《锚杆试验》PPT课件.ppt

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1、锚锚 杆杆 的的 试验试验为为了了确确定定锚锚杆杆的的极极限限承承载载力力，验验证证锚锚杆杆设设计计参参数数与与施施工工工工艺艺的的合合理理性性，检检验验锚锚杆杆的的工工程程质质量量是是否否满满足足设设计计要要求求，掌掌握握锚锚杆杆在在软软弱弱地地层层中中的的变变形形特特性性，对对锚锚杆杆要要进进行各种试验行各种试验.主要有主要有:基本试验基本试验验收试验验收试验蠕变试验。蠕变试验。一、一、基本试验基本试验任任何何一一种种新新型型锚锚杆杆或或已已有有锚锚杆杆品品种种用用于于未未曾用过的地层时，均应进行基本试验。曾用过的地层时，均应进行基本试验。目的目的:1)确定锚杆的极限承载力，确定锚杆的极限

2、承载力，2)掌握锚杆抵抗破坏的安全程度，掌握锚杆抵抗破坏的安全程度，3)揭揭示示锚锚杆杆在在使使用用过过程程中中可可能能影影响响其其承承载载力力的的缺缺陷陷，以以便便在在正正式式使使用用锚锚杆杆前前调调整整锚锚杆杆结结构参数或改进锚杆制作工艺。构参数或改进锚杆制作工艺。基本试验要求基本试验要求1、用作基本试验的锚杆参数、材料及施工工艺必须、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和工程锚杆相同2、数量、数量不少于不少于3根，根，3、最大试验荷载不应超过预应力筋强度标准值、最大试验荷载不应超过预应力筋强度标准值(Af)的的0.8倍。倍。4、锚杆加荷应分等级循环进行，初始荷载取预应

3、力、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筋强度标准值的0.1倍，每级加荷增量取预应力倍，每级加荷增量取预应力筋强度标准值的筋强度标准值的0.l0.15倍。倍。5、保持恒定的力，并测定锚头的位移直至位移达到、保持恒定的力，并测定锚头的位移直至位移达到稳定状态（锚杆的位移增量稳定状态（锚杆的位移增量2h不大于不大于0.2mm）绘制锚杆荷载一位移曲线。绘制锚杆荷载一位移曲线。锚杆荷载一弹性（塑性）位移曲线锚杆荷载一弹性（塑性）位移曲线锚杆的破坏标准锚杆的破坏标准l在在基基本本试试验验中中，加加荷荷至至锚锚杆杆的的锚锚固固段段(不不是是锚锚杆杆预应力筋）出现破坏为止预应力筋）出现破

4、坏为止.l锚杆的锚杆的破坏标准破坏标准为：为：l1后一级荷载作用下的锚头位移增量达到或超过后一级荷载作用下的锚头位移增量达到或超过l前一级荷载作用下锚头位移增量的前一级荷载作用下锚头位移增量的2倍；倍；l2锚头位移不收敛。锚头位移不收敛。l3锚头总位移超过设计允许值。锚头总位移超过设计允许值。每每级级荷荷载载作作用用下下的的总总位位移移分分成成弹弹性性位位移移和和塑塑性性位位移移，弹弹性性位位移移是是测测得得的的总总位位移移减减去去卸卸荷荷至至初初始始荷荷载时测得的位移（即塑性位移）载时测得的位移（即塑性位移）.试试验验所所得得的的弹弹性性位位移移应应大大于于80的的锚锚杆杆自自由由段段长长弹

5、弹性性变变形形且且小小于于自自由由段段长长与与锚锚固固段段二二分分之之一一长长之之和的弹性变形。和的弹性变形。试验所得的锚杆安全系数试验所得的锚杆安全系数K由下式确定：由下式确定：K=R/N式中式中R锚杆极限承载力，取破坏荷载的锚杆极限承载力，取破坏荷载的95；N锚杆设计载荷锚杆设计载荷二、二、验收试验验收试验验验收收试试验验锚锚杆杆数数量量不不少少于于锚锚杆杆总总数数的的5，且且不得少于不得少于3根。根。验收试验旨在快速经济地确定以下事项：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；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；铺杆自由段长度是否满足要求；3锚杆

