地梁及锚索墩等,其中锚索墩应用最为广泛。在岩土锚固工作的设计环节中质量把控非常重要,每个环节的些许失误都会破坏整个工程的进度。所以在设计过程中应充分考虑各种不利因素,使整个工程尽可能顺利。

在锚索的防腐问题上同样值得警惕。锚索的防腐分为体外防腐和体内防腐。在体外防腐中可以用锚索张拉索切去多余钢线,然后对着锚索空口补浆后,可以用砼封口。而在体内防腐中,设计环节必须实地了解地层性质,主要是为了防止有害物质对锚索的防腐材料的腐蚀。

3 结语

总之设计施工的基本准则是为了保证预应力锚固体能够长期平稳地工作,在操作过程中应该避免锚固力的无端损失,同时设计人员应该对被加固岩体进行细致的研究,尽量选择合理有效的防护手段,来保证锚固工作的顺利开展。

参考文献

[1] 叶根飞.岩土锚固荷载传递规律与锚固特性试验研究[D].西安科技大学,2012.

[2] 曾宪明,林大路,李世民,左魁,徐孝华,杜宁波.锚固类结构杆体临界锚固长度问题综合研究[J].岩石力学与工程学报,2009,S2:3609-3625.

岩土锚固技术论文范文4

关键词:锚固技术;锚杆;锚固机理;摩阻力分析.

在岩土体开挖施工的过程中,由于卸载土体内部应力会重新分布,这时应力场变化后内力达到重新平衡,引起土体的变形,或是由于重分布后土体单元的应力圆达到破坏线而导致坍塌。工程上产生的滑坡、岩崩、地面沉降等地质灾害均是由于土体内力场不利分布而导致[1]。为防止上述不良后果的产生,人们常用钢筋或钢绞线来作为抗拉材料,将其一端固定在岩层深部,一端锚固在岩体表面,来抵抗土体的变形,维持土体稳定。这些用来加强土体的抗拉杆体称为锚杆。锚固技术是岩土工程中的一个重要分支,近年来发展迅速,越来越受到学者和工程技术人员的重视。最大的优点是能够使用抗拉材料来加强土体自身的稳定性。

锚杆与传统的加固方法有着根本的不同:后者常常是被动地承受破坏岩土体所产生的荷载,而前者可以主动地加固岩土体,有效的控制其变形,防止岩土体的坍塌与破坏。并且还具有占用空间少、工作效率高、环境影响小、社会效益显著等优点。

一、锚杆技术的应用

早在上个世纪40年代,美国和前苏联就已经将锚杆应用于井下隧道支护,在煤矿、金属矿山、水利、隧道以及其它的地下工程中也广泛地使用了锚杆支护[2]。

我国自20世纪50年代开始在金属矿、煤矿系统使用锚杆以来,目前在矿山、建筑、交通、水电和国防等工程领域中已大量地使用这项技术。例如在常见的大坝工程中,可以利用锚杆加固坝基和坝肩,还可对大坝进行加高,并且更为重要的是,在采用锚固技术施工的同时,不必放空水库,不用重修围堰,也不会增加坝体重量,这对坝体的整体稳定及抗震都极为有利;在支护大跨度地下洞室的顶拱或边墙工程中,锚杆通常与压力灌浆或钢丝网喷混凝土联合使用;利用锚杆增加岩土边坡尤其是高边坡的稳定性,这也是锚杆技术最为常用的地方;深基坑支挡工程和竖井工程已经隧洞和隧道工程中也常常采用锚杆技术等;是20世纪80年代后,随着计算机技术的广泛应用,把锚杆、喷射混凝土支护和现场测量监控、信息采集技术相结合,采用及时支护、分期施工全环封闭等一整套方法,充分发挥了围岩自承能力的设计原则,已经成功的应用于地质复杂的地下工程中[3-4]。

尤其在近几十年以来,锚固技术就以其简便的工艺、广泛的用途和良好的效益,在岩土加固领域中表现出了极大的应用价值,几乎已经涉及到岩土工程的各个领域。不过,当前在施工方法上我国还是以水泥注浆的锚杆技术为主,虽然此类锚杆的成本较低,但就其应用的性价比而言,仍然不及树脂锚杆,其在发达国家的矿山工程和地下工程中已大量使用。对于树脂锚杆的研究和应用,我国与国外还有一定的差距[5-7]。

