BFRP锚杆公路岩质边坡加固工程应用研究

玄武岩纤维复合筋(BFRP)筋材具有极好的工程性能,特别是在抗拉构件中,完全可以替代钢筋。该文依托广东东环高速公路K13+785～K14+060段边坡BFRP锚杆加固工程,采用数值分析方法,研究了BFRP锚杆设计参数,提出BFRP锚杆岩质边坡加固设计方法、施工工艺及检测方法。边坡变形监测表明:采用BFRP筋材锚杆加固岩质边坡是可行的。     

非预应力BFRP锚杆加固土质边坡设计参数确定试验研究

为研究新型材料BFRP筋作为锚杆的设计方法和设计参数,进行了BFRP筋的拉伸试验、与水泥砂浆的黏结性能试验、耐腐蚀性试验、剪切试验,分析BFRP筋的力学特性。基于钢筋锚杆设计规范和已有的研究成果,给出了非预应力BFRP锚杆加固土质边坡设计参数的取值方法和建议值。通过BFRP锚杆与钢筋锚杆的现场支护对比试验,分析BFRP锚杆的加固效果,验证BFRP锚杆设计的合理性。研究表明,非预应力BFRP锚杆支护设计的抗拉安全系数不应小于1.6(永久锚杆)和1.4(临时锚杆)。BFRP筋抗拉强度标准值为极限抗拉强度的80%,对于锚固常用的BFRP筋(直径≥12 mm)可取为710 MPa。BFRP筋与砂浆的黏结强度标准值等于拉拔试验得到的平均值除以2.1,对于锚固常用的BFRP筋可取为2.8 MPa。设计的BFRP锚杆可以有效地加固边坡,较好地控制边坡位移,且加固效果与钢筋锚杆相当,BFRP锚杆设计合理,采用等强度替代钢筋的方法进行BFRP锚杆支护设计是可行的。     

新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题，对已有黏结楔式锚固体系作出改进，将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制；在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理，推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式，从而为设计尺寸提供依据；利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟，得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大，据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明：新型锚具的设计参数相互影响，锥角差显著影响内部结构受力，锥角差越大锚具承载力越大，但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大，但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏；以锚筒长度235 mm为例，其最优的内坡角可取10%，锥角差取0.5°；预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大，楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂，从而有效提高内部结构的整体工作性能；新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分，避免了加载端的剪切效应，在有效锚固段受力始终均匀变化，可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力；以Φ32 mm的GFRP筋材为例，极限承载力可达629.4 kN，远超GFRP筋材标准承载力，最高锚固效率达到139.9%，破坏方式主要以炸丝为主，静力锚固性能可靠。     

CFRP筋新型机械夹持-黏结型复合式锚具短期静力性能试验

为充分发挥CFRP筋高强轻质的特性,设计了一种新型机械夹持-黏结型复合式锚具,通过改变锚具的黏结长度、黏结介质倾角和黏结介质掺合料,以及是否设置夹片等参数,对6组锚具进行试验研究,测试CFRP筋新型锚具的极限荷载、荷载-滑移曲线、筋材应力和锚具钢套筒应力分布,分析不同参数对新型锚具锚固性能的影响规律,并与未设置夹片的对照组锚具进行比较,最后对3根CFRP筋材的复合式锚具锚固效果进行了试验验证。试验结果表明：新型锚具最终失效形式均表现为筋材破断破坏,且锚具锚固效率系数均满足规范规定的大于0.9的要求;筋材滑移量随着锚具黏结部分长度的增大而减小,合适的锚固长度宜为30~40倍筋材直径;锚具黏结部分倾角的减小会造成顶推力的减小,并造成锚具加载端与自由端滑移量差值增大;黏结介质中适度的掺砂量能够提升锚具的锚固性能,但当掺砂量超过一定程度时,将影响黏结介质本身的胶结性能,建议掺砂量不超过10%;无夹片组失效模式为筋材与胶体黏结滑移失效,锚固效率低,而新型复合式锚具由于顶推力的存在不仅能够减小锚具的整体滑移量,而且能够有效避免锚具在加载端的应力集中现象,极大改善锚具受力性能,提高锚具的锚固效率;该新型复合式锚具对多根CFRP筋材同样具有良好的锚固效果。     

砂浆锚固GFRP锚杆的粘结滑移机理

随着GFRP锚杆材料在工程中的逐渐应用,GFRP锚杆的粘结性能及工作性能也渐渐引起工程人员的重视。现有GFRP筋材的粘结性能研究多集中在小直径筋材、高强度锚固剂和较小锚固长度条件下进行,这与岩土锚固工程的实际情况不太相符。本文研究了大直径锚杆、低强度锚固剂和较长锚固长度情况下GFRP锚杆的粘结-滑移特性和其工作机理。发现GFRP锚杆的粘结-滑移曲线与钢锚杆存在差异并对差异的原因进行了分析。同时对锚杆直径、锚固剂强度及锚固长度对粘结-滑移曲线的影响进行了分析。对比现有粘结滑移模型的特点,基于试验结果建立了砂浆锚固全螺纹GFRP锚杆的粘结-滑移模型,模型与实际锚杆工作吻合较好。     