6、蠕变在规定的范围内是否稳定。锚杆蠕变在规定的范围内是否稳定。试验荷载试验荷载1)验收试验最大试验荷载不应超过预应力筋验收试验最大试验荷载不应超过预应力筋强度强度标准值的标准值的0.8倍，倍，2)永永久久性性锚锚杆杆的的最最大大试试验验荷荷载载为为锚锚杆杆设设计计荷荷载（载（N）的）的1.5倍，倍，3)临临时时性性锚锚杆杆的的最最大大试试验验荷荷载载为为锚锚杆杆设设计计荷荷载（载（N）的）的1.2倍。倍。试验要求试验要求l1)确定验收试验加荷等级与观测时间确定验收试验加荷等级与观测时间l2)在在各各等等级级荷荷载载作作用用下下，记记录录锚锚头头位位移移至至稳稳定定状状态态。根根据据试试验验结结果

7、果绘绘制制锚锚杆杆荷荷载载一一位移曲线位移曲线l3)验验收收试试验验从从50设设计计值值到到最最大大试试验验荷荷载载所所测测得得的的锚锚杆杆总总位位移移应应大大于于锚锚杆杆自自由由段段长长理论计算伸长值的理论计算伸长值的80。验收试验加荷等级与观测时间验收试验加荷等级与观测时间三、三、蠕蠕变试验变试验塑塑性性指指数数大大于于17的的软软土土层层和和蠕蠕变变变变形形明明显显的的岩岩体中的锚杆应进行蠕变试验。体中的锚杆应进行蠕变试验。1)试验锚杆数量不应少于试验锚杆数量不应少于3根根2)确定锚杆蠕变试验加荷等级与观测时间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，锚头在观

8、测时间内荷载必须保持恒定，锚头位移趋于稳定。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根据试验数据绘制锚杆蠕变量一时间对数关系曲线关系曲线锚杆的蠕变系数计算：锚杆的蠕变系数计算：最后一级荷载作用下的蠕变系数不大于最后一级荷载作用下的蠕变系数不大于2.0mm四、四、锚杆验收标准锚杆验收标准锚杆须满足下列三方面的验收标准：锚杆须满足下列三方面的验收标准：1徐变（蠕变）徐变（蠕变）试验荷载下试验荷载下l10min的徐变量不超过的徐变量不超过1.0mm，如果超过，如果超过，则则660min内的徐变量不得大于内的徐变量不得大于2.0mm。2位移（变形）位移（变形）l）基本试验中测得的总弹性位

9、移应大于自由段长度理论弹性）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伸长值的80，并小于自由段长度加，并小于自由段长度加12锚固段长度的锚固段长度的理论弹性伸长值。理论弹性伸长值。2）验收试验中，从）验收试验中，从50设计荷载到最大试验荷载之间所测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伸长值的80。3.初动荷载与锁定荷载相差在初动荷载与锁定荷载相差在5%以内以内五、五、锚杆的长期观测锚杆的长期观测锚锚杆杆设设置置后后，连连续续观观测测超超过过24h就就可可称称为为锚锚杆杆的的长长期

10、期观测观测.其其目目的的是是掌掌握握锚锚杆杆预预应应力力或或位位移移变变化化规规律律，为为锚锚杆杆的的短短期期试试验验提提供供重重要要的的补补充充资资料料，提提供供有有关关锚锚固固结结构构和和地地层层的的有有价价值值的的资资料料，确确认认锚锚杆杆的的长长期期工工作作性性能能。必必要要时时，可可根根据据观观测测结结果果，采采取取二二次次张张拉拉锚锚杆杆或或增增设设锚锚杆杆等等措措施施，以确保锚固工程的可靠性。以确保锚固工程的可靠性。锚锚杆杆预预应应力力和和位位移移的的变变化化是是由由钢钢材材的的松松弛弛、地地层层的的徐徐变变、温温度度的的变变化化、各各种种冲冲击击作作用用、锚锚固固结结构构的的荷

11、荷载载变变化化以及岩土体应力状态的变化等因素引起的。以及岩土体应力状态的变化等因素引起的。1、国际预应力协会国际预应力协会（FIP）规定，应对）规定，应对10的锚杆的锚杆进行长期观测；进行长期观测；2、法国标准法国标准要求对要求对515的永久性锚杆（取决的永久性锚杆（取决于锚杆总根数）至少监测于锚杆总根数）至少监测10年，在第一年内每三个年，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测间隔时间为1年。锚杆预应力的变化容许值为锚杆年。锚杆预应力的变化容许值为锚杆设计荷载的设计荷载的10。3、英国和南非英国和南非规定，对全部