二、锚杆的锚固机理

(1)悬吊作用

该原理认为通过锚杆支护,为不稳定的岩土体提供足够的拉力,将其悬吊于稳定的岩土体之中,防止其离层滑落,从而维持工程稳定。这种作用在地下工程锚固中表现尤为突出。

(2)组合梁作用

该原理把薄层状岩体看成一种“梁”,在没有锚固前,它们只是简单叠加在一起。在荷载作用下,单个“梁”的上下边缘分别受压和受拉,由于层间抗剪力不足,均会产生各自的弯曲变形,整个岩体的变形就比较大。但当把锚杆打入到岩体一定深度后,相当于用螺栓将它们紧固成组合梁,各层板便相互挤压,层间摩阻力大为增加,岩体内部应力和挠度大为减少,这样便增加了组合梁的抗弯强度。

(3)挤压加固作用

T.A.Lang通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用,当在弹性体上安装具有预应力锚杆时,发现弹性体内形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩带,若将锚杆以适当的间距排列,使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠,便形成了一定的连续压缩带。为说明锚杆对破碎岩土体的支护作用,我国冶金建筑研究总院等单位曾先后用碎石、混凝土碎块作材料模拟破碎地层,然后采用锚杆加固,结果发现加固后的模型承载力大为提高。这说明通过锚杆加固,即使毫无粘结力的碎石也能被加固成承受相当大荷载的整体结构,因此,锚杆这种挤压作用在软弱破碎岩体中能得到较大的发挥[8]。

(4)增强作用

该原理认为针对节理密集破碎岩体,或是较为软弱的土体,施加锚杆,相当于在其内部增加了筋骨,使其在抵抗外力的情况下表现成一个整体,从而增强了锚固区围岩土体的强度。

(5)销钉作用

锚杆穿过滑动面时,所表现出的“阻剪抗滑”作用[9]。

三、锚杆摩阻力分析

锚杆锚固段及其周围土体的摩阻力会直接影响承载力的大小。目前研究的手段主要有试验、数值模拟和解析解,下面着重对试验解和数值解进行讨论。通过试验可知,锚固力的增加与锚固长度的增加并不完全成正比,随着锚固段长度的增加,锚固力的增加变慢。锚杆长度有个经济长度,过长则对承载力的增加没有贡献。在锚杆受力后,锚固段与围岩间产生剪应力。但这个剪应力的峰值与锚杆承载力的峰值不是同时出现。当承载力较小时,剪应力已经达到峰值,此时锚杆的位移较小。当锚杆的承载力达到峰值时,锚杆的位移较大。锚固段与围岩间的剪应力峰值大小与围压有关,围岩越大则极限摩阻力越大。随着锚固段的增长,其与围岩的平均摩阻力会减小,这也验证了靠增加杆长来增加锚固力不是很经济。

四、存在的问题和研究方向

由于影响岩土体承载力和应力传递的因素较多,任何研究都不能把所有的因素考虑到,因此对于岩土中锚固的研究不是很充分。以下几个方面还需要提高,是未来锚固技术的研究热点。

1.锚固体上应力分布规律没有得到完全认识。锚固体上的应力是不均匀的,其峰值位置是变化的,但还没有得到一个完满的解析关系。在实际应用中仍然是做均匀分布的假设。

2.针对锚固体系及接触介质的力学性能研究不充分。锚固破坏主要在于锚固段与围岩和杆体与注浆体之间的界面。如何充任认识界面力学性质,是研究人员今后的主要任务。

参考文献:

[1]韩立军,张茂林,贺永年等.岩土加固技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

[2]陆士良,汤雷,杨新安.锚杆锚固力与锚固技术[M].北京:煤炭工业出版社,1998.

[3]吴爱祥,李宏业,王永前,杨宝华.金川二矿深部开采面临的问题与对策[J].矿业研究与开发,2002,22(6):13-15.

[4]林永熙.大秦线军都山隧道在施工技术上有新的突破[J].中国铁路,1992,(2):32-33.

[5]李保德.可回收锚杆在煤巷两帮的应用[J].煤矿支护,2005,(2):43-45.

