1、锚 杆 的 试验,为了确定锚杆的极限承载力，验证锚杆设计参数与施工工艺的合理性，检验锚杆的工程质量是否满足设计要求，掌握锚杆在软弱地层中的变形特性，对锚杆要进行各种试验.主要有:基本试验验收试验蠕变试验。,一、 基本试验,任何一种新型锚杆或已有锚杆品种用于未曾用过的地层时，均应进行基本试验。目的:1) 确定锚杆的极限承载力，2)掌握锚杆抵抗破坏的安全程度，3)揭示锚杆在使用过程中可能影响其承载力的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。,基本试验要求,1、用作基本试验的锚杆参数、材料及施工工艺必须和工程锚杆相同 2、数量 不少于3根， 3、最大试验荷载不应超过预应力筋强度
2、标准值(Af)的0.8倍。 4、锚杆加荷应分等级循环进行，初始荷载取预应力筋强度标准值的0.1倍，每级加荷增量取预应力筋强度标准值的0.l0.15 倍。 5、保持恒定的力，并测定锚头的位移直至位移达到稳定状态（锚杆的位移增量2h不大于0.2mm）,绘制锚杆荷载一位移曲线。,锚杆荷载一弹性（塑性）位移曲线,锚杆的破坏标准,在基本试验中，加荷至锚杆的锚固段(不是锚杆预应力筋）出现破坏为止. 锚杆的破坏标准为： 1后一级荷载作用下的锚头位移增量达到或超过前一级荷载作用下锚头位移增量的2倍； 2锚头位移不收敛。 3锚头总位移超过设计允许值。,每级荷载作用下的总位移分成弹性位移和塑性位移，弹性位移是测得
3、的总位移减去卸荷至初始荷载时测得的位移（即塑性位移）.试验所得的弹性位移应大于80的锚杆自由段长弹性变形且小于自由段长与锚固段二分之一长之和的弹性变形。试验所得的锚杆安全系数K由下式确定：K=R/N 式中R锚杆极限承载力，取破坏荷载的95；N锚杆设计载荷,二、 验收试验,验收试验锚杆数量不少于锚杆总数的5，且不得少于3根。验收试验旨在快速经济地确定以下事项： 1锚杆是否具有足够的承载力；2铺杆自由段长度是否满足要求；3锚杆蠕变在规定的范围内是否稳定。,试验荷载,1) 验收试验最大试验荷载不应超过预应力筋强度 标准值的0.8倍， 2) 永久性锚杆的最大试验荷载为锚杆设计荷载（N）的1.5倍， 3
4、) 临时性锚杆的最大试验荷载为锚杆设计荷载（N）的1.2倍。,试验要求,1)确定验收试验加荷等级与观测时间 2)在各等级荷载作用下，记录锚头位移至稳定状态。根据试验结果绘制锚杆荷载一位移曲线 3)验收试验从50设计值到最大试验荷载所测得的锚杆总位移应大于锚杆自由段长理论计算伸长值的80。,验收试验加荷等级与观测时间,三、 蠕 变试验,塑性指数大于17的软土层和蠕变变形明显的岩体中的锚杆应进行蠕变试验。1) 试验锚杆数量不应少于3根2) 确定锚杆蠕变试验加荷等级与观测时间.3) 在观测时间内荷载必须保持恒定，锚头位移趋于稳定。4) 根据试验数据绘制锚杆蠕变量一时间对数关系曲线,锚杆的蠕变系数计算
5、：最后一级荷载作用下的蠕变系数不大于2.0mm,四、 锚杆验收标准,锚杆须满足下列三方面的验收标准： 1徐变（蠕变）试验荷载下l10min的徐变量不超过1.0mm，如果超过，则 660min内的徐变量不得大于2.0mm。 2位移（变形）l）基本试验中测得的总弹性位移应大于自由段长度理论弹性伸长值的80，并小于自由段长度加 12锚固段长度的理论弹性伸长值。2）验收试验中，从50设计荷载到最大试验荷载之间所测得的总位移应当大于该荷载范围内自由段长度理论弹性伸长值的80。 3. 初动荷载与锁定荷载相差在5%以内,五、 锚杆的长期观测,锚杆设置后，连续观测超过24h就可称为锚杆的长期观测.其目的是掌握