12、临时性锚杆和永久性锚规定，对全部临时性锚杆和永久性锚杆施加预应力后杆施加预应力后24h或或48h就对其进行观测，如果结就对其进行观测，如果结果令人满意，就对全部工程锚杆的果令人满意，就对全部工程锚杆的5继续观测一年继续观测一年的时间。的时间。4、我国我国的土层锚杆设计施工规范规定，对永久性锚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锚杆总数510，观测时间不宜少于，观测时间不宜少于12个月。个月。锚杆预应力随时间的变化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随着时间的推移，锚杆的初始预

13、应力总是会有所变化。一般情况下，通常表现为预应力的会有所变化。一般情况下，通常表现为预应力的损失。损失。这种预应力损失在很大程度上是由锚杆钢材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。的松弛和受荷地层的徐变共同效应造成的。所谓所谓松弛松弛就是没有变形情况下的预应力损失，就是没有变形情况下的预应力损失，而而徐变徐变则是在永久荷载下所产生的材料变形。则是在永久荷载下所产生的材料变形。（一）钢材的松弛（一）钢材的松弛长期受荷的钢材预应力松弛损失量通长期受荷的钢材预应力松弛损失量通常为常为510。根据对各类钢材进行的试验发现，受根据对各类钢材进行的试验发现，受荷荷l0

14、0h后的松弛损失约为受荷后的松弛损失约为受荷lh所发生所发生损失的两倍；约为受荷损失的两倍；约为受荷1000h后应力损后应力损失量的失量的80，约为受荷，约为受荷30年之后损失量年之后损失量的的40。影响因素影响因素1)张拉荷载大小张拉荷载大小2)钢材品种和是否采用超张拉钢材品种和是否采用超张拉3)钢材徐变钢材徐变1)钢材的应力松弛与张拉荷载大小密切相关钢材的应力松弛与张拉荷载大小密切相关.l当当施施加加的的应应力力大大于于钢钢材材强强度度的的50时时，应应力力松松弛弛就就会会明明显显加加大大，并并随随荷荷载载的的增增大大而而增增大大，而而且且在在20c以上的温度条件下，这种损失量更大。以上的

15、温度条件下，这种损失量更大。2)钢钢材材品品种种和和是是否否采采用用超超张张拉拉对对于于应应力力松松弛弛损损失失也也有有显显著著影影响响。在在20下下、钢钢材材预预应应力力值值到到达达75保保证证抗抗拉拉强强度度的的条条件件下下，稳稳定定化化（低低松松弛弛）的的钢钢丝丝和和钢钢索索应应力力损损失失为为1.5，而而普普通通消消除除应应力力钢钢材的应力损失量为材的应力损失量为510。(见下表见下表)3)同同时时发发现现，长长期期受受荷荷的的钢钢材材由由于于徐徐变变引引起起的的变变形形也也会会使使预预应应力力发发生生损损失失。然然而而，与与松松弛弛所所引引起起的的应力损失量相比，这种损失量是可忽略不

16、计的。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（二）地层的徐变地地层层在在锚锚杆杆拉拉力力作作用用下下的的徐徐变变，是是由由于于岩岩层层或或土土体体在在受受荷荷影影响响区区域域内内的的应应力力作用下产生的塑性压缩或破坏造成的。作用下产生的塑性压缩或破坏造成的。对对于于预预应应力力锚锚杆杆，徐徐变变主主要要发发生生在在应应力力集集中中区区，即即靠靠近近自自由由段段的的锚锚固固段段区区域域及锚头以下的锚固结构表面处。及锚头以下的锚固结构表面处。1.硬岩地层徐变硬岩地层徐变坚硬岩石产生的徐变是很小的，即使在大荷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。载持续作用下也

17、如此。根据美国预应力混凝土协会的有关资料，岩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石锚杆的预应力损失量在7d内可达内可达3，这，这主要主要是由于钢材的松弛造成的是由于钢材的松弛造成的。对锚固的大坝进行。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可达的长期观测也表明，预应力的损失量最大可达10，主要是由于钢材的松弛和混凝土的徐变，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。造成的，而不是由基岩的徐变引起的。阿阿尔尔及及利利亚亚舍舍尔尔法法水水坝坝所所用用的的预预应应力力达达10MN的的锚锚固固于于坚坚硬硬砂砂岩岩的的锚锚杆杆监监测测结结果果

