CN107476358A - 锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置及其安装方法，该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、支撑凳、基准桩、基准梁和位移测量仪表，支撑凳由凳面以及与凳面垂直设置的两只凳脚组成，垫板承托在凳面上，锚杆的上端自下而上依次从所述支撑凳的中心处、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，基准桩打入喷射混凝土面层或岩土层，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，锚杆在位于凳面与喷射混凝土面层或岩土层之间的杆体还设置有拔量测片，拔量测片的上表面与位移测量仪表的表针相接触。本发明同时公开了支撑凳式反力装置的安装方法。
Description
技术领域
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撑凳式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、锚杆与支撑凳(承压板)、基准桩之间距离关系等问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，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：锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，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、垫板和支撑凳，所述装置还包括基准桩、基准梁和位移测量仪表，所述的支撑凳由凳面以及与凳面垂直设置的两只凳脚组成，凳脚放置在喷射混凝土面层或岩土层上，垫板承托在凳面上，锚杆的上端自下而上依次从所述支撑凳的中心处、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凳面的下方，基准桩打入喷射混凝土面层或岩土层，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，所述锚杆在位于凳面与喷射混凝土面层或岩土层之间的杆体还设置有拔量测片，所述的拔量测片垂直杆体设置，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。
本发明的支撑凳式反力装置采用支撑凳，将支撑凳设置在离锚杆一定距离处，再在支撑凳上安装穿心式千斤顶，由支撑凳将荷载反力传至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，所述的拔量测片为钢片。
本发明中，所述两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，其中，d为锚杆的钻孔直径。
本发明中，所述基准桩的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m。
本发明中，所述基准桩的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，其中，B为凳脚的宽度。
本发明的目的之二是提供上述锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置的安装方法，该方法操作简单方便。
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撑凳式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、支撑凳、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所述支撑凳的中心处、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：两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，基准桩的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m，每一根基准桩的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，
其中，d为锚杆的钻孔直径，B为凳脚的宽度。
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撑凳式反力装置的整体结构示意图；
图2是图1的正视图；
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撑凳式反力装置在不同支撑凳内侧净距条件下锚杆中心点下的土体竖向附加应力随深度变化的分布曲线，
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孔口所在的平面为基准面向下垂直延伸的深度，单位为米(m)；
图5为采用本发明锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置在不同支撑凳内侧净距条件下锚杆中心点处地表位移的曲线图，
图中，横坐标表示两个支撑凳之间的净距，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为支撑凳，
51为凳面，52为凳脚，6为喷射混凝土面层，7为基准桩，
8为基准梁，9为位移测量仪表，10为拔量测片。
具体实施方式
本发明锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置如图1、图2所示，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和支撑凳5，装置还包括基准桩、基准梁8和位移测量仪表9。
支撑凳5由凳面51以及与凳面51垂直设置的两只凳脚52组成，凳脚52放置在喷射混凝土面层6，可以放置在岩土层上，垫板4承托在凳面51上，锚杆1的上端自下而上依次从支撑凳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7和基准梁8均位于凳面51的下方，基准桩7为一根，基准梁8为一条，基准桩7打入喷射混凝土面层6，基准梁8架设在基准桩7上。
位移测量仪表9的表座安装在基准梁8上，锚杆1在位于凳面51与喷射混凝土面层6之间的杆体还设置有拔量测片10，拔量测片10为钢片，拔量测片10垂直杆体设置，并且拔量测片10的上表面与位移测量仪表9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9用于测量锚杆1的上拔量，上拔量通过仪表显示出来。
本实施例中，位移测量仪表9的表座为磁性座，表座磁吸在基准梁8上，两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，其中，d为锚杆的钻孔直径。