[6]朱行宝,郭运行.注浆堵水确保树脂锚杆支护质量[J].矿山压力与顶板管理, 2005,(4) :122-122.

[7]孙广建,席立群,张宏军等.永城矿区树脂锚杆快速施工实践[J].江西煤炭科技,2006,(3) :29-30.

岩土锚固技术论文范文5

【关键词】锚固技术;锚杆支护;可回收式锚杆技术;创新发展

0.引言

进入二十一世纪以来,世界经济进入高速发展阶段,特别是中国经济的发展的速度更是处于领跑状态,我国在基础建设上的大力投资以及发展前所未有。作为岩土工程一个重要分支的锚杆锚固技术也得到了跨越式的发展,广泛应用于基坑工程、铁路工程、水利水电工程、边坡工程、地下室工程、抗浮工程、隧道工程以及矿山巷道工程等工程施工领域。作为近代岩土工程领域中的一个重要分支,使用岩土锚固,可以充分调用和提高岩土体的自身强度和自稳能力,改善岩土体的应力状态,大大缩小结构物体积和减轻结构物的自重,显著地节省了工程材料,提高施工过程的安全性,岩土锚固技术已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程稳定问题经济、有效的方法之一。

锚杆支护技术,无论是用于临时支护还是永久支护,作为施工后留在岩体土层中的锚杆,一般将永久埋于地下及土层中,造成地下空间的污染,同时锚杆施工后, 其锚固段和一部分自由段将超出暴露在该建筑物的征地红线范围外, 这样在该建筑物周围开发其他建设项目时, 必将造成基础施工的麻烦。

为了解决这个问题,国内外提出了可回收式锚杆技术这个创新观点。此观点的提出,正好解决锚杆技术在工程实践中的一些问题困难,同时可以带来一定的经济效益以及节约大量的社会资源。

1.国内外可回收式锚杆技术的现状

锚杆加固技术特别是在边坡护理工程、地下结构工程、基坑工程、矿山巷道支护工程、抗浮工程、抗震工作等领域中更是发挥了其举足轻重的地位和取得了一定得工程成果。

同时据统计,国内外各类锚杆已达700余种,每年在各类工程的中的使用量超过数亿根。因此,研究开发可回收式锚杆,对使用锚杆加固技术更好地服务于工程建设并有效解决其在工程使用中存在的资源浪费问题具有重要意义。目前在国内外,对于锚杆回收式技术的研究开发还比较少,这项新的技术的研究开发还处于起步阶段。

目前研制出的可回收式锚杆主要可分为以下几类:

1.1力学式可回收式锚杆

力学式可回收式锚杆,即使用夹具滑落拆除锚杆法,采用预应力钢绞线作为拉杆,靠前在前端的夹具,将荷载传递给锚固体。设计时,保证在外力A作用下,夹具绝对不会脱落。拆除时,可施加远远大于A的外力B,使夹具脱落,从而拔出拉杆。目前所研究出的此类锚杆主要有德国的DYWIDAG回收式锚索、英国AnthonyD.Barley等研制开发SBMA回收式锚索、日本国土防灾株式会社开发的JCE锚索。

1.2自旋式可回收式锚杆

为了克服砂土层砂浆锚杆和普通锚杆技术的缺陷,尝试以挤压密实摩擦锚固为主导的自攻旋进形式作为锚杆的设计方案。可回收式自旋土层锚杆是一种新型螺旋形式的受拉杆件,它不强调锚叶的作用,而是以锚固段通过强力旋扭作用使锚固段对锚固体周围土体挤压形成较高的锚固力。以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或者挡土墙的土压力、水压力。它的锚固作用能改变地层力学特性以提高土层结构体的自身稳定性。这种土层自旋锚杆无需打孔,利用机械钻具直接将自旋锚杆强力旋进土体中。扭进过程中杆体所占空间的土体被强行挤压向周边分布,使得锚杆体近周围土体形成不均匀挤压区,强化了锚杆的锚固力。