6、锚杆预应力或位移变化规律，为锚杆的短期试验提供重要的补充资料，提供有关锚固结构和地层的有价值的资料，确认锚杆的长期工作性能。必要时，可根据观测结果，采取二次张拉锚杆或增设锚杆等措施，以确保锚固工程的可靠性。锚杆预应力和位移的变化是由钢材的松弛、地层的徐变、温度的变化、各种冲击作用、锚固结构的荷载变化以及岩土体应力状态的变化等因素引起的。,1、国际预应力协会（FIP）规定，应对10的锚杆进行长期观测； 2、法国标准要求对515的永久性锚杆（取决于锚杆总根数）至少监测10年，在第一年内每三个月观测一次，第二年内每半年观测一次，以后的观测间隔时间为1年。锚杆预应力的变化容许值为锚杆设计荷载的10。
7、3、英国和南非规定，对全部临时性锚杆和永久性锚杆施加预应力后24h或48h就对其进行观测，如果结果令人满意，就对全部工程锚杆的5继续观测一年的时间。 4、我国的土层锚杆设计施工规范规定，对永久性锚杆的预应力变化进行长期观测的锚杆数量不应少于锚杆总数510，观测时间不宜少于12个月。,锚杆预应力随时间的变化,随着时间的推移，锚杆的初始预应力总是会有所变化。一般情况下，通常表现为预应力的损失。这种预应力损失在很大程度上是由锚杆钢材的松弛和受荷地层的徐变共同效应造成的。所谓松弛就是没有变形情况下的预应力损失，而徐变则是在永久荷载下所产生的材料变形。,（一）钢材的松弛,长期受荷的钢材预应力松弛损失量通
8、常为510。根据对各类钢材进行的试验发现，受荷l00h后的松弛损失约为受荷lh所发生损失的两倍；约为受荷1000h后应力损失量的80，约为受荷30年之后损失量的40。,影响因素,1)张拉荷载大小 2)钢材品种和是否采用超张拉 3)钢材徐变,1) 钢材的应力松弛与张拉荷载大小密切相关.当施加的应力大于钢材强度的50时，应力松弛就会明显加大，并随荷载的增大而增大，而且在20c以上的温度条件下，这种损失量更大。 2) 钢材品种和是否采用超张拉对于应力松弛损失也有显著影响。在20下、钢材预应力值到达75保证抗拉强度的条件下，稳定化（低松弛）的钢丝和钢索应力损失为1.5，而普通消除应力钢材的应力损失量为
9、510。(见下表) 3) 同时发现，长期受荷的钢材由于徐变引起的变形也会使预应力发生损失。然而，与松弛所引起的应力损失量相比，这种损失量是可忽略不计的。,（二）地层的徐变,地层在锚杆拉力作用下的徐变，是由于岩层或土体在受荷影响区域内的应力作用下产生的塑性压缩或破坏造成的。对于预应力锚杆，徐变主要发生在应力集中区，即靠近自由段的锚固段区域及锚头以下的锚固结构表面处。,1.硬岩地层徐变,坚硬岩石产生的徐变是很小的，即使在大荷载持续作用下也如此。根据美国预应力混凝土协会的有关资料，岩石锚杆的预应力损失量在7d内可达3，这主要是由于钢材的松弛造成的。对锚固的大坝进行的长期观测也表明，预应力的损失量最大
10、可达10，主要是由于钢材的松弛和混凝土的徐变造成的，而不是由基岩的徐变引起的。,阿尔及利亚舍尔法水坝所用的预应力达10MN的锚固于坚硬砂岩的锚杆监测结果表明，三年后，预应力损失量为4，18年后损失量达到5.5。Comte测定的锚固于裂隙发育的泥质片岩的预应力为1250kN的锚杆，其预应力损失量为48，大部分的预应力损失都发生在五年观测期的早期。 冶金部建筑研究总院在三峡水利枢纽永久船闸坚硬花岗岩中测得的3000kN预应力锚索的一年多的损失量为10以内，并呈现出锁定后的早期荷载急剧衰减，半年后趋于稳定的势态。,2.软地层徐变,在软弱岩石和土体中，由地层压缩产生的变形是相当大的，特别是在粘性土和细
