锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置及其安装方法与流程

本发明涉及岩土工程中的锚杆检测设备和安装方法，具体是指锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置及其安装方法。

背景技术：

岩土锚固是通过设置在地层中的锚杆，将结构物与岩土体紧紧地联系在一起，依赖锚杆与周围岩土体的抗剪强度传递结构物的拉力使地层得到加固，既充分挖掘岩土自身强度，又大大减轻结构自重，以保持结构物和岩土体的工程安全与稳定。锚杆技术由于经济、可靠且施工快速简便，在我国支护工程和基础工程中得到了广泛的应用。

现行规范gb50007-2011、gb50086-2015、gb50330-2013、jgj120-2012、cecs22：2005均对锚杆抗拔试验的试验方法、判稳标准等进行了较为明确的说明，但关于仪器设备的安装方法和技术要求各规范基本没有涉及。

规范dbj15-60-2008规定锚杆抗拔试验仪器设备的性能要求可参照单桩静载试验的仪器设备性能要求，但关于仪器设备的安装方法和技术要求存在一些尚未解决以及有待进一步探索的问题，例如加载反力装置的选择、基准梁、锚杆与支座(承压板)、基准桩之间距离关系等问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置，该装置使锚杆抗拔试验更具有可操作性和更强的工程实用性，提高了测试结果的准确性，降低了测试成本。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置，锚杆竖直设置，锚杆的下端伸入岩土层中，其特征在于：所述装置包括沿锚杆轴向方向自上而下依次设置的工具锚、穿心式千斤顶、垫板和主梁，所述装置还包括反力支座、位移测量仪表、基准桩和基准梁，所述的反力支座为两个，呈左右对称状分布，每个反力支座均纵向设置，两个反力支座均放置在垫层或地面上，所述的主梁横向设置，主梁承托在两个反力支座上，锚杆的上端自下而上依次从所述主梁的中心处、垫板、穿心式千斤顶和工具锚穿过，并且锚杆的顶端从工具锚伸出，工具锚夹紧锚杆，所述的基准桩和基准梁均位于主梁的下方，所述的基准桩成对设置，基准桩打入垫层或岩土层，基准梁架设在基准桩上，所述位移测量仪表的表座安装在基准梁上，所述锚杆在位于主梁与垫层或地面之间的杆体还设置有拔量测片，所述的拔量测片水平设置，并且拔量测片的上表面与位移测量仪表的表针相接触，所述穿心式千斤顶用于加载锚杆抗拔试验的载荷，所述的位移测量仪表用于测量锚杆的上拔量。

本发明的支座横梁反力装置是将反力支座设置在离锚杆一定距离处，将主梁横向设置在反力支座上，再在主梁上安装穿心式千斤顶，由主梁将荷载反力传至支座及其周围岩土层中去的一种加载反力装置，具有较高的可操作性和很强的工程实用性。

本发明中，所述工具锚通过夹片夹紧锚杆。

本发明中，所述锚杆由两根平行设置的钢筋组成，两根钢筋的中心线就是锚杆的中心线。

本发明中，所述的基准桩为四根，呈两两对称状设置，所述的基准梁为两条，每一条基准梁均架设在对称设置的一对基准桩上，所述的位移测量仪表也为两个，分别位于锚杆的左右两侧，呈对称状分布。

本发明中，所述位移测量仪表的表座为磁性座，表座磁吸在基准梁上。

本发明中，所述的拔量测片为钢片。

本发明中，所述两个反力支座内侧与内侧之间的距离s1≥4b且≥6d且;2.0m，其中，b为反力支座的宽度，d为锚杆的钻孔直径。

本发明中，每一根基准桩的中心与锚杆中心之间的距离s2;2.0m。

本发明中，每一根基准桩的中心与反力支座之间的最短距离s3≥1.5b且;2.0m，其中，b为反力支座的宽度。

本发明的目的之二是提供上述锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置的安装方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：上述锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置的安装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)、依次安装好基准桩、基准梁、反力支座、主梁、垫板、穿心式千斤顶、工具锚和位移测量仪表；