1.3 机械式可回收式锚杆

机械式可回收锚杆是将锚杆体与机械的联结器联结起来,回收时施加与锚固方向相反的力矩,使杆体与机械联结器脱离后取出。许多岩土工作者基于机械式回收原理,开发设计出了一系列机械式可回收式锚杆,主要有压力型可回收式锚杆、端锚可回式收树脂锚杆、可回收式楔式锚杆、可回收式塑料胀套式锚杆等。

1.4可回收式充气锚杆

充气锚杆的提出源于海洋工程,为在海底施工作业和机器(机器人)提供抗浮锚固力,国外研究刚刚起步。充气锚杆是一种全新概念的新型锚杆,是针对软土在压力作用下可产生挤压变形的特性而研发的。充气锚杆具有较大的承载潜能,但因研究尚处于初步阶段,仍有待于进一步的试验与理论研究,如进行充气压力与体积变形的研究、承载特性与失效机制的研究以及现场试验研究。

1.5扩大头(囊式)锚杆

扩大头(囊式)锚杆技术(也称扩体锚杆技术)是用一种特制的钻孔机械,按设计要求钻孔(可垂直、水平、倾斜 ),钻孔到设计深度后,按设计要求扩孔(可用 旋喷方式、机械方式 );成孔和扩孔时用泥浆护孔壁;向中安放已制做好的锚杆;根据计算浆量向锚杆囊体中注特制的水泥浆;然后拔注浆管,再向注浆管中注浆,使钻孔中充满水泥浆,拔出注浆管,达一定强度后进行预应力张拉,锚固到底板上即完成。在高层建筑、轨道交通、桥隧工程、城市地下交通枢纽、港口码头、水库高坝、边坡工程、矿山建设、国防工程等领域有着广泛的应用。目前在一些工程中取得了不错的经济和社会效益。

1.6化学式可回收式锚杆

化学式可回收式锚杆即用高热燃烧剂将拉杆熔化切断法,在锚杆的锚固段与自由段的连接处先设置有高热燃烧剂的容器,拆除时,通过引燃导线点火,将锚杆在该处熔化切割拔出,用高热燃烧剂将拉杆的一部分熔化,也有采用燃烧剂将拉杆全长去除。此类锚杆的回收往往比较快速,通过化学手段完成锚杆的回收。与此同时,此类锚杆的施工工艺往往比较复杂,而且对化学药剂的制作保存有相当严格的要求,在实际工程应用中很少会使用到。

2.可回收式锚杆应用与研究所面临的问题

国内外,通过上述的一些新式可回收锚杆的开发与创新,可以看出可回收式锚杆在工程上展示出了其优越性,在能完成临时锚固要求的同时,可回收技术的研制和开发可以大大节省材料,从而实现在工程上的回收利用。虽然通过一些物理模型试验、数值仿真试验、工程现场观测等方法,对一部分可回收式锚杆的加固机理进行了探讨,可回收式锚杆的研究工作取得了一定的进展,但是仍然存在不少问题:

(1)对于可回收式锚杆来说学术界并没有形成统一的可回收式锚杆的加固机理;

(2)对于可回收式锚杆的研究,在数值模拟、理论分析与实际情况往往出入较大;

(3)对于可回收式锚杆的理论研究明显滞后于工程实践的应用研究;

(4)对于可回收式锚杆的研究在对锚固体力的传递只有定性描述;

(5)对于已开发出的可回收式锚杆来说,往往很少在实际的工程项目中的得到应用。

3.可回收式锚杆的研究发展方向

通过对国内外可回收式锚杆的分析及初步探讨,可回收式锚杆技术的研究发展应从以下几个方面进行展开:1)对已创新出的可回收式锚杆的锚固机理进行研究;2)对可回收式锚杆进行理论方面的计算;3)对可回收式锚杆进行数值模拟研究;4)可回收式锚杆进行群锚效应的研究;5)对可回收式锚杆回收部分进行二次回收利用研究;6)复合可回收式锚杆与土钉墙工作机理及设计方法的研究;7)相关研究成果的共享及数据库的建立;8)各种特殊条件下可回收式锚杆的性能及设计方法;9)对可回收是锚杆进行大量的实验以及实验结果的可行性分析研究

