1、隧 道 锚 杆 拉拔 试 验 测 试方 法 的 改 进与 研 究 邓超 吴琼 郑卫 华 江 西 交通 职 业技 术 学院 摘 要： 现有的锚杆 (索) 拉拔试验, 若锚杆 (索) 预留量过短, 就不具备试验条件, 无法进行锚杆拉拔的试验检测。 锚杆 (索) 拉拔仪很 好地解决了预留过短或者无 预留锚杆 (索) 的拉拔试验检测, 因其检测方便、 成本低、 效果明显, 能很好监 控锚杆 (索) 施工质量, 解决隧道施工中偷工减料、 施工质量较差的问题, 具有 一定的推广应用价值。 关键词 ： 锚杆拉拔; 试验检测; 锚杆 (索) 拉拔仪; 施工质量; 基 金： 江西省教育厅科 学技术研究重 点项目
2、 (GJJ151418) 1 引言 锚固技术由于其自身性能稳定, 利用锚杆或者锚索对围岩进行加固, 具备施工 迅速、 施工简单、 性能安全可靠、 施工费用低、 对围岩扰动小的突出特点, 而非 常广泛的应用在岩土工程、 矿山工程、 铁路隧道、 公路隧道、 地下结构洞室、 公 路边坡、 深基坑支护等各个领域围岩加固的施工中。 锚固的支护形式具体体现在 锚喷网、 锚喷、 锚杆等支护形式上。 其加固原理就是通过在土层中斜向成孔, 将 锚杆埋入孔中后灌注水泥或者水泥砂浆, 通过锚杆与锚固体的握裹力、 锚固体与 围岩之间的摩擦力以及锚杆强度共同作用来承 担作用在支护结构上的各种荷载。 当前提高岩土工程稳定
3、性能、 解决复杂岩土工程问题首选锚杆支护, 同时锚杆支 护也是最有效、 施工最简便、 施工费用最低的加固方式。 在锚固工程中, 虽说锚 杆支护具备大量的优点, 但是他还存在一些缺点。锚固系统会受到岩土工程条 件、 锚杆结构设计、 锚杆与围岩体系的相互作用、 施工以及专业技术水平和经验 等关联因素的影响而具有复杂性;除此之外锚杆由于深埋在围岩中, 其具有高度 的隐蔽性, 对于监理单位和检测单位很难发现其施工质量问题, 一旦出现事故 很难处理。 在锚杆施工中如何确保锚杆施工的质量, 如何提高锚杆的锚固效果是 首要解决的问题。 在施工监控中, 我们一般通过原材料的质量检测以及施工后的 锚固质量检测来
4、反映和评价锚杆锚固效果。 由此, 锚杆锚固的质量检测是整个锚固过程中不可缺少的环节。 当前最常用的评 价方法是通过锚杆拉拔试验来检测锚杆锚固的质量。 2 传统隧道锚杆拉拔 试验方法 锚杆拉拔试验是一种传统的锚杆质量检测方法, 它的实验原理是通过液压千斤 顶对锚杆施加拉拔力直到达到锚杆设计要求或将锚杆拉拔松动为止, 即宣告试 验终止。其试验步骤如下:进行锚杆拉拔试验时, 首先将液压千斤顶放在托板和 螺母之间, 拧紧螺母, 并施加一定的预加应力;其次采用手动或者电动对液压泵 加压, 同时记录千斤顶上的液压表和位移计上对应的读数;当液压表或者位移读 数达到预定值时或者当液压表读数下降而位移计读数增大
5、时, 停止加压;最后, 通过测试整理出锚杆的位移荷载曲线, 从而分析锚杆的受力状况和锚固质量。 锚 杆拉拔试 验时锚杆性能的全面试验, 目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆参数 的合理性, 为锚杆的设计施工提供依据。 在锚杆现场拉拔试验中, 一般抽查锚杆数量不得少于锚杆总数的 5%, 且不得少 于3 根。 对于永久性锚杆, 在拉拔试验时拉拔的最大试验荷载应取锚杆轴向拉力 设计值的1.5 倍;对于临时性锚杆, 在拉拔试验时的最大试验荷载应取锚杆轴向 拉力设计值的1.2 倍。 在试验过程中, 采用千斤顶分级加载, 刚开始施加的初始 荷载宜取锚杆轴向拉力设计值的 0.1 倍, 后续分级加载值取锚杆轴向拉
