劈裂注浆条件下锚索承载力的理论分析VIP专享VIP免费

2003年12月铁道工程学报第4期(总80)JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYDecember2003NO．4(Dec．80)文章编号：1006-2106(2003)04一Ol19—05劈裂注浆条件下锚索承载力的理论分析蒋楚生。(铁道第二勘察设计院，成都610031)提要：二次高压劈裂注浆能大大提高软弱地层中预应力锚索抗拔承载力。本文在提高锚固力机理方面进行了详细的探讨，在理论上提出了计算锚固力的公式。也提出了简化的计算方法。对二次劈裂注浆锚索的设计与施工具有指导意义关键词：锚索；二次劈裂注浆；浆液扩散半径；抗拔承载力中图分类号：U214文献标识码：A1劈裂注浆压力的确定在边坡工程中，边坡一经开挖，就会引起坡体应力重分布，此时钻凿注浆孔将再次引起应力重新分布。劈裂注浆将导致更新的裂隙形成及原有裂隙的扩张引。根据弹性理论，在一平面上，当钻孔周边拉应力克服围岩抗拉强度时，钻孔注浆劈裂才会发生在最小主应力面上，由此可知钻孑L劈裂时起始压力为：尸l一口一l+R，(1)式中：a为钻孔应力集中系数，可通过测试或经验类比估算，一般a一2．5～4．0；为最大主应力；为最小主应力；R，为围岩抗拉强度。钻孔起裂后成为带有裂隙的注浆钻孔，根据断裂力学理论，裂隙扩展压力尸。为：尸z=G(L／ao)+[1一G<(L／a。o)J"]+k而l(2)式中：L为裂隙长度；a。为钻孔半径；G(L／a。)、F(L／ao)为L／a。的函数；K为裂隙扩展时的临界强度因子，它是一个材料常数，即张开型裂纹断裂韧度。其值可由下式确定：，／2E)，走一^、／—]-—'U2(3)式中：E为岩石的弹性模量，)，为岩石的比表面能，为岩石泊桑比。其裂隙长度L可按Coulomb材料弹性圆筒形孔·收稿日期2003—06—21蒋楚生高级工程师男1964年出生扩张理论的弹性解所给的UO≥cro+来确定其质点与孔壁的相对位置，如图1所示。式中。为岩土体初始应力，Ut为岩土体抗拉强度。按该式计算，对于较坚硬的岩石，裂隙长度常在5～6mm。故可以认为前述锚索注浆管放置位置的是合理的。在注浆时，尚应注意到注浆压力的损失。注浆压力的损失尸。由输浆管，注浆管和出浆孔三部分摩擦阻力组成，分别以尸，尸：，尸；表示：√1——■JT．．卜一图1劈裂后的钻孔图尸。=尸+尸：+尸：(4)由粘性流体力学可知，输浆管摩擦阻力P为：rP=8(5)，0式中：为浆液粘度，L。为输浆管长度，r。为输浆管半径，为流速。注浆管摩擦阻力尸；为：尸；一h(6)▲维普资讯http://www.cqvip.coml2O铁道工程学报2003年12月式中：。为注浆管摩擦阻力系数，h为注浆管长度。出浆孔阻力则受注浆花管孔数、规格、浆液流动形态的影响，理论计算比较困难，只能通过实验量测浆液通过出浆孔时的压力损失确定。由此可知，围岩劈裂注浆压力为：起始劈裂时，P—Pl+P3=d口3一l+R+8+^o+P：(7)裂隙扩张时，P=P：+P。：。+[一]。+———上_===+8+ho十P：(8)F(L／ao)~／玎，0同时应保证其浆液压力不超过现有设备的注浆能力。预应力锚索采用劈裂注浆可从多方面提高其锚固能力。前述分析说明浆液首先劈裂进入锚固段周围抗拉强度较小的介质，如锚固段与岩土体的结合面；进而充填已开裂发展的裂隙空间，并从中向两侧挤压、胶结，从而改善锚固段周围岩土体的力学特性以及联结程度。浆液向裂隙两侧施压，还使作用在裂隙侧面的小主应力局部升高，其结果使锚固段受到的正压力加大，因而增加了锚固段与周围岩土体的摩擦粘结阻力。同时浆液劈裂作用形成的浆脉结石体终将成为锚固段的一部分，使锚固段的体积与表面积增加，扩大了锚固段的规模，也相应增加了锚索的承载能力。特别是在有地下水的情况下，钻孔泥浆使孔壁污染，在孔壁形成一层污染泥薄膜，严重降低锚索的承载能力。高压注浆时这层薄膜被浆液挤压、拌和、切割后消失，提高了浆体与岩体间的抗剪强度，从而使锚索的承载力大大增加。关于浆液扩散半径，目前的研究还未获得成熟的结论，故工程中不好估算其等效的锚固段半径。建议通过一定的模型试验寻求经验公式来计算。在无经验公式可用时，不计浆脉的嵌固效果，按照圆筒形扩展理论的弹性解求出裂隙长度L，同时保证计算范围内裂缝宽度大于浆体材料的换算骨料粒径以此计算值加上锚孔直径作为等效锚固半径。并且不考虑浆体与岩体交界面的...