CFRP筋锚具粘结界面剪应力的影响参数研究

研究采用树脂胶作为粘结剂的CFRP筋粘结式锚具的传力机制。以荷载、锚具长度、胶体厚度、弹性模量及设端堵与不设端堵等为参数,采用有限元法分析上述参数对锚具中CFRP筋-树脂胶体粘结界面的剪应力分布的影响,研究给出CFRP筋锚具主要的设计参数建议值。     

BFRP锚杆与钢筋锚杆现场拉拔试验对比分析

通过BFRP锚杆的现场拉拔试验,测试BFRP锚杆的抗拔极限承载力,并与钢筋锚杆对比,研究BFRP锚杆的锚固性能。根据试验数据分析BFRP锚杆的平均单根极限抗拔力和极限抗拉强度。结果表明:6根φ14BFRP锚杆极限抗拔力与3根φ28 HRB400钢筋锚杆极限抗拔力相当。多束BFRP筋组成锚杆时,平均单筋极限抗拔力约为BFRP筋极限抗拔力的80%。     

岩土锚固安全评价指标体系研究

加强锚杆(索)施工质量控制和工程可靠性检测是岩土支护结构时效性分析的一项重要内容。首先，通过理论研究、模型试验和现场测试等方法，将单锚失效模式归纳为粘结失效、筋材断裂失效、预应力松弛失效和锚具失效，并提出了岩土锚固安全评价指标体系。其次，针对各指标参数的特点，在动力学理论和结构探伤理论基础上，利用现代信号处理技术、神经网络和优化算法等数学手段，建立了锚杆(索)质量检测的力学和数学模型，并研究了不同损伤锚杆在声波和应力波激励下的动力响应规律，确定了单锚安全等级划分方法及其对应的失效阈值。最后，通过确定单锚的锚固力取值，重新计算正常工况下的锚固边坡稳定安全系数，并将其与容许安全系数进行比较，对运营期内的锚固边坡稳定性进行评价，对锚失效后不稳定的边坡提出了原锚补强和增设新锚等处治方法。锚固安全评价与处治技术具有在线、动态、实时的特点，可弥补传统的锚杆(索)拉拔试验的不足，对提高锚杆(索)加固技术和岩土工程的稳定性和可靠性具有促进作用。     

大吨位CFRP拉索锚固系统静力性能研究

为研究大吨位CFRP拉索锚具的锚固性能及极限承载力,实现CFRP拉索的可靠锚固,设计了19根CFRP筋大吨位机械夹持-黏结型复合式锚具,对其进行了静载试验研究和理论分析.试验中对筋材滑移、筋材应变和钢套筒应变分布进行测试;利用ANSYS软件建立大吨位锚具有限元模型,对筋材滑移量、钢套筒环向和纵向应变进行分析,探明了锚固...     

CFRP丝股新型锚固系统受力分析及试验研究

为解决CFRP丝股现有内锥形锚具锚固区的径向挤压应力分布不合理及丝股在受荷端存在弯折等问题，研制了双筒黏结型锚具。该新型锚具在传统内锥形锚具内，置入一个带有多条纵向切缝的钢质套管，套管切缝的宽度沿纵向渐变，则套管的径向收缩刚度随之渐变，此举可避免小孔端挤压应力过大，以实现径向挤压应力的合理分布。套管包裹住CFRP丝股，以环氧树脂作为黏结介质，并对锚具进行预紧。利用ANSYS软件对6组不同丝间距和套管壁厚的新型锚具进行受力模拟，得出最优锚具设计尺寸参数，探明了锚固区筋材应力分布情况；制作现有传统内锥形锚具及新型锚具，对19丝Φ5的丝股进行静力拉伸试验，并对各影响因素进行分析。结果表明：新型锚具锚固效率系数可达到110%,相比普通内锥形锚具提高了近30%;丝间距以1～2 mm为宜，丝间距越小锚固性能越好；套管、预紧力对提高锚固性能影响很大，套管的壁厚在4～6 mm为宜，在此范围内壁厚越大，丝间距对锚固性能的影响越弱；预紧力大小约等于锚固系统极限承载力时，锚固效率相对于无预紧作用提高12%。     

