桩锚支护锚固体段预加固在软土地层应用研究

对于支护空间小、工期紧张的软土地区基坑支护工程而言,场地软土层深厚,桩锚支护中锚固段与软土间的摩阻力较小,锚固段通常需穿透软土层进入到性质较好的地层,因此桩锚支护中普通锚索存在着自由段和锚固段较长、倾角大等问题。为解决上述问题,对桩锚支护中锚固体所在地层进行预加固处理,预加固土体与桩锚体系组合形成一种新型的桩锚体系。基于广州南沙某软土基坑工程,通过数值模拟对不同预加固体宽度、高度和埋深下新型锚固体的极限抗拔力和围护桩受力变形进行探究,提出新型锚固体系的极限抗拔力计算公式和支锚刚度计算公式。     

高压旋喷扩径锚索在深厚填土基坑中的研究与应用

众所周知对于支护深度超过15m且土层为深厚填土层的基坑,支护形式往往采用大直径的支护桩结合内支撑(斜撑)进行支护,圬工量大且影响后期主体结构施工,如何在深厚填土中发挥锚索的有效拉拔力一直是岩土工程界研究的方向。高压旋喷扩径锚索是一项新兴的支护方法,主要是运用高压旋喷技术对软弱土层进行处理,将钢绞线放置孔内后喷射水泥浆形成锚拉体系,从而在钢筋锚固段底部产生扩大头锚固体,它不同于普通锚索,能够适用于各种地层。本文以成都某深厚填土基坑为例,通过多组原位试验研究分析不同锚固长度的旋喷扩体锚索的实际抗拔力,让设计人员对填土中旋喷扩径锚索的实际抗拔力有了更进一步的了解,为填土中旋喷扩径锚索的拉力值提供了工程类比经验。     

淤泥质软土地层中扩大头锚索的极限抗拔承载力研究

为探明软土地层中扩大头锚索极限抗拔承载力的主要影响因素及量值特征，首先应用数值模拟的方法对软土地层中扩大头锚索承受拉拔力作用时周围地层的响应规律以及影响极限抗拔力的主要因素进行分析，而后充分考虑杆体倾角对极限抗拔力的影响，进一步推导适用于软土地层中扩大头锚索极限抗拔承载力的理论计算公式。研究结果表明：(1)软土地层中扩大头锚索的拉拔力对锚索体周围土体的影响仅局限在锚固段附近的一个很小范围内；(2)随着拉拔力的不断增大，土体塑性区会率先出现在锚固段侧壁靠近承载体附近区域，而后逐渐沿侧壁向锚固段中部扩展，直至最终贯通整个扩大头锚固段并延伸至锚固段前后一定范围土体；(3)扩孔直径、锚固段长度、地层摩擦角以及杆体倾角对扩大头锚索的极限抗拔力影响均较大，但相较而言，增大扩孔直径对提高扩大头锚索的极限抗拔承载力更为有效；(4)提出的理论计算公式可以对淤泥质软土地层中扩大头锚索的极限抗拔承载力进行较为可靠的分析。     

岩石扩底锚索抗拔承载力试验研究

针对普通岩石锚杆基础锚固性能差异大、疲劳寿命低、易发生脆性破坏等问题,提出一种新型岩石扩底锚索结构,以提高锚索的锚固抗拔承载能力。为深入了解岩石扩底锚索结构的受力性能,探索锚索承载能力的影响因素,对12根扩底锚索进行了现场极限抗拔承载力试验。结果表明,岩石扩底锚索具有较高的极限抗拔承载力,破坏形式为钢绞线的延性断裂;对锚索施加预拉力、增大扩底孔径可有效提高锚索的抗拔承载能力;中等风化以上的岩石基础更能发挥锚索的锚固效果,而在扩底段充分锚固时,增加直孔段锚固长度对锚索抗拔承载能力没有明显影响。     

软土区大倾角锚索的抗拔力试验研究

软土地层不能提供有效的锚固力,这对于锚固法在软土区基坑支护工程中的应用提出了更高要求,为提供软土区基坑支护体系所需锚固力,锚索的有效锚固段需深入软土下层,设计中常采用长自由段、大倾角锚索。在常规施工工艺下,工程设计中大倾角锚索锚固力的取值为工程界所关注,本文对深圳某软土区预应力锚索进行了抗拔力试验,其结果可供类似工程参考。     

