多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构加固技术现场试验研究

对多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚索组合结构新型边坡加固技术的结构形式、适用范围、加固作用机理、现场试验进行分析,对比分析预应力锚索、多次分段控制注浆预应力钢锚管及多次分段控制注浆预应力钢锚管锚索承载力,研究结果表明：1)该结构特别适用岩土体破碎、松散、易塌孔地层于边坡,通过钢锚管劈裂注浆,提高边坡岩土体的强度指标,充填了和挤密破碎地层间的空洞和孔隙,有效提高锚固段锚固力;2)通过预应力锚索和预应力钢锚管极限承载力对比分析表明预应力钢锚管没能够充分发挥该地层的锚固力。预应力钢锚管施加的预应力只能传到浅表层,且破坏模式为钢管被拉断或者钢管接头处断裂;3)三组不同根数的钢绞线预应力钢锚管锚索极限承载力结果与普通的预应力锚索相比来看,单束钢绞线预应力锚索承载力由200kN增加到235kN,锚固力提高17.5%;两根钢绞线预应力锚索承载力由295kN增加到378kN,锚固力提高28.14%;三根钢绞线预应力锚索承载力由336kN增加到432.26kN,锚固力提高28.65%。表明预应力钢锚管锚索通过劈裂注浆挤密锚固段岩土体,浆液充填裂隙,形成“树根状”,有效的提高了锚固段锚固力。     

预应力锚固机制数值模拟研究

针对预应力锚索加固时锚固段与自由段受力机制的不同,依据等效应变和等效温度法建议了一种新的预应力施加方法,并采用有限元方法模拟了预应力锚索加固岩体的受力机制.给出了不同锚固条件下锚固段和岩体的受力变形特征,指出了应用预应力锚索加固时应该注意的问题:张拉式预应力锚索加固的岩体在内锚固段周围的岩体是受拉的,群锚时使得内锚固段附近的岩体形成拉应力带,这种拉应力带对岩体的稳定十分不利,应积极采用不等长锚索,以使内锚头分散布置在岩体的不同层位中;群锚条件下锚索之间外锚头位置岩体有受拉现象,在满足工程需要的条件下锚索的布置间距应适当放大.     

预应力锚索对岩质边坡加固效应的数值模拟

针对预应力锚索加固岩质边坡稳定性分析与评价问题,应用FLAC 3D建立了双滑面楔形体边坡模型,模拟了边坡边开挖、边锚固的施工过程及室内模型的超载破坏试验,分析了锚固岩体的位移和应力、节理裂隙面位移随工况的变化以及锚索预应力损失等问题.研究结果表明:预应力锚索加固作用提高了边坡整体的稳定性;分析边坡的整个破坏过程可知边坡的变化过程为柔性变化,而不是刚性变化;从锚索预应力变化情况可知锚索自上而下进入屈服状态,不同部位的锚索受力有先后、大小之分,呈不均匀分布;对锚固后边坡安全系数进行计算,计算结果与模型试验得出的结果相近.     

注浆长度与套管类型对扩大头锚索性能的影响

扩大头锚索因具有抗拔承载力大、支护效率高等优点在岩土工程中应用广泛,而注浆段落的长度和自由段保护套管的类型将对锚索受力变形特性产生影响。为此,依托实际工程开展了锚固段注浆+PE波纹管(设计方案)、全长注浆+聚乙烯(polyethylene, PE)波纹管(实际施工常用方案)、锚固段注浆+高密度聚乙烯(high density polyethylen, HDPE)套管、全长注浆+HDPE套管等四种不同工况扩大头锚索的现场拉拔试验,对比分析了不同工况下锚索的拉拔荷载-位移(Q-s)曲线、荷载-弹性位移(Q-s_e)曲线与荷载-塑性位移(Q-s_p)曲线、自由段伸长量比例、刚度系数等受力变形特征。试验结果表明,相同注浆长度条件下,采用HDPE套管相比PE波纹管能够更好地发挥对自由段的隔离保护作用,保证自由段的变形性能;而采用相同套管类型时,注浆长度的增加会导致自由段伸长量值的减小,并会增大锚索刚度系数。在试验研究的基础上,提出现场锚索施工采用锚固段注浆+HDPE套管或全长注浆+HDPE套管的建议方案,从而保证锚索受力变形性能均达到设计预期。     

砂土地层深基坑桩锚支护体系的受力与变形

通过对沈阳华强金廊城市广场项目基坑进行长期监测,对该深基坑的桩顶水平位移、桩体水平位移及变形和锚索预应力值进行了分析,探究了桩锚支护体系受力特点和变形规律.研究结果表明:砂土地层基坑围护结构变形的时间效应不显著,围护桩桩顶水平位移空间效应特征明显,围护桩桩体水平位移呈两头小、中间大的鱼腹状变形,桩体受锚索预应力影响产生类似简支梁变形曲线,锚索受季节性冻胀影响显著,且从上到下影响逐渐减小;桩锚支护体系采用600 mm桩径的围护桩具有工程可行性,控制变形能力较强.     