(2)、锚杆的上端自下而上依次从主梁的中心处、垫板、穿心式千斤顶和工具锚穿过，锚杆的轴线与工具锚、穿心式千斤顶的受压面相垂直；

(3)、将锚杆用工具锚锁定，并安放好位移测量仪表；

安装时保证：两个反力支座内侧与内侧之间的距离s1≥4b且≥6d且;2.0m，每一根基准桩的中心与锚杆中心之间的距离s2;2.0m，每一根基准桩(9)的中心与反力支座之间的最短距离s3≥1.5b且;2.0m，

其中，b为反力支座的宽度，d为锚杆的钻孔直径。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是土体竖向附加应力计算简图；

图4为采用本发明锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置在不同支座内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力与深度曲线，图中，横坐标表示土体竖向附加应力值，单位为千帕(kpa)，纵坐标z表示深度，这里深度是指自锚杆地面孔口所在的平面为基准面向下延伸的深度，单位为米(m)；

图5为采用本发明锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置在不同支座内侧净距条件下与锚杆中心点处地表位移的曲线图，图中，横坐标表示两个反力支座之间的净距，单位为米(m)，纵坐标表示地表位移，单位为毫米(mm)。

附图标记说明

1为锚杆，2为工具锚，3为穿心式千斤顶，4为垫板，5为主梁，6为反力支座，7为垫层，8为位移测量仪表，9为基准桩，10为基准梁，11为拔量测片。

具体实施方式

本发明锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置如图1、图2所示，锚杆1竖直设置，锚杆1的下端伸入岩土层中，该装置包括沿锚杆1轴向方向自上而下依次设置的工具锚2、穿心式千斤顶3、垫板4和主梁5，装置还包括反力支座6、位移测量仪表8、基准桩9和基准梁10。

反力支座6为两个，呈左右对称状分布，每个反力支座6均纵向设置，两个反力支座6均放置在垫层7上，主梁5横向设置，主梁5承托在两个反力支座6上，锚杆1的上端自下而上依次从主梁5的中心处、垫板4、穿心式千斤顶3和工具锚2穿过，并且锚杆1的顶端从工具锚2伸出，工具锚2通过夹片夹紧锚杆1，基准桩9和基准梁10均位于主梁5的下方，基准桩9成对设置，基准桩9打入垫层7，基准桩9也可以打入岩土层，基准梁10架设在基准桩9上，垫层7为喷射形成的混凝土面层。

位移测量仪表8的表座安装在基准梁10上，具体安装结构为：位移测量仪表8的表座为磁性座，表座磁吸在基准梁10上，锚杆1在位于主梁5与垫层7之间的杆体还设置有拔量测片11，拔量测片11也可以设置在锚杆1在位于主梁5与地面之间的杆体上，拔量测片11为钢片，拔量测片11水平设置，并且拔量测片11的上表面与位移测量仪表8的表针相接触，穿心式千斤顶3用于加载锚杆抗拔试验的载荷，位移测量仪表8用于测量锚杆1的上拔量。

本实施例中，锚杆1由两根平行设置的钢筋组成，两根钢筋的中心线就是锚杆1的中心线，锚杆1也可以采用一根钢筋或三根钢筋等，多根钢筋时，多根钢筋的中心线就是锚杆1的中心线。

基准桩9为四根，呈两两对称状设置，基准梁10为两条，每一条基准梁10均架设在对称设置的一对基准桩9上，位移测量仪表8也为两个，分别位于锚杆1的左右两侧，呈对称状分布。

本实施例中，两个反力支座6内侧与内侧之间的距离s1≥4b且≥6d且;2.0m，其中，b为反力支座的宽度，d为锚杆的钻孔直径；每一根基准桩9的中心与锚杆中心之间的距离s2;2.0m；每一根基准桩9的中心与反力支座之间的最短距离s3≥1.5b且;2.0m，其中，b为反力支座的宽度。