软土场地桩锚支护结构工作状态试验分析

以软土场地中桩锚支护结构为研究对象,其中锚索自由段位于软土层,锚固段位于粘土层。结合现场实测数据与数值模拟方法分析了软土基坑桩锚支护结构的工作性状,结果显示:在软土场地中,锚索试验状态与实际工作状态存在差别,即实际工作中锚索还承受径向的土压力。锚索锚固段的轴力分布有别于岩石锚索,即软土中锚索锚固段整体受力。在实际工作状态中由于锚索的受力特征,桩锚结构存在转动现象,这一现象将加剧基坑的变形。     

压花锚锚固性能的试验研究与数值分析

普通预应力锚索在我国已有数十年的应用,其常见破坏模式是锚索与注浆体的脱黏.为防止该类破坏模式的发生并增强内锚固段的锚固能力及锚固系统的安全可靠度,将结构工程中的压花锚引入到岩土锚固工程中并进行较大改进.设计6种不同配合比的注浆体,将普通锚、压花锚锚固在硬岩中,通过抗拔试验获得岩锚的荷载-位移全过程曲线.研究结果表明:压花锚阻止了钢绞线的轴向解扭,大大增强锚索承载能力,提高锚筋材料的利用效率,降低锚索承载力对注浆材料的敏感性,改变普通预应力锚索的失效破坏模式.利用ANSYS建立岩锚抗拔试验的有限元计算模型,研究内锚固段的受力特点,分析结果表明:压花锚在注浆体里产生楔形效应,形成注浆体剪切强度和抗压强度的联合作用,改变普通锚的力学作用机制,是造成上述试验结果的根本原因.鉴于压花锚的优良锚固性能和经济实用性,建议在岩土锚固工程中推广应用.     

焊接锚板型地脚螺栓抗拔承载力的试验研究及理论分析

地脚螺栓锚固端焊接锚板形成锚板型地脚螺栓,该机械锚固可显著提高地脚螺栓的锚固承载力及可靠性。以地脚螺栓直径、锚固长度为参数,设计并制作3种直径、3种锚固长度地脚螺栓抗拔承载力试件并开展抗拔承载力试验,考察其荷载-变形特性及破坏模式,并与光圆地脚螺栓的承载力特性、破坏模式进行对比。结果表明:抗拔承载力随锚固长度增大而增加,与光圆地脚螺栓相比,锚板型地脚螺栓的抗拔承载力提高约4～6倍;锚板型单个地脚螺栓的锚固承载力并不与其直径成正比。为此,开展锚板型单个地脚螺栓抗拔承载力的模拟分析,考察上拔受力时的传力机理及承载力变化规律。基于试验研究、模拟分析以及现行规范的相关规定,提出了锚板型单个地脚螺栓的锚固承载力计算理论。     

双锚固段新型锚索锚固机理数值分析及应用

为了探究双锚固段新型锚索的锚固机理,从结构形式入手,分析受力模式与设计计算方法,采用有限差分数值软件进行数值模拟,建立不同外锚固段长度、自由段长度及内锚固段长度双锚固段新型锚索数值模型。在外锚头段锚固力不断损失时,新型锚索三段长度变化对锚索各段轴力、灌浆体与孔壁之间接触面上的剪应力影响规律研究,并通过工程实例验证。研究结果表明:(1)当外锚头锚固力损失时,外锚固段轴力自外锚头处开始逐渐降低,外锚固段灌浆体与孔壁间剪应力自外锚头处开始逐渐发展;(2)将外锚头锁定的预应力进行卸载的过程中,量测内锚固段注浆体的应变基本保持稳定,表明外锚头施加的预应力已完全由外锚固段与孔壁间粘结力承担,避免了因外锚头失效导致的锚索预应力损失,整个锚固系统实现了反向自锁的功能;(3)外锚头锚固力损失相同时,外锚固段长度越短,自由段锚索轴力变化越大;(4)新型锚索自由段长度大4 m。研究结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机理和锚固工程设计具有一定的参考价值。     

膨胀土地区承压扩体锚杆现场试验及应用研究

膨胀土地区基坑采用桩锚支护对锚杆的承载力和变形控制提出了更高要求。为了研究成都膨胀土地区采用桩锚支护的可行性,以成都东郊某膨胀土基坑为背景,通过现场试验对比研究承压扩体锚杆和普通拉力锚杆的极限抗拔力、蠕变松弛特性,试验结果表明:承压扩体锚杆承载力高、变形控制好,蠕变和应力松弛均优于普通拉力锚杆。以现场试验结果为基础,进行方案比选后采用承压扩体锚杆+支护桩作为基坑支护方案开展应用研究。通过锚杆抗拔试验和锚杆应力监测结果以及基坑水平位移观测和周边建筑沉降观测,结果表明:承压扩体锚杆在成都膨胀土地区基坑工程具有良好适用性,研究结果可为类似工程基坑支护设计提供参考。     

