CN117787020B - 一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于岩土锚杆或锚索锚固长度设计领域，具体涉及一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，包括步骤：收集前期现场勘察和设计资料，得到勘察阶段采集的基坑或边坡地层的关键参数；开展现场含水层渗透系数测试，得到开挖阶段的含水层渗透系数；开展现场岩土体强度测试，得到开挖阶段的地层岩土体强度；开展现场岩土体地层裂隙探测，统计开挖阶段岩土体裂隙长度；开展现场锚杆或锚索锚固力测试，获取开挖阶段锚固力随时间变化曲线，得到单位时间内锚固力衰减率；计算影响基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计的无量纲指标；采用指标加权系数计算所述锚杆或锚索锚固长度设计修正值，以对所述基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计进行修正。
Description
技术领域
本发明属于岩土锚杆或锚索锚固长度设计领域，具体涉及一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法。
背景技术
随着城市化进程飞速发展，市政建设正在逐渐向复杂化、综合化以及功能化方向提升，以基坑和边坡为基础的市政建设施工面临的地质条件和施工难题越来越多，如地层富水性、地层完整性以及施工周期等对锚杆或锚索支护影响严重。现有的锚杆或锚索支护参数设计以现行设计规范为依据，面对上述复杂条件时考虑较少，特别是锚杆或锚索锚固长度这一参数尤为重要，容易出现设计不足、支护失效，造成工程事故等危害。
当然也有通过其他方法设计锚杆或锚索锚固长度的技术，例如申请号为CN202211416984.2的发明中，公开了一种基于现场实测界面力学参数的锚杆锚固长度设计方法，步骤包括 S1 .工程现场测量锚固界面力学参数，通过拉拔试验得到短锚杆拉拔载荷与锚杆端头位移关系曲线；S2.计算锚固围岩间的相对位移量，确定锚固界面剪应力与位移关系曲线；S3.根据最大拉拔载荷求得锚固界面抗剪强度，计算界面轴向剪切刚度；S4 .将长锚杆拉拔视为n个短锚杆拉拔锚固单元组合的离散化模型，以锚杆屈服或破断时锚固界面刚好达到抗剪强度为条件，计算确定锚固长度。该专利对锚固长度的确定只是基于拉拔试验，缺少考虑地层、含水层以及施工周期等影响锚固使用的主要因素，导致锚杆锚固长度设计不准确。
目前基坑开挖施工阶段的稳定主要面临含水层降水、地层施工扰动等影响，现有的锚固长度设计缺少这些影响因素的考虑，这些因素均会导致锚杆或锚索锚固力降低、甚至脱锚等情况发生，降低锚杆或锚索支护效果，引起基坑稳定性破坏，因此，急需一种考虑上述因素的针对现有锚固长度设计改进的方法。
发明内容
本发明针对现有的锚杆或锚索锚固长度设计进行修正，提供一种综合考虑多种影响因素的适用于复杂条件下的岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
本发明的实施例提供了一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，包括以下步骤：
步骤1，收集前期现场勘察和设计资料，得到勘察阶段采集的基坑或边坡地层的关键参数；
步骤2，开展现场含水层渗透系数测试，得到基坑或边坡地层开挖阶段的含水层渗透系数D 2；
步骤3，开展现场岩土体强度测试，得到开挖阶段的地层岩土体强度σ 2；
步骤4，开展现场岩土体地层裂隙探测，统计开挖阶段的岩土体裂隙长度B 2；
步骤5，开展现场锚杆或锚索锚固力测试，获取开挖阶段的锚固力随时间变化曲线；
步骤6，计算所述影响基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计的无量纲指标；其中，所述无量纲指标包括：含水层渗透锚固偏移率η 1、土体强度锚固减少率η 2、地层裂隙锚固增加率η 3和施工周期锚固衰减率η 4；
步骤7，采用指标加权系数计算锚杆或锚索锚固长度设计修正值，以对所述基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计进行修正。
作为进一步的技术方案，在步骤2中，开挖阶段的含水层渗透系数D 2通过抽水试验获得静止水位、动水位水文参数，采用含水层稳定流计算渗透系数。
作为进一步的技术方案，在步骤3中，开挖阶段的地层岩土体强度σ 2测试采用静力触探方法获取，根据锚固加固范围，选取3~5个代表性的区域，求取平均值。
作为进一步的技术方案，在步骤1中所述的关键参数包括勘察阶段的含水层渗透系数D 1、勘察阶段的地层岩土体强度σ 1、勘察阶段的岩土体裂隙长度B 1、锚杆或锚索支护施工周期T、锚杆或锚索设计长度L、锚杆或锚索锚固力F、原始锚固设计长度Δ。
作为进一步的技术方案，在步骤6中，含水层渗透锚固偏移率η 1计算公式为：
。
作为进一步的技术方案，在步骤6中，土体强度锚固减少率η 2计算公式为
。
作为进一步的技术方案，在步骤6中，地层裂隙锚固增加率η 3计算公式为
。
作为进一步的技术方案，在步骤6中，施工周期锚固衰减率η 4计算公式为：
，其中F 1为锚固力测试初始值，t为测试时间，F 2为锚固力测试结束值。
作为进一步的技术方案，在步骤7中所述指标加权系数包括：含水层渗透锚固偏移率加权系数、土体强度锚固减少率加权系数、地层裂隙锚固增加率加权系数和施工周期锚固衰减率加权系数；基坑或边坡的锚杆或锚索锚固长度设计修正值Δ η计算公式为：；其中，α i表示各个指标加权系数，n=1~4，n为自然数，且∑α i=1；确定所述指标加权系数的公式如下：