上述锚杆抗拔试验的支座横梁反力装置的安装方法，该方法包括如下步骤：

(1)、依次安装好基准桩9、基准梁10、反力支座6、主梁5、垫板4、穿心式千斤顶3、工具锚2和位移测量仪表8；

(2)、锚杆1的上端自下而上依次从主梁5的中心处、垫板4、穿心式千斤顶3和工具锚2穿过，锚杆1的轴线与工具锚2、穿心式千斤顶3的受压面相垂直；

(3)、将锚杆1用工具锚2锁定，并安放好位移测量仪表8；

安装时保证：两个反力支座6内侧与内侧之间的距离s1≥4b且≥6d且;2.0m，每一根基准桩9的中心与锚杆中心之间的距离s2;2.0m，每一根基准桩9的中心与反力支座之间的最短距离s3≥1.5b且;2.0m，

其中，b为反力支座的宽度，d为锚杆的钻孔直径。

支座地基弹性理论分析法

1885年布辛内斯克(j.boussinesq)用弹性理论推出了在半无限空间弹性体表面上作用有竖直集中力p时，在弹性体内任意点所引起的应力解析解，本发明的理论计算以此为依据。

现假定抗拔试验荷载为500kn，土体变形模量为30mpa，泊松比为0.25，计算反力支座宽度为1m条件下，不同支座内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力及地表位移。

土体竖向附加应力计算简图如图3所示，图中ghcd为矩形支座荷载面，m为锚杆中心点。根据布辛内斯克弹性理论解可知，m点以下任意深度z处的竖向附加应力为4个矩形基底(4个矩形基底分别为mfhb、mfga、mbce、made)对m点所产生的竖向附加应力之和，即：

σz＝(ks(mfhb)-ks(mfga)+ks(mbce)-ks(made))p

式中，p为ghcd矩形荷载面上的均布荷载(kpa)；ks分别为矩形mfhb、mfga、mbce、made的角点应力系数，可通过下式计算：

式中，其中l为矩形的长边，b为矩形的短边。

同样地，根据布辛内斯克弹性理论解可知，m点处的地表位移为：

s＝sm(mfhb)-sm(mfga)+sm(mbce)-sm(made)

式中，sm分别为矩形mfhb、mfga、mbce、made在m点处产生的地表位移，可通过下式计算：

式中，μ为土体泊松比；e0为土体变形模量。

考虑双边支座荷载，则锚杆中心点m下土体竖向附加应力与地表位移可分别按下式计算：

σz＝2(ks(mfhb)-ks(mfga)+ks(mbce)-ks(made))p

s＝2(sm(mfhb)-sm(mfga)+sm(mbce)-sm(made))

土体竖向附加应力计算结果如表1所示，根据表1的计算结果绘制的土体竖向附加应力与深度曲线图如图4所示。

表1：不同支座内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力

地表位移计算结果如表2所示，根据该计算结果绘制的反力支座内侧净距与地表位移对应曲线图如图5所示。

表2：不同支座内侧净距条件下锚杆中心点处地表位移

综合获得的不同支座内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力及地表位移一览表如表3所示。

表3：不同支座内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力及地表位移一览表

从表3可以看出，反力支座宽度1m条件下，当反力支座内侧与锚杆中心点之间的净距为2m时，即此时两反力支座间净距为4m，反力支座荷载在锚杆中心点处产生的土体最大竖向附加应力为7.2kpa，其与反力支座受均布荷载的比值为2.88％，产生的地表位移为2mm，影响较小，故在现场检测工作中可将两反力支座内侧净距确定为大于等于4b且大于2.0m。而通常锚杆的钻孔直径较小，所以确定两个反力支座内侧与内侧之间的距离s1≥4b且≥6d且;2.0m，其中，b为反力支座的宽度，d为锚杆的钻孔直径。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。