4.结论

创新、创新、再创新 !科技发展的生命就是创新,国内外可回收式锚杆还处于起步摸索阶段,截至目前,国内外在可回收式锚杆方面的研究已作出一定的成绩,但是在实际工程中并未得到大范围的推广,主要是由于相关理论的不完善和试验方法、设备的不健全,对可回收式锚杆的创新研究仍然存在许多不足。实施创新驱动发展战略,特别是土木工程领域, 随着更多的学者及工程人员的参与,以及对锚杆与土层作用机理、工程规范、试验仪器、数值模拟及观测手段的不断发展完善。人类合理开发和节约自然资源、能源的要求不断提高,可回收式锚杆的理论计算、锚固机理、群锚效应、计算模型、各种特殊条件下的性能及锚杆的二次回收利用等方面的定量研究将是今后研究的重点方向,这些都将为可回收式锚杆的创新研究提供指导方向,其相关成果将完善可回收式锚杆的基础理论,推动可回收式锚固技术的发展。

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岩土锚固技术论文范文6

关键词:压力型锚杆;锚固段长度;理想弹塑性

中图分类号:TU457 文献标志码:A

文章编号:16744764(2013)02000906

随着经济建设的发展和科学技术的进步,岩土锚固技术已在边坡、基坑、矿井、隧洞、地下工程、水坝等工程建设中得到了广泛的应用[15]。而在岩土锚固技术中,锚固段长度的计算是至关重要的一个环节。规范[6]规定:对于土层锚杆,锚固段长度不应小于4 m,且不宜大于10 m;对于岩石锚杆,锚固段长度不应小于3,且不宜大于6.5 m或8 m(对预应力锚索)。文献[712]的研究都表明,锚杆的承载力并不随锚固段长度的增加而一直增长,超过一定的长度后,超出的锚固段长度几乎不起作用。张洁等[13]通过理论分析和研究得出了锚杆临界锚固段长度的求解公式,但需要通过现场拉拔试验的PS关系反演获得锚杆的侧摩阻刚度系数,或者需要监测出锚杆锚固段后1/3点处的轴力,这给锚杆的前期设计工作带来一定的困难,使用起来不是很方便。且该公式仅限用于拉力型锚杆。

而目前,由于压力型锚杆具有较好的受力性能和防腐特性,在实际工程中尤其是永久性工程中被广泛使用[13,9,11],但有关压力型锚杆锚固段长度计算方法的研究成果相对较少。曹兴松等[14]采用Winkler假设,基于锚索粘结应力分布的特点,通过锚索锚固段受力状态分析和应力分布规律,利用理论与试验结果相对比,提出了一种新的设计方法,但引入了综合切向刚度系数,且确定该系数存在一定的困难,使用不便。规范[6]假定锚固段上的侧摩阻力均匀分布,据此设计锚固段长度,虽计算简便,但又与锚固段侧摩阻力非线性分布的客观事实不符。因此,故本文在文献[15]和[16]研究成果的基础上,考虑锚固体与岩土体间的粘结力,引入岩土体粘聚力工作条件系数,对压力型锚杆锚固段长度的计算方法进行了一定的研究和分析。

廖 军,等:压力型锚杆锚固段长度确定方法研究

1 理论推导

1.1 基本假设

以压力型锚杆底部的承载体为坐标原点建立一维直角坐标系,如图1所示。

为方便计算分析,假定锚固层的荷载传递模型为理想的弹塑性模型[17],承载体截面处的剪应力达到极限侧摩阻力时,锚杆达到极限承载力,锚杆在达到极限承载力之前,锚固层处于弹性工作状态[13];锚固体与岩土体交界面上满足库仑准则;锚固体截面上的轴向应力均匀分布。

1.2 公式推导

沿锚固体轴线方向取一微段进行受力分析,如图2所示。由微元体的水平方向平衡可得:

锚固体受压,会对周围岩土体产生径向的挤压效应(不同于拉力型锚杆),锚固体和岩土体界面上的外摩擦角可能大于岩土体内摩擦角。考虑到实际锚固体与岩土体间粘结力和岩土体粘聚力的差异,1.3 锚固段长度计算

承载体截面处剪应力达到极限侧摩阻力之前,实际发挥作用的锚固段长度随外荷载的增加而增加,锚固体与岩土体界面上相应的剪力也不断增加,并逐渐向更深处传递。从式(11)可以看出,压力型预应力锚杆中锚固体内任一点x处的轴压力随锚固体长度的增加呈指数衰减,直至为0,轴力零点与承载体间的锚固段长度为实际发挥作用的锚固段长度,也就是锚固段上荷载的传递长度。令式(11)等于零,得:

