预应力锚索内锚段粘结强度及长度的确定

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1、预应力锚索内锚段粘结强度及长度的确定   摘 要：通过对国内30余例锚固工程试验资料的统计分析，在讨论影响岩体与锚固体间粘结强度因素的基础上，提出了确定预应力锚索内锚固段与岩体间粘结强度的经验公式．为便于设计人员确定内锚段长度，建立了内锚段长度设计系数图．实例计算表明，所提供的确定方法与岩锚试验结果较为吻合．　　关键词：锚索；粘结强度；内锚固段；设计系数；锚固；岩体基本质量指标　　预应力锚索作为岩土体加固的主要手段，在水利水电、交通、矿山等建设中得到了广泛的应用．在预应力锚索的设计中，内锚固段长度的确定是其十分重要的环节，设计人员通常

2、从以下3个方面来考虑：①预应力钢绞线是否从水泥浆或水泥砂浆中抽出；②钢绞线是否断裂；③内锚固段是否沿孔壁滑移．前两个方面，由于试验较易，费时较少，通常可以从室内试验求得．但是，内锚段是否会从孔壁中抽出只能凭现场岩锚试验的结果来确定，故常需要花费大量的人力与财力．因此，长期以来，对岩体与锚体间的粘结强度合理取值，国内外许多学者进行了一些相关研究，如英国小约翰根据某些代表性岩石抗压强度试验结果，提出了岩石与灌浆体间粘结强度的设计值；Serrano和Olalla［1，2］等根据Hoek－Brown准则推导了群锚破坏条件下的岩锚极限粘结强度C

3、ult的经验公式；我国长江科学院韩军［3］等提出了按岩石强度等级确定的锚固体与岩体粘结强度的建议值．上述诸多方法，为确定岩体与锚固体间的粘结强度提供了一种简便的方法，但未能考虑岩体中结构面的性质与发育程度、内锚段灌浆作用等因素对粘结强度的影响，与实际工程需要相比尚有一定差异．不同岩体中实施的大量岩锚试验，积累了丰富的试验资料，为建立经验公式提供了详实的统计依据，使建立粘结强度与岩体性质之间的经验关系成为后继工程减少岩锚试验的又一重要的途径．本文通过大量岩锚试验资料分析，结合室内模型试验，从分析影响粘结强度众多因素入手，提出了确定岩锚粘

4、结强度的经验方法，并建立岩体质量与粘结强度的相关关系，为工程设计人员提供一种简便的方法，期望对确定粘结强度的方法有所改进．1　影响岩锚粘结强度的因素　　现场岩锚试验及室内试验结果表明，影响粘结强度的因素主要有以下几个方面．1．1　岩石干抗压强度与粘结强度的相关性分析　　大量现场试验表明，坚硬、力学强度高的岩石如花岗岩具有较高的粘结强度；而软弱、力学强度较低的岩石，在相同的胶结材料时具有较低的粘结强度，通过对国内小浪底、漫湾、隔河岩等30余例岩锚工程的120束代表性锚索拉拔试验资料进行粘结强度与相应内锚段完整岩石干抗压强度的相关性分析（

5、图1），得到两者间的相关关系式：（1）式中：为完整岩石与锚固体间的粘结强度，MPa；Rc为岩石单轴抗压强度，MPa．　　图1　岩锚粘结强度与岩石单轴抗压强度关系曲线1．2　结构面特征对粘结强度的影响   岩体与锚固体间的粘结强度尚与岩体中分布的结构面性质有关．为进一步探索结构面发育程度及性质对粘结强度的影响，笔者在实验室内选取了灰岩、砂岩、花岗岩及片麻岩等四类弱风化～微风化岩石（保证试验数据的可比性），根据不同结构面的几何性质分别模拟锚索的工作机理进行拉拔试验，将试验后的岩块作结构面的发育程度、结合程度的描述，结构面的发育程度以结构面

6、间距衡量，结合程度则以结构面的张开度、填充物来表示．试验结果的统计表明，对于同类岩体，结构面间距、张开度对粘结强度的影响尤其显著，将所有的试验资料按结构面间距和张开度分别统计其对粘结强度的影响，得到相应的影响系数见表1和表2．1．3　浆体强度特性　　目前，工程上通常采用纯水泥浆与水泥砂浆作为岩锚的注浆材料．针对这两种材料，长江科学院结合三峡工程进行了大量的试验研究，结果表明，相同岩体条件下，不同注浆材料浆体与岩体间的粘结强度有所差异（表3）．水泥砂浆与岩体间的粘结强度比纯水泥浆与岩体的粘结强度略高．1．4　施工质量　　施工质量对岩体与

7、锚固体的粘结强度也有一定的影响．对工程规模巨大，要求较高的大吨位预应力锚索，一般要求钻孔后用高压风进行吹渣，后用清水洗孔．当岩体较破碎时，压力注浆可以提高岩体的整体性及粘结强度．但迄今为止，还没有相关的锚索质量无损检测设备，对施工质量也未有较好的检测方法，故本文建议，通过取一折减系数R3来考虑施工质量对粘结强度的影响，R3可根据岩体质量、施工单位的信誉综合确定．2　用综合因素法确定岩锚粘结强度　　从以上分析可知，岩体与锚固体间的粘结强度不仅与完整岩石的抗压强度有关，同时岩体中结构面间距，张开度及填充物、浆体性质与施工质量对强度均有一定

8、的影响．因此，综合以上4个方面的因素，确定粘结强度的经验公式可表示为式中：C1为岩体与锚固体间粘结强度标准值，MPa；K1，K2为考虑结构面张开度、填充物对粘结强度影响的因子，取表1、表2中的数值；R3为施工质量修正系数