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.     

预应力锚索加固边坡的设计方法探讨

预应力锚索是有效的边坡加固技术,本文从单根锚索设计锚固荷载和锚索截面积的确定、锚索的锚固段长度、锚索加固的整体设计等方面,对预应力锚索加固边坡的设计方法进行分析和探讨。     

张拉方式对预应力锚索支护结构特性影响的室内模拟试验

预应力锚索不同的张拉方式对边坡支护结构的影响不同.采用微机静载锚固试验机进行了预应力锚索加固边坡室内模拟试验,通过沿钢绞线轴线方式张拉和与钢绞线轴线成25°夹角方式张拉结果对比,分析了两种张拉方式对支护结构受力和变形的影响,为边坡的稳定性评价提供技术依据.结果表明:不同的张拉方式对钢绞线抗拉强度的影响不同.沿钢绞线轴线...     

局部锚固失效下桩锚支护体系深基坑力学响应分析

以某砂土层桩锚支护结构深基坑为工程背景,基于有限元程序Plaxis建立数值计算模型,对单排锚索失效、双排锚索失效两种局部锚固失效工况分别进行模拟,研究了预应力锚固失效引起的支护结构力学响应规律,揭示了锚固失效后的锚索荷载传递规律.研究表明:相对于单排锚索失效情况,双排锚索失效对基坑支护结构变形及内力的影响较大;在群锚失效最不利工况下,桩体最大弯矩和位移分别为正常工况时的1.66倍和1.74倍;桩体弯矩增大倍数是决定桩体是否发生破坏的重要指标.     

硬岩地层超深基坑桩锚支护体系受力与变形特性实测分析

为探究硬岩地层超深基坑桩锚支护体系随基坑开挖的受力与变形演化规律,依托于崂山区某基坑支护工程,对南侧支护完成区域基坑的预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移进行了实时监测,分析桩锚支护体系在该地质条件下的力学性能,探讨锚索轴力急速下降与基坑水平位移增大的影响因素。研究表明：预应力锚索轴力持续、急速的下降与基坑紧邻原状山体的土压力和北侧后挖区域的持续施工有关,工程中采取预应力锚索2次补偿张拉适用效果良好;基坑最大水平位移为19.98 mm,最大竖向位移为12.11 mm,南侧支护完成区域基坑支护体系的变形受后续施工区域的影响明显;桩锚支护体系在硬岩及土岩二元地层超深基坑中具有较好的适用性和可靠性。类似工程支护结构设计应重视周边地质环境、邻近区域持续施工等因素的影响。     

光纤光栅传感器对预应力锚索的受力监测

预应力锚索的受力状态监测特别是锚索内应力分布的监测是目前工程领域一大难题。本文提出将准分布式光纤布拉格光栅（FBG）内嵌至锚索材料-钢绞线中心丝的技术,以实现对其受力状态及应力分布进行监测。基于此技术,结合FBG监测原理和锚索锚固理论,以锚索锚固长度、FBG布设位置及数量为主要变化参数,设计了FBG自感知钢绞线材料并将其浇筑于钢管内作为锚索模型试件;并对FBG自感知钢绞线材料进行张拉标定试验和钢管锚索拉拔试验。张拉标定试验表明,内嵌于钢绞线中心丝材料中的准分布式FBG传感器成活率为100％,应变灵敏度集中在0.0012,应变-波长的拟合度皆超过0.999。拉拔试验结果表明,内嵌式FBG传感器可有效监测全长粘结型锚索轴力分布规律;且传感器可实现对锚固段、自由段应力传递规律的定点监测;为锚索浇筑长度的设计、张拉应力的补充提供了计算依据。     

不同材质腰梁对锚索预应力损失的影响研究

为研究不同材质腰梁对锚索预应力损失的影响规律,依托青岛海天中心桩锚支护深基坑工程,结合现场实测和ABAQUS有限元数值模拟,阐明了3种不同材质腰梁作用下锚索预应力变化规律,并将模拟结果与实测结果进行对比分析。结果表明：模拟结果与实测结果变化规律基本一致;锚索预应力随时间的变化趋势较平缓,分为快速下降、稳定变化和基本稳定3个阶段;加载过程中,锚索应力由自由段向锚固段传递,逐渐传递到支护桩及桩后土体;影响锚索预应力损失的主要因素为突然卸荷引起的锚索回缩、土体蠕变和岩土体流变变形。最后对比分析了玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)腰梁、混凝土腰梁和钢腰梁作用下锚索预应力损失规律,整体损失率分别为6.89%、14.74%、16.84%,表明GFRP腰梁具有控制锚索预应力损失的绝对优势,研究成果可为类似深基坑工程的设计提供参考和借鉴。     