6、力设计 值的0.5 、0.75、1.0 、1.2、1.33 和1.5 倍。 每级荷载均应稳定 510min, 并用 位移计记录位移增量。最后一级试验荷载应维持 10min。待位移稳定后即卸载, 最后绘制荷载位移曲线, 即P-S 曲线。 3 传统隧道锚杆拉拔 试验在实际应用中存在的问题 现有的锚杆拉拔试验, 一般是随机性地对所要求的锚杆进行抽样检测, 要求被 试验锚杆预留一定的长度 (约30cm) 以保证拉拔试验的实施。若预留量过短, 就不具备试验条件, 无法进行锚杆拉拔的试验检测。 当前锚杆施工过程中, 为方 便锚杆拉拔试验, 将部分锚杆预留 30cm 的长度, 而很多施工单位仅将预 留长度
7、符合拉拔试验的锚杆严格按要求施工, 检测过程中随机抽取这些预留长度符合 试验条件的锚杆的概率非常大。这样的检测结果虽然合格, 但是不具备代表性。 而未预留长度的锚杆由于不具备拉拔试验条件, 使拉拔试验无法实施, 在施工 过程中就有可能存在偷工减料、 施工质量较差的情况, 从而严重影响围岩和边坡 加固的质量。 4 改进后隧道锚杆拉 拔试验 4.1 锚杆 (索) 拉 拔仪拉 拔试 验的优 点 为了解决现有锚杆拉拔方法的不足, 优化拉拔试验中, 对预留较短 (甚至无预 留长度) 的锚杆也能进行试验检测。 锚杆 (索) 拉拔仪, 可以解决在锚杆预留长 度不足的情况下仍对锚杆进行拉拔试验, 从而更好地控
8、制工程质量。 锚杆 (索) 拉拔仪解决其技术问题所采用的方法是:将若干个带螺杆式调整顶盘 的千斤顶和特制锥形锚具, 刚性固定联接, 具有同步顶升功能的锚杆拉拔仪。 特 制锥形锚具固定在拉拔仪前端, 并突出于由千斤顶调整顶盘。 测试时, 先将锥形 锚具中心与待测试锚杆轴线对准, 再安装夹片, 然后调节同步千斤顶的螺杆式 调整顶盘, 使每个千斤顶都牢靠支撑在围岩或其它坚固基础上, 连接千斤顶与 油压泵之间的油管, 启动油压泵顶升千斤顶, 使锥形锚具将待测试锚 杆夹紧, 继续加压, 即可通过油压表显示, 直至拉拔到设计拉拔量, 拉拔完成, 松开截 止阀。 由于拉拔过程中, 需对被测锚杆的伸长量进行量
9、测, 该实用新型也设计了配套 的位移量测装置。 即在围岩上钻孔打入膨胀螺丝, 再将配套位移量测装置安装在 膨胀螺丝上, 然后安装量测位移的位移计, 使其顶在被测锚杆的外露端头。 在同 步顶升检测拉拔力的同时, 可量测出拉拔过程中的锚杆的伸长量。 锚杆 (索) 拉拔仪的有益效果是:能够很好的解决传统锚杆拉拔方法上, 对锚杆 预留不足, 导致锚杆无法随机抽检, 导致偷工减料而导致的施工质 量事故。 4.2 锚杆 (索) 拉 拔仪拉 拔试 验的具 体实 施方式 锚杆 (索) 拉拔仪拉拔试验的具体实施方式如下图 13 所示: 图1 锚杆锚索拉拔仪构造图 下载原图 图2 锚杆锚索拉拔仪工作时构造图 下载