对于即定的锚杆体系,其极限承载力是诸多结构极限承载力的综合反映,锚杆体系的极限承载力取决于这些极限承载力中的最小值。如果需要提高锚杆体系的极限承载力,就需要保证体系中极限承载力最小的结构满足设计要求即可。

锚杆体系的极限承载力由以下极限承载力综合决定:锚下承载结构极限承载力Pu1、锚下岩土体极限承载力Pu2、锚杆杆体的极限承载力Pu3、锚固体的极限抗压承载力Pu4和锚固体极限侧阻力Pu5。其值取决于五者当中的最小值,即

则锚杆体系对应的锚固段长度为:

根据侧摩阻力非线性分布的假设,当按规范[4]计算得到锚固段长度大于式(14)计算得到的锚固段长度时,宜将压力型锚杆(集中型)设计成压力分散型锚杆,以降低锚固段侧摩阻力峰值,并使其充分发挥。

2 锚固段长度因素影响分析

为研究岩土体的弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和外荷载对压力型锚杆中的锚固段长度的影响,选取典型的岩土体和锚固体参数对其进行分析,其中锚固体与岩土体界面外摩擦角取岩土体内摩擦角,具体参数见表1。在对其中一个参数进行分析时,其它参数保持不变。

名称弹性模量/MPa泊松比粘聚力/kPa内摩擦角/(°)预应力/kN直径/mm

2.1 岩土体弹性模量的影响

图4是在不同的岩土体弹性模量下得到的锚固体的锚固段长度分布图。从图中可以清楚地看出,岩土体弹性模量越大,即岩土体越坚硬,则需要的锚固段长度越小。对一般土体而言,其弹性模量介于10~1 000 MPa之间时,对应的锚固段长度介于105~7.5 m之间;对一般岩体而言,其弹性模量介于1 000~6 000 MPa之间时,对应的锚固段长度介于7.5~3.7 m之间。

2.2 岩土体泊松比的影响

图5是在不同的岩土体泊松比下得到的锚固体的锚固段长度分布图。从图中可以清楚地看出,锚固体的锚固段长度随泊松比的增加而增加,且有明显的线性关系。但是泊松比从0.1增加到0.4时,锚固段长度仅从5.6 m增加到6.1 m,增幅仅约9%,可见岩土体泊松比对锚固段长度的影响很小,几乎可以忽略不计。因此,在用式(12)和(14)对压力型锚杆的锚固段长度进行估算和设计时,基本可以忽略岩土体泊松比变化对锚杆锚固段长度求解结果的影响。

2.3 岩土体粘聚力的影响

图6是在不同的岩土体粘聚力下得到的锚固体的锚固段长度分布图。从图中可以看出,岩土体粘聚力越大,锚固段长度越小。对于一般土体而言,其粘聚力介于10~40 kPa之间时,对应的锚固段长度介于12.4~6.1 m,且锚固段长度随粘聚力的增加急剧减小;对于一般岩体而言,其粘聚力大于40 kPa时,锚固段长度小于6.1 m,当粘聚力大于150 kPa时,锚固段长度小于2.3 m,且变化缓慢。

2.4 岩土体内摩擦角的影响

图7是在不同的岩土体内摩擦角下得到的锚固体的锚固段长度分布图。从图中可以看出,锚固段长度整体上随内摩擦角的增加而减小。对于一般土体而言,内摩擦角小于30°,锚固段长度介于5.0~10.2 m之间;对于一般岩体而言,内摩擦角大于30°,锚固段长度小于5.0 m。

2.5 外荷载的影响

图8是压力型锚杆在不同外荷载作用下得到的锚固体的锚固段长度分布图。从图中可以看出,当外荷载较小时,锚固体上荷载的传递范围较小,即实际发挥作用的锚固体长度较小;当外荷载增大时,锚固体上的荷载向更深处传递,即实际发挥作用的锚固体长度随荷载的增大而增加。从图中可以看出预应力从20 kN增加到500 kN时,锚固段长度从1.0 m增加到10.0 m。