锚索加固边坡碎裂结构岩体模型试验

当前山区公路建设中,碎裂结构岩体边坡常常采用锚索加固.为深入研究锚索布置方式对碎裂结构岩体的加固效果,针对锚索加固后的碎裂结构岩体进行了室内模型试验.根据多种锚固方案试件的试验结果,分析了锚索锚固碎裂结构岩体模型的强度变形特征.通过试验中不同布锚方式的锚索对模型试件强度变形的不同影响,对比了锚索布锚方式在各种模型试件中的锚固效果.分析得出:为充分发挥锚索的锚固能力,锚索的布置角度应与碎裂结构节理走向呈正交,且锚索应布置在碎裂结构岩体边坡的较高部位中.     

土层锚杆刚度系数算法改进

锚杆刚度系数是考虑自由段变形、锚固段变形和锚杆相对土体位移而求得的复合刚度.在现有的锚杆刚度系数计算公式推导过程中,仅考虑了自由段和锚固段的变形,而并未考虑土体的变形,不能真实反映锚头的实际位移与内力的关系.基于锚杆和土体的协同变形,利用Mindlin解,推导考虑自由段变形、锚固段变形和土体变形的锚杆刚度系数计算公式,...     

考虑自由段受荷的锚杆变形和承载特性研究

针对锚杆端部的拉拔荷载由锚固段的锚固体和自由段的锚固体共同承受的特点,采用反映土锚界面抗剪强度衰减的双折线模型,基于荷载传递理论推导得到锚杆抗拔力与位移之间的解析关系式,工程实例计算结果验证了理论推导的正确性.计算结果表明:自由段受荷后对锚杆的刚度和承载力都有明显的提高,且随着自由段长度的增加,其承载力会有所提高,但锚杆整体刚度却在降低,因此在预应力锚杆的设计与施工中应合理地选择自由段长度.     

深基坑工程中预应力锚索受力机制的研究

预应力锚索能充分发挥岩体的自承潜力,调节和提高岩土的自身强度和自稳能力,已经广泛地应用于边坡工程、基坑工程、地下工程等工程中。对于大部分预应力锚索,内锚固段是锚索的主要受力及传力部件,其受力机制主要体现在内锚固段的极限抗拔力方面。基于Hoek-Brown准则提出计算模型,并结合实际工程,对预应力锚索内锚固段受力机制进行研究分析。结果表明,当内锚固段尺寸及岩体参数一定时,极限抗拔力与灌浆压力呈线性相关。     

黄土地区高边坡锚索预应力损失与土体蠕变耦合模型研究

预应力锚索锚固技术由于能有效控制边坡变形而得到广泛应用,但同时也出现大量因锚固力损失而造成工程失效的问题.建立以M-2K模型为基础,适用于黄土的锚索与边坡蠕变耦合的M-B-B模型,并推导其相应的本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与坡体蠕变之间的关系问题.以兰州市城关区某不稳定斜坡治理工程为例,采用遗传算法反算出模型土体蠕变参数,与已有M-K-B模型拟合情况进行对比.结果表明:M-B-B模型更适用于黄土地区的高边坡,可以用来长期预测预应力变化;由于该工程部分为填土,填土部分水平变形较大,使得在预应力损失稳定阶段之前存在预应力缓慢上升阶段,而M-B-B模型则能完美契合该变化;其研究成果可供锚固工程的设计、施工和安全运行参考.     

土岩组合深基坑围护结构受力与变形特性分析——以青岛海天中心深基坑为例

为了研究土岩组合二元地层超基坑受力、变形和邻近建筑沉降随基坑开挖的演化规律,依托于青岛海天中心城市综合体桩锚支护结构体系超深基坑工程,对预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移以及周边建筑物沉降进行了实时监测。结果表明,基坑开挖期间内,预应力锚索轴力随时间的变化规律主要分快速下降、稳定变化和基本稳定3个阶段,锚索轴力平均损失率约为15.08%;基坑最大水平位移为12.30 mm,最大竖向位移为11.01 mm,基坑临近建筑物最大沉降量为1.2 mm,远小于设计和现行《建筑基坑工程监测技术标准》的容许变形值,说明桩锚支护结构体系可以有效控制基坑变形,确保毗邻建筑物安全;同时表明该基坑的支护设计方案有较大的优化空间,从而节约工程成本。研究成果对相似地质条件的超深基坑围护结构设计具有重要参考价值。