10、原图 图3 锚杆锚索拉拔仪横断面构造图 下载原图 其中:1、 锥形锚具, 2 、 同步千斤顶, 3、 输油管, 4、 液压分配阀, 5、 油压表, 6、 油压泵, 7 、膨胀螺丝, 8、固定螺丝, 9、水平支架, 10、定位支架, 11、位移 计, 12、调平螺丝, 13 、测试锚杆 (索) , 14 、夹片, 15 、锚具连接 板, 16、加 强刚性联接板, 17、拉拔口, 18、截止阀。 具体实施方式: 在图1 中, 将若干个同规格的千斤顶, 通过刚性固定连接组成一个连体同步千 斤顶2, 锥形锚具1 通过锚具连接板15 与同步千斤顶 2 相连接。 特制锥形锚具 1 固定在拉拔仪前端, 并突
11、出于由同步千斤顶 2 调整顶盘。 同步千斤顶 2 分别通过 输油管3 连接到液压分配阀4, 油压泵6 上安装有油压表5, 通过油压表5 显示, 油压泵6 时刻控制油压情况进行有效的拉拔试验。 在图2 所示实例中, 工作时, 先将突出于由千斤顶调整顶盘的锥形锚具1 中心与 待测试锚杆 (索) 13 轴线对准, 再安装夹片 14, 然后调节同步千斤顶 2 的螺杆 式调整顶盘, 使每个千斤顶都牢靠支撑在围岩或其它坚固基础上, 连接同步千 斤顶2 与油压泵 6 之间的输油管 3, 启动油压泵 6 顶升同步千斤顶2, 使锥形锚 具1 将待测试锚杆 (索) 13 夹紧因检测时需对被测试锚杆 (索) 13
12、的伸长量进 行量测, 可在待测试锚杆 (索) 13 的周边, 安装2 个膨胀螺丝7, 使2 个膨胀螺 丝和被测锚杆 (索) , 在同一直线上。 然后将水平支架 9 套入膨胀螺丝 7 露出围 岩的一端, 旋转固定螺丝 8 固定。安装定位支架 10 在水平支架9 上面, 通过调 平螺丝12 固定试验位置。位移计 11 顶部与测试锚杆 (索) 13 接触, 尾部穿过 定位支架 (10) , 用调平螺丝 12 固定。继续加压, 即可通过油压表 5 显示, 直 至拉拔到设计拉拔量, 观察位移计11 记录测试锚杆 (索) 13 的伸长量数据。拉 拔完成, 松开截止阀 18。 图3 为锚杆锚索拉拔仪的横断面
13、图, 由若干个同规格的千斤顶组 成的同步千斤 顶2, 每个单独的千斤顶之间由加强刚性联接板 16 连接, 形成一个固定结构。 若干个同步千斤顶 2 分别通过锚具连接板15 与锥形锚具1 连接。油压泵 6 控制 同步千斤顶2, 故可以轻松实现对测试锚杆 (索) 13 安全、快捷的拉拔。 5 结论与展望 锚杆 (索) 拉拔仪具有操作简单、 方法合理的特点, 优化了锚杆 (索) 拉拔试验 方法, 能较好地解决工程上的技术难题, 且具有较好的工程运用适用性。 能够在 各种情况下对锚杆 (索) 进行质量检测, 更好地获取正确、 完整的监测数据, 达 到对工程质量进行有效监测的目的, 从而为设计与施工提供更可靠的质量保障, 最终达到设计要求的标准, 更有效地控制工程质量与进度。 因此, 锚杆 (索) 拉 拔仪在工程实际中具有较好的推广运用前景。 参考文献 1 中华人民共和国住 房和城乡建设部, GB 50007-2011, 建筑地基基础设计规 范.2011. 2 陈弦;锚杆拉拔荷载 传递机理及试验研究D.西安科技大学;2010. 3 郑卫华, 邓超.锚杆 拉拔垫板.实用新型专利.专利号:ZL2013 20405258.0. 4 郑卫华, 张春晓, 邓超, 吴琼.锚杆锚索拉拔仪.实用新型专利, 专利 号:ZL2015 2 0319871.X.