高压旋喷锚索在某深基坑支护中的应用研究

高压旋喷锚索由于单锚抗拔承载力高,能避免常规拉力型锚索人工成孔过程中的塌孔、泌水和流泥、锚固体握裹力不足等缺陷,在软土地区应用较为广泛,近年来在黄河冲积平原地质的软塑状粉质粘土中应用越来越多,但相关的技术研究较少。本文通过高压旋喷锚索在郑州某实际工程中的设计与实践,结合有限元软件对旋喷锚索的变形特性和承载能力进行数值模拟分析,确定了设计参数。各项检测数据表明,采用此种支护形式安全、经济,为相似土质和周边环境地区中的应用提供了经验借鉴。     

压花锚在岩土锚固工程中的应用

普通预应力锚索的常见破坏模式是钢绞线与注浆体脱粘,为防止该类破坏模式的发生并增强内锚固段的承载强度,将结构工程的压花锚进行改进并应用到岩土锚固工程,设计了8种不同配合比的水泥基注浆体,将普通锚、压花锚锚固在中风化砂岩中,通过抗拔试验获得了岩锚的荷载～位移全过程曲线.结果表明:压花结构在注浆体里产生楔形效应,导致压花锚的荷载传递机理与普通锚明显不同,其承载强度显著高于对应的普通锚,降低了岩锚承载强度对内锚固段长度及注浆体力学性能改变的敏感性.压花锚的上述特性有利于减少锚固工程的用锚数量,节约工程造价,提高安全可靠度,值得推广应用.     

黄土地层下预应力锚索荷载传递规律的试验研究

在已有理论推导的基础上,基于现场拉拔试验,分析锚固长度、拉拔荷载及锚索体直径对预应力锚索在特定黄土地层条件下荷载传递规律的影响。分析结果表明:(1)预应力锚索的有效锚固长度以6～8m最为合理,过短不利于锚索极限承载力的充分发挥,过长则易造成锚索材料的浪费;(2)锚索轴力随拉拔荷载增大不断向锚固段远端传递且越来越小,其峰值则不断增大且向远端偏移,该现象与锚固段前端锚索体所受轴力超过其屈服极限而产生局部塑性破坏有关;(3)土体及锚固体具有明显的非均质性和非线性,使得浆体与土层间存在相对薄弱或非连续界面。当拉拔荷载级别增大至一定量值时,这些弱面上即发生锚固力跳跃分布现象;(4)在工程实践中,锚固力分布曲线的始点与锚固段端口并不完全重合,而是相对纵轴均存在不同程度的偏移,导致发挥实际锚固作用的锚固段长度往往较理论设计的偏短;(5)在黄土地层下,部分预应力锚索极限承载力随其直径增加而线性增长,增长系数约为1.1,而与锚索有效锚固长度无关。所得结果为黄土地区锚索支护工程的设计和施工提供参考依据,具有一定的理论和实用价值。     

软土基坑桩锚支护失效案例及处理措施分析

某软土基坑采用桩锚支护结构,在基坑开挖完毕后坑体变形突然增至数十厘米,随后经过坑底处砂袋堆载和钢管支撑使得工程顺利完成。通过现场监测数据分析,认为其原因一是施工速度过快,使得变形无法收敛,二是软土中桩锚支护结构容易发生转动,特别是在锚索锚固角度较大和桩体嵌固深度较浅时,因此在软土基坑中采用桩锚支护结构应加强设计,如减小锚固角度、增大桩长等。     

成都膨胀土地层机械扩孔锚索抗拔承载力试验研究

在成都膨胀土地区基坑支护中进行了拉力型锚索、旋喷扩孔锚索以及机械扩孔锚索的现场试验,文章通过对三种不同类型预应力锚索的现场抗拔力对比试验,分析了膨胀土中各类锚索的极限抗拔力以及受力变形特征。从本次对比试验可知,膨胀土中扩大头锚固段对预应力锚索承载力起到了决定性作用;机械扩孔锚索抗拔承载力明显高于传统拉力型锚索和旋喷扩孔锚索的承载力,取得的试验结果以及分析结论对机械扩孔锚索在基坑支护工程中的应用有一定的指导意义。     