。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
本发明提出的一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，相对于现有的锚固长度设计，综合考虑含水层、地层强度和完整性以及施工周期等对锚固失效影响的主要因素，更加科学合理。
本发明提出的一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，对现有的锚固长度设计进行改进，提高了锚固构件的支护潜力，对基坑或边坡的稳定性控制更加安全。
本发明的提出的岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，补充了基坑或边坡锚固长度设计方法，对后续复杂条件锚固长度的设计提供了指导。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明提出的岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法流程示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本实施例提出了一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，收集前期现场勘察和设计资料，得到勘察阶段采集的基坑或边坡地层的关键参数，具体包括勘察阶段的含水层渗透系数D 1、勘察阶段的地层岩土体强度σ 1、勘察阶段的岩土体裂隙长度B 1、锚杆或锚索支护施工周期T、锚杆或锚索设计长度L、锚杆或锚索锚固力F、原始锚固设计长度Δ等关键参数；
步骤2，开展现场含水层渗透系数测试，得到基坑或边坡地层开挖阶段的含水层渗透系数D 2；
步骤3，开展现场岩土体强度测试，得到开挖阶段的地层岩土体强度σ 2；
步骤4，开展现场岩土体地层裂隙探测，统计开挖阶段的岩土体裂隙长度B 2；
步骤5，开展现场锚杆或锚索锚固力测试，获取开挖阶段锚固力随时间变化曲线，得到锚固力测试初始值F 1和锚固力测试结束值F 2；
步骤6，计算所述影响基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计的无量纲指标；其中，所述无量纲指标包括：含水层渗透锚固偏移率、土体强度锚固减少率、地层裂隙锚固增加率和施工周期锚固衰减率；
步骤7，采用指标加权系数计算所述锚杆或锚索锚固长度设计修正值，以对所述基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计进行修正；其中，所述指标加权系数包括含水层渗透锚固偏移率加权系数、土体强度锚固减少率加权系数、地层裂隙锚固增加率加权系数和施工周期锚固衰减率加权系数。
作为进一步的技术方案，在步骤1中，基坑或边坡地层的含水层渗透系数通过抽水试验获得静止水位、动水位等水文参数，采用含水层稳定流计算渗透系数。举例说明如下：
试验布设一个抽水主孔、两个同层观测孔和一个潜水观测孔，主要针对砂层承压水进行抽水试验，各孔主要参数见表1。
表1 抽水孔、观测孔主要参数
共进行三个落程的抽水试验，各次降深分别为3.84m、8.02m和12.40m，出水量分别为347.54m3/d、591.36m3/d和899.04m3/d。具体观测方案如下：
抽水井水位观测：正式抽水试验开始后第0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各观测一次，以后每隔30min观测一次（当水位稳定后，延长至1小时观测1次），直到水位稳定。
观测井水位观测：正式抽水试验开始后第1、3、5、7、10、15、20、30、40、50、60min各观测一次，以后每隔30min观测一次。
恢复水位观测：抽水井在停抽后第0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各测一次，以后每30min测量一次，直到水位稳定；观测井为停抽后第1、3、5、7、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟各测一次，以后每隔30分钟观测一次，直至恢复。抽水试验各观测井降深见表2。
表2 抽水试验各观测井降深情况表（单位：m）
在上述统计的基础上，采用了多种计算方法对场地承压含水层进行了水文地质参数获取，主要结果见表3。
表3 推荐水文地质参数表
作为进一步的技术方案，在步骤1中，岩土体强度测试采用静力触探方法获取，根据锚固加固范围，选取3~5个代表性的区域，求取平均值。具体的，静力触探试验是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，量测其贯入阻力(包括锥头阻力和侧壁摩阻力或摩阻比)，并按其所受阻力的大小划分土层，确定土的工程性质。通过标准贯入试验成果分析，根据标准贯入试验击数标准值确定粉质粘土容许承载力为95～140kPa；根据标准贯入试验击数标准值确定粉砂、细砂容许承载力分别为210、240kPa。通过分析静力触探试验成果绘制的深度与锥头阻力的曲线形态，可有效地划分地基土体地层岩性。
作为进一步的技术方案，在步骤1中，岩土体地层裂隙采用钻孔电视探测。
作为进一步的技术方案，在步骤1中，锚杆或锚索锚固力F可根据拟设计基坑或边坡所需的锚固力大小，结合原始锚固设计长度Δ乘以地层锚固体界面粘结强度与锚固体界面表面面积进行验算确定；在步骤5中，现场锚杆或锚索锚固力测试可通过拉拔试验开展，具体可遵循以下步骤：①进行地层钻孔，并按设计要求进行锚杆或锚索在钻孔内锚固安装；②通过钻孔外侧对锚杆或锚索进行张拉，达到锚固力测试初始值