11、的、均匀粒状砂中，变形非常明显，而且持续时间很长。固定在此类土体中的锚杆在极限荷载作用下，锚固段会发生较大的徐变位移，而且锚固体周围的土体会产生流动，可能导致锚杆承载力的急剧下降，进而危及工程安全。,因此,掌握徐变变形随时间推移的变化是很重要的，特别对埋置于压缩性较大的地层中的锚杆更是如此。一般情况下，永久受荷锚杆的徐变一时间关系是指数关系。Ostermayer对均匀粒状砂中的锚杆进行的徐变试验结果如下图所示：,在上海太平洋饭店饱和淤泥地层中锚杆的徐变试验还表明，当荷载水平为300kN时(锁定荷载与极限承载力之比B=0.33)，恒载100min的徐变量为2.1mm.当荷载水平为600kN (B
12、=0.66)时,恒载100min的徐变量为4.2mm.且变形仍不收敛.试验还表明当荷载水平为300kN时,最初lh的徐变量为1.8mm，占5h徐变量的85.7；当荷载水平为600kN，前4h的徐变量为4.3mm，占16h总徐变量的75.7。,由此可见，软粘土中锚杆的徐变量和变形收敛时间主要与荷载比B有关，且徐变变形主要发生在加载初期。要控制土锚的徐变变形量和徐变收敛时间，必须从降低锚固段的应力峰值入手。因此，保持适宜的B值（即选用较高的安全系数），有利于减少锚杆的徐变变形。,（三）锚杆预应力变化的外部因素,许多外部因素都能使锚杆的受荷状况发生变化，例如，锚固介质因受到冲击或锚固结构的荷载发生变
13、化或波动等。从而导致锚杆预应力的永久性损失（降低）。其他一些因素，如温度变化、地层平衡力系的变化等等，甚至会使锚杆的应力有所增加。锚杆预应力的这些变化能够明显地影响或损害锚杆的功能。,1、地层受冲击的影响,爆破重型机械和地震力发生的冲击引起的锚杆预应力损失量较长期静载荷要大得多.(1) 美国曾研究过爆破对水平层状白云岩锚固系统的影响.距离3米是同级静载荷影响的36倍.(2)冶金部建筑研究总院在三峡永久船闸预应力锚固工程中研究了爆破对锚索预应力的影响，试验表明，当爆破点距离锚头1.5m时，锚索的预应力下降了13.9，当爆破点距离锚头40m距离时，爆破对锚索预应力影响甚小。,2、锚杆的荷载变化,潮
14、汐、风载变异载荷等对保持锚杆预应力都有不利的影响.国外一些标准规定变异量不能超过设计载荷的5%,3、温度和地层应力状态变化,温度变化会使锚杆和锚固结构产生膨胀或收缩，其尺寸变化取决于所用材料的热膨胀系数。由于大部分锚杆都固定在地下，且制造锚杆的钢材又具有大的延性，所以，空气温度变化对锚杆的影响是可忽略不计的。但是，大面积曝置于空气中并受到阳光直接照射的那些锚固结构将产生膨胀或收缩，因此会在一定程度上影响锚杆的预应力。,地层应力的变化对锚杆预应力影响较大.基坑开挖卸荷预应力明显增大. 天津某基坑锚杆下部土方开挖20天后,地连墙位移812cm,锚杆预期应力增加19.6%65%,（四） 锚杆预应力变
15、化的监测,对预应力锚杆荷载变化进行长期或短期观测，可采用按机械、液压、振动、电气和光弹原理制作的各种不同类型的测力计。这些测力计通常都布置在传力板与锚具之间，必须始终保证测力计中心受荷，并定期检查测力计的完好程度。,l机械测力计 2液压测力计 (德)精密液压测力计 2505000kN 误差 1% 3弦式测力计 丹东三达GMS测力计2503000kN 4引伸式测力计 应变片固定在钢制圆筒壁上. 东北勘测院LC- 6000KN级 5光弹测力计,（五）锚杆预应力控制方法,1预应力筋采用低松弛钢绞线2确定适宜的锚杆设计荷载。3采用适宜的荷载比（即锚杆锁定荷载与极限承载力之比）4确定适宜的锁定荷载。5采用能缓减地层应力集中的措施。6实施二次张拉。7合适的施工工艺。,工程实例,冶金部建筑研究总院在上海太平洋饭店饱和淤泥质地层中测得锚杆一次张拉和二次张拉对锚杆预应力的变化影响.当锚杆在荷载526kN锁定后5d，一次张拉时预应力值下降到461kN，预应力值损失了123，二次张拉7天后，锚杆预应力值从545kN降至520kN，仅损失了46，以后锚杆预应力值基本趋于稳定。,END,