18、表表明明，三三年年后后，预预应应力力损损失失量量为为4，18年年后后损损失失量量达达到到5.5。Comte测测定定的的锚锚固固于于裂裂隙隙发发育育的的泥泥质质片片岩岩的的预预应应力力为为1250kN的的锚锚杆杆，其其预预应应力力损损失失量量为为48，大大部部分分的的预预应应力力损损失失都都发发生生在在五五年年观观测测期期的的早期。早期。冶冶金金部部建建筑筑研研究究总总院院在在三三峡峡水水利利枢枢纽纽永永久久船船闸闸坚坚硬硬花花岗岗岩岩中中测测得得的的3000kN预预应应力力锚锚索索的的一一年年多多的的损损失失量量为为10以以内内，并并呈呈现现出出锁锁定定后后的的早早期期荷荷载急剧衰减，半年后趋

19、于稳定的势态。载急剧衰减，半年后趋于稳定的势态。2.软地层徐变软地层徐变在在软软弱弱岩岩石石和和土土体体中中，由由地地层层压压缩缩产产生生的的变变形形是是相相当当大大的的，特特别别是是在在粘粘性性土土和和细细的的、均均匀匀粒粒状状砂砂中中，变变形形非非常常明明显显，而而且且持持续续时时间间很很长长。固固定定在在此此类类土土体体中中的的锚锚杆杆在在极极限限荷荷载载作作用用下下，锚锚固固段段会会发发生生较较大大的的徐徐变变位位移移，而而且且锚锚固固体体周周围围的的土土体体会会产产生生流流动动，可可能能导导致锚杆承载力的急剧下降，进而危及工程安全。致锚杆承载力的急剧下降，进而危及工程安全。因因此此,

20、掌掌握握徐徐变变变变形形随随时时间间推推移移的的变变化化是是很很重重要要的的，特别对埋置于压缩性较大的地层中的锚杆更是如此。特别对埋置于压缩性较大的地层中的锚杆更是如此。一一般般情情况况下下，永永久久受受荷荷锚锚杆杆的的徐徐变变一一时时间间关关系系是是指指数关系。数关系。Ostermayer对对均均匀匀粒粒状状砂砂中中的的锚锚杆杆进进行行的的徐徐变变试试验验结果如下图所示：结果如下图所示：在在上上海海太太平平洋洋饭饭店店饱饱和和淤淤泥泥地地层层中中锚锚杆杆的的徐徐变变试试验验还还表表明明，当当荷荷载载水水平平为为300kN时时(锁锁定定荷荷载载与与极极限限承承载载力力之之比比B=0.33)，恒

21、恒载载100min的的徐徐变变量量为为2.1mm.当当 荷荷 载载 水水 平平 为为 600kN(B=0.66)时时,恒恒 载载100min的徐变量为的徐变量为4.2mm.且变形仍不收敛且变形仍不收敛.试试验验还还表表明明当当荷荷载载水水平平为为300kN时时,最最初初lh的的徐徐变变量量为为1.8mm，占占5h徐徐变变量量的的85.7；当当荷荷载载水水平平为为600kN，前前4h的的徐徐变变量量为为4.3mm，占占16h总总徐徐变变量的量的75.7。l由由此此可可见见，软软粘粘土土中中锚锚杆杆的的徐徐变变量量和和变变形形收收敛敛时时间间主主要要与与荷荷载载比比B有有关关，且且徐徐变变变变形形

22、主主要要发发生生在在加加载载初初期期。要要控控制制土土锚锚的的徐徐变变变变形形量量和和徐徐变变收收敛敛时时间间，必必须须从从降降低低锚锚固固段段的的应应力力峰峰值值入入手手。因因此此，保保持持适适宜宜的的B值值（即即选选用用较较高高的的安安全系数），有利于减少锚杆的徐变变形。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（三）锚杆预应力变化的外部因素许许多多外外部部因因素素都都能能使使锚锚杆杆的的受受荷荷状状况况发发生生变变化化，例例如如，锚锚固固介介质质因因受受到到冲冲击击或或锚锚固固结结构构的的荷荷载载发发生生变变化化或或波波动动等等。从从而而导导致致锚锚杆杆预预应应力

23、力的的永永久久性性损损失失（降降低低）。其其他他一一些些因因素素，如如温温度度变变化化、地地层层平平衡衡力力系系的的变变化化等等等等，甚甚至至会会使使锚锚杆杆的的应应力力有有所所增增加加。锚锚杆杆预预应应力力的的这这些些变变化化能能够够明明显显地地影影响响或或损损害害锚锚杆杆的功能。的功能。1、地层受冲击的影响、地层受冲击的影响爆爆破破重重型型机机械械和和地地震震力力发发生生的的冲冲击击引引起起的的锚杆预应力损失量较长期静载荷要大得多锚杆预应力损失量较长期静载荷要大得多.(1)美美国国曾曾研研究究过过爆爆破破对对水水平平层层状状白白云云岩岩锚锚固固系系统统的的影影响响.距距离离3米米是是同同级

24、级静静载载荷荷影影响响的的36倍倍.(2)冶冶金金部部建建筑筑研研究究总总院院在在三三峡峡永永久久船船闸闸预预应应力力锚锚固固工工程程中中研研究究了了爆爆破破对对锚锚索索预预应应力力的的影影响响，试试验验表表明明，当当爆爆破破点点距距离离锚锚头头1.5m时时，锚锚索索的的预预应应力力下下降降了了13.9，当当爆爆破破点点距距离离锚锚头头40m距距离离时时，爆爆破破对对锚锚索索预预应应力力影影响甚小。响甚小。2、锚杆的荷载变化、锚杆的荷载变化l 潮汐、风载变异载荷等对保持锚潮汐、风载变异载荷等对保持锚杆预应力都有不利的影响杆预应力都有不利的影响.l 国外一些标准规定变异量不能超国外一些标准规定变

25、异量不能超过设计载荷的过设计载荷的5%3、温度和地层应力状态变化、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或收缩，其尺寸变化取决于所用材料的热膨胀系数。胀系数。由于大部分锚杆都固定在地下，且制造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，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，因此会在那些锚固结构将

26、产生膨胀或收缩，因此会在一定程度上影响锚杆的预应力。一定程度上影响锚杆的预应力。l 地层应力的变化对锚杆预应力地层应力的变化对锚杆预应力影响较大影响较大.l 基坑开挖卸荷预应力明显增大基坑开挖卸荷预应力明显增大.l天津某基坑锚杆下部土方开挖天津某基坑锚杆下部土方开挖20天后天后,地连墙位移地连墙位移812cm,锚杆锚杆预期应力增加预期应力增加19.6%65%（四）四）锚杆预应力变化的监测锚杆预应力变化的监测l对对预预应应力力锚锚杆杆荷荷载载变变化化进进行行长长期期或或短短期期观观测测，可可采采用用按按机机械械、液液压压、振振动动、电电气气和和光光弹弹原原理理制制作作的的各各种种不不同同类类型型

27、的的测测力力计计。这这些些测测力力计计通通常常都都布布置置在在传传力力板板与与锚锚具具之之间间，必必须须始始终终保保证证测测力力计计中心受荷，并定期检查测力计的完好程度。中心受荷，并定期检查测力计的完好程度。ll机械测力计机械测力计l2液压测力计液压测力计(德德)精密液压测力计精密液压测力计2505000kN误差误差1%l3弦式测力计弦式测力计丹东三达丹东三达GMS测力计测力计2503000kNl4引伸式测力计引伸式测力计应变片固定在钢制圆筒壁上应变片固定在钢制圆筒壁上.东北勘测院东北勘测院LC-6000KN级级l5光弹测力计光弹测力计（五）锚杆预应力控制方法（五）锚杆预应力控制方法 1预应力

28、筋采用低松弛钢绞线预应力筋采用低松弛钢绞线 2确定适宜的锚杆设计荷载。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采用适宜的荷载比（即锚杆锁定荷载与极限承载力之比）承载力之比）4确定适宜的锁定荷载。确定适宜的锁定荷载。5采用能缓减地层应力集中的措施。采用能缓减地层应力集中的措施。6实施二次张拉。实施二次张拉。7合适的施工工艺。合适的施工工艺。工程实例工程实例l冶金部建筑研究总院在上海太平洋饭店饱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张拉对锚杆预应力的变化影响.当锚杆在当锚杆在荷载荷载526kN锁定后锁定后5d，一次张拉时预应力，一次张拉时预应力值下降到值下降到461kN，预应力值损失了，预应力值损失了123，二次张拉二次张拉7天后，锚杆预应力值从天后，锚杆预应力值从545kN降降至至520kN，仅损失了，仅损失了46，以后锚杆预，以后锚杆预应力值基本趋于稳定。应力值基本趋于稳定。lEND