3 实验验证

采用文献[18]在压力型锚杆试验中监测的试验数据与本文计算结果进行对比验证。该试验中M1锚杆的有关参数为模型尺寸:5 m×0.8 m×0.8 m;锚索:2根1 860 K级15.24高强度低松弛无粘结钢绞线(极限承载力518 kN),锚具OVM154型,95钢质承载体,20钢绞线孔,架线环每隔2 m设置1个,预应力设计值200 kN,预应力锁定值为220 kN。锚固体和模拟软岩的有关参数如下表2所示。

名称弹性模量/GPa泊松比粘聚力/kPa内摩擦角/(°)直径/mm

试验在张拉力为200、440 kN作用下监测得到的荷载在锚固段中的传递长度分别为0.25、0.55 m(都为监测点布置位置),考虑到实际监测的荷载传递长度(承载体至轴力零点的距离)只能是承载体至监测点的长度。

根据式(11)求得在不同张拉荷载下,锚固段上的轴力分布如图9所示。从图中可以看出,不同张拉荷载下,锚固段上的轴力分布很不均匀,荷载较大时,轴力衰减较快。采用本文推导公式计算得到试验锚杆在外荷载200、440 kN时,对应的锚固段长度分别为0.31、0.51 m。理论计算值和实测值比较吻合。

另外,假定锚杆体系的极限承载力最终由锚索的极限承载力(518 kN)控制,可求得该实验锚杆体系达到极限荷载时,对应所需的锚固段长度约为056 m。

4 讨 论

考虑锚固体与岩土界面侧摩阻力的非线性分布,得到了计算锚固段长度的解析式,计算结果与试验结果吻合较好,说明本文计算方法正确可行。通过研究了不同岩土体参数下锚固段长度的变化范围,从图4~8可以看出,本文求解结果与规范建议的锚固段长度取值范围比较吻合,说明规范对锚固段长度的建议值是比较合理的。但是由于规范简单地假定锚固段侧摩阻力均匀分布,因此,当实际锚固段长度取值小于规范值时,对应的最大外荷载在锚固体与岩土界面产生的剪应力实际上要小于侧阻力极限值,结果偏安全;而当实际锚固段长度大于规范值时,在对应最大外荷载情况下,承载体处的侧阻力达极限时,由于在超出本文锚固段长度计算值或规范建议值以外的锚固段的实际侧阻力发挥作用很小,此时仍按规范的侧阻力均匀分布计算锚固段长度,有可能导致承载体在锚固段附件率先发生破坏并引发破坏长度进一步延伸,即渐进性破坏,使得锚固体总锚固力达不到设计要求,计算结果偏不安全,在实际工程中需引起注意。因此,当锚固段长度过长时,建议采取压力分散型锚索[15,18],通过承载体作用来分担荷载,降低侧摩阻力峰值,充分发挥侧摩阻力强度,从而保证总锚固力满足设计要求。

5 结 语

1)推导出了压力型锚杆锚固段的剪应力和轴力计算公式,以及求解锚固段长度的解析式。式中的参数简便易得,计算方便,对压力型锚杆和压力分散型锚杆锚固段长度设计有很好的指导意义。

2)分析结果表明压力型锚杆的锚固段长度随岩土体弹性模量的增大而减小;随岩土体泊松比的增加成线性增长,但影响极为有限,几乎可以忽略不计;随岩土体粘聚力的增加而减小,且粘聚力小于40 kPa时,减小较快,大于40 kPa时,减小较慢;随内摩擦角的增大而减小;随外荷载(不超过锚杆体系的极限承载力时)的增大而增大。

3)不同岩土体弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角以及外荷载下得到的锚固段长度范围与规范的要求比较吻合。因此,考虑侧摩阻力的非线性分布规律,单个承载体对应的锚固段长度取值不宜大于规范建议值,取值过大会使侧摩阻力不能充分发挥,造成总锚固力偏不安全,实际工程中应引起注意。

4)本文提出的压力型锚杆的锚固段长度计算公式求解的结果与室内试验实测的荷载传递长度比较吻合。对压力型锚杆锚固长度的解答可为实际工程中锚固段长度的设计提供一定的参考。

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