某桩锚支护结构设计及预应力锚索测试分析

某深基坑与周边建筑物距离近,对变形要求高,设计采用了人工挖孔桩与锚索相结合的支护结构。对锚索进行了检测与监测,同时对支护结构顶部水平位移进行了监测。结果分析表明,土层预应力锚索的抗拔承载力与土层和锚固体之间的界面摩阻力有直接的关系,同时与锚索的施工质量也密切相关,其破坏模式应当是注浆体与土层接触面发生剪切破坏。监测结果表明,基坑整体稳定,桩锚支护结构对变形起到了有效的控制作用。     

多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚固机制研究

为了研究多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管锚固机制,必须搞清楚多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管的结构形式、加固作用机制、适用范围及设计计算方法,依托广州北三环高速公路K42边坡对不同自由段长度预应力钢锚管承载力试验,分析预应力钢锚管的有效锚固段长度,并与普通锚杆、普通钢锚管承载力对比,试验结果表明,在强风化花岗岩地层,多次分段控制注浆预应力钢锚管极限承载力与普通锚杆提高约50%,预应力钢锚管的有效锚固长度为6 m;通过Plaxis2D软件对预应力钢锚管锚固机制分析,分析结果表明,劈裂注浆技术对滑坡稳定性的改善并不显著,锚固与劈裂注浆技术共同作用对滑坡稳定性改善显著。现场试验及数值模拟结果对正确分析多次分段控制注浆斜向预应力钢锚管加固作用机制和工程设计应用具有一定的参考价值。     

拉力型和压力型自由式锚索现场拉拔试验研究

通过现场拉拔试验的方法,给出岩质边坡体内拉力型和压力型自由式锚索注浆体与孔壁间的剪应力分布曲线及拉力型锚索钢绞线与注浆体间剪应力分布曲线,获得剪应力沿锚固段长度的分布规律。试验结果表明,对于拉力型锚索,注浆体与孔壁间的剪应力峰值要小于注浆体与钢绞线间的峰值,但剪应力分布长度要长,峰值剪应力出现点后移;无论是何种自由式锚索,剪应力在注浆体与孔壁间的分布都是很不均匀的,峰值剪应力在锚固段出现的部位不同。在相同的荷载作用下,压力型锚索的剪应力峰值大,分布长度短,衰减快。随着锚索荷载的增大,拉力型锚索锚固段的有效长度增加明显,而压力型锚索剪应力峰值增加明显。拉力型锚索的承载力是一定的,当需要提供较小的锚固力时,常采用该种型式的锚索,其施工关键是要保证注浆体的长度;压力型锚索的承载力与承压锚固段分级的数量成正比,当需要提供较大的锚固力时,需采用压力分散型的锚索,其施工关键是要保证注浆体的饱满程度,避免注浆体的收缩。     

压力型预应力锚索受力分析

本根据锚孔中锚固体与岩土体协调变形的情况，采用Kelvin问题位移解求得了压力型预应力锚索锚固体轴向应力盯和锚固体与孔壁间剪应力τ的近似分布规律。结果表明，岩体中σ、τ集中在受力点附近，应力传递长度仅几十公分；土体中σ、τ集中程度远远小于岩体，应力传递长度大于20m。本提出在软土中采用钢梁替换水泥芯柱作为锚固体主体使压力型预应力锚索担心的两个控制应力σ与τ减少一个，只剩下剪应力τ。由于采用钢梁作为锚固体主体，使剪应力τ峰值大大降低，传力长度大大增加。中指出，土体中采用压力分散结构意义不大，采用孔底扩孔会得到令人满意的效果。根据本结果，岩体中压力型预应力锚索孔底处采用一段钢管替换水泥芯柱会使剪应力τ局部分散，在一定条件下可取代现有的压力分散型结构。     

某深基坑桩锚支护的数值模拟及优化设计

为了增强深基坑桩锚支护方案的安全性,提高经济效益,根据某勘察设计院提供的地质资料和监测数据,通过有限元分析软件MIDASGTS建立支护结构的三维模型。提取支护体系4个监测点位的变形值与实际监测值进行对比,对比结果显示此模型具有可行性。结果表明:基坑的最大水平位移随着桩径增大而减小,随着桩间距减小而减小,但增加桩径或减小桩间距到一定程度后位移减小已不明显。锚杆锚固段轴力随锚固段长度减小,最小可达到0。根据计算模型对基坑支护方案做出如下优化:桩径由0.8m增加至1.2m,桩间距由1.2m增加至1.4m,锚索MS2与MS5的锚固段长度由10m减少至6m,MS3与MS6的锚固段长度由10m减少至8m。优化后,在总造价基本相同的前提下,基坑的最大水平位移从32.63mm减少至25.41mm,兼顾了经济性和安全性。