基准桩7的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m。
每一根基准桩7的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，其中，B为凳脚的宽度。
上述锚杆抗拔试验的支撑凳式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7、基准梁8、支撑凳5、垫板4、穿心式千斤顶3、工具锚2和位移测量仪表9；
(2)、锚杆1的上端自下而上依次从支撑凳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9；
安装时保证：两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，基准桩7的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m，每一根基准桩7的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，
其中，d为锚杆的钻孔直径，B为凳脚的宽度。
支撑凳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。
土体竖向附加应力计算简如图3所示，图3中ghcd为矩形支撑凳荷载面，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(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。
考虑双边支撑凳荷载，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))
现假定静载试验荷载为50kN，土体变形模量为30MPa，泊松比为0.25，针对现场常用的土钉类型钢花管(直径约d＝15cm)，计算不同支撑凳内侧净距条件下的锚杆中心点下土体竖向附加应力及地表位移。
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随深度变化的分布曲线图如图4所示。
表1：不同支撑凳内侧净距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支撑凳内侧净距与地表位移对应曲线图如图5所示。
表2：不同支撑凳内侧净距条件下锚杆中心点处地表位移
表3：综合获得的不同支撑凳内侧净距锚杆中心点下的土体竖向附加应力及地表位移一览表
本实施例中，支撑凳内侧净距就是指两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1。
从表3可以看出，当支撑凳内侧净距为0.45m时(土钉直径为d，即3d)，支撑凳荷载在锚杆中心点处产生的土体最大竖向附加应力为42.44kPa，其与支撑凳荷载比值为7.64％，产生的地表位移为1.62mm，影响较小，故在现场检测工作中可将两支撑凳内侧净距初步确定为大于等于3d。
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。
Claims (7)
1.锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，锚杆(1)的下端伸入岩土层中，其特征在于：所述装置包括沿锚杆(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)和支撑凳(5)，所述装置还包括基准桩(7)、基准梁(8)和位移测量仪表(9)，所述的支撑凳(5)由凳面(51)以及与凳面(51)垂直设置的两只凳脚(52)组成，凳脚(52)放置在喷射混凝土面层(6)或岩土层上，垫板(4)承托在凳面(51)上，锚杆(1)的上端自下而上依次从所述支撑凳(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)夹紧锚杆(1)，所述的基准桩(7)和基准梁(8)均位于凳面(51)的下方，基准桩(7)打入喷射混凝土面层(6)或岩土层，基准梁(8)架设在基准桩(7)上，所述位移测量仪表(9)的表座安装在基准梁(8)上，所述锚杆(1)在位于凳面(51)与喷射混凝土面层(6)或岩土层之间的杆体还设置有拔量测片(10)，所述的拔量测片(10)垂直杆体设置，并且拔量测片(10)的上表面与位移测量仪表(9)的表针相接触，所述穿心式千斤顶(3)用于加载锚杆抗拔试验的载荷，所述的位移测量仪表(9)用于测量锚杆(1)的上拔量。
2.根据权利要求1所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，其特征在于：所述工具锚(2)通过夹片夹紧锚杆(1)。
3.根据权利要求1所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，其特征在于：所述的拔量测片(10)为钢片。
4.根据权利要求1所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，其特征在于：所述两只凳脚(52)内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，其中，d为锚杆的钻孔直径。
5.根据权利要求1所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，其特征在于：所述基准桩(7)的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m。
6.根据权利要求1所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式反力装置，其特征在于：所述基准桩(7)的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，其中，B为凳脚的宽度。
7.上述权利要求1至6任一项所述的锚杆抗拔试验的支撑凳式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(7)、基准梁(8)、支撑凳(5)、垫板(4)、穿心式千斤顶(3)、工具锚(2)和位移测量仪表(9)；
(2)、锚杆(1)的上端自下而上依次从所述支撑凳(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(9)；
安装时保证：两只凳脚内侧与内侧之间的距离S1≥3.0d，基准桩(7)的中心与锚杆中心之间的距离S2>1.0m，每一根基准桩(7)的中心与凳脚之间的最短距离S3≥1B且>1.0m，
其中，d为锚杆的钻孔直径，B为凳脚的宽度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171215 |
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