围岩侧限对自膨胀锚杆性能影响效应研究

大掺量膨胀剂水泥浆作为锚固体的新型自膨胀高强预压锚固技术可显著提升锚杆抗拔力,为研究该技术在围岩侧限条件下的锚固性能,研发了模拟地应力条件下岩体锚固的装置及方法,并开展了不同围岩侧限等级、不同膨胀剂掺量条件下锚固体膨胀应力实时监测及拉拔试验,分析了膨胀应力演化规律、锚固破坏形态及抗拔力提升机理、锚杆界面力学特性及锚固系统破坏耗能规律。结果表明:①内界面应力存在随时间的损失效应,损失率随掺量呈线性递减的关系;定义了协同应力,指出内界面应力峰值与协同应力峰值存在滞后时差,并从应力传递的角度解释了其力学机制。②拉拔过程中微扩头"卡"在锚孔内并不断上移形成了该锚固体系独特的"荷载平台效应",极大提升了锚固系统的延性及破坏极限耗能值,并绘制了该效应的力学机制图;建立了自膨胀锚杆的极限抗拔力预测模型,指出初始侧限应力值对极限抗拔力呈指数式影响,表明在工程运用中侧限约束强的围岩能大幅提升锚杆极限抗拔力。③引入自膨胀影响系数λ、围岩侧限影响系数k,建立了自膨胀锚固体系的锚杆界面力学公式及能量方程,并结合算例验证了公式的可行性;得出0.7 MPa初始侧限应力条件下,ω=30%的锚固极限抗拔力较普通锚固提升了2.38倍,锚杆峰前位移量提高了1.08倍,锚固系统峰前耗能值提升了6.34倍。     

新型锚杆及岩土锚固新技术

岩土锚固是岩土工程领域的重要分支,在边坡、基坑、矿井、隧洞、坝体等工程建设中获得广泛应用。本文综合论述了国内外常见的新型锚杆以及岩土锚固新技术,如单孔复合锚固技术、锚杆杆体材料新技术、软土锚固新技术等,这对岩土锚固工程实践有一定指导意义。     

声波反射技术在锚杆质量检测中的应用

锚杆的长度和砂浆饱满度是锚杆质量的关键控制指标,应用声波反射技术能准确测量锚杆的有效锚固长度与砂浆饱满度,是一种快速、经济、可靠的无损检测技术。检测证实,冲江河水电站岩体锚固工程的锚杆锚固均为优良。     

桥梁用高强锚杆组件的设计与试验

对桥梁用高强锚杆组件进行设计研究,提供了一种高强锚杆组件的结构设计思路及锚固方案,完成了高强锚杆、球面螺母、球面垫片、止退螺母的结构设计与强度校核;结合工程应用需求,完成了设计载荷为1 500 kN、1 200 kN、800 kN高强锚杆组件的设计计算,形成了 M85、M76、M64等高强锚杆尺寸系列.经分级张拉锚固工艺进行静载试验验证,所设计的高强锚杆组件满足设计及使用要求.     

锚喷混凝土加固双曲拱桥植筋工艺参数研究

分析了锚喷混凝土加固双曲拱桥中,植筋的钢筋种类、锚固长度及粘结形式对植筋锚固强度的影响,得出合理优化的植筋参数,为加固设计提供参考。通过对试验后的锚杆破坏特征分析,总结植筋工艺各环节对锚杆锚固强度的影响。得出结论：在合理的锚固长度下,锚杆破坏在钢筋和结构胶粘结处发生时,锚固力越大,植筋粘结强度越安全可靠。     

BIM技术在棋盘洲长江公路大桥北锚碇施工中的应用

棋盘洲长江公路大桥北锚碇具有内部异形构件多、施工规模庞大、构件繁多等特点,施工管理工作量极大.为了提高建设管理效率,运用BIM技术,采用Revit软件建立北锚碇三维可视化模型,基于该模型进行碰撞检查、虚拟漫游、施工模拟和工程量统计.通过碰撞检查,可以有效避免锚碇构件之间的碰撞冲突;虚拟漫游可以节省识图时间,提高设计方和...     

浅议锚杆锚索边坡防护施工

结合实际工程,对高速公路路堑高边坡的锚杆与锚索施工技术进行探讨,详细介绍了锚杆锚索各技术参数和施工工艺的控制措施以及施工过程中的注意事项.事实证明,采用锚杆锚索防护边坡取得了良好的效果,可为同类工程提供参考.     

波形齿夹具锚和U型箍锚固作用的力学机理

建立了波形齿夹具锚和U型箍对纵向FRP片材锚固作用的简化组合模型,并对其进行全过程受力分析,得到了各自的荷载-端部位移曲线。分析结果表明:U型箍的锚固作用相当于一种柔性约束,其锚固力依靠自身的抗剪能力,这是FRP材料的弱项,因而U型箍所能提供的锚固力十分有限,并且也很容易被纵向FRP片材剪断;相反,波形齿夹具锚相当于一种机械锚固,其锚固力来自螺栓的抗剪能力,这是钢材的强项,因此波形齿夹具锚的锚固作用远优于U型箍。     

漫水桥上部构造与墩台连接构造设计

介绍漫水桥上部构造与墩台连接构造设计,方法是将常规抗震锚栓构造加以延伸改造,即把抗震功能和连接功能综合成一套系统,具有构造简单、施工方便、造价低廉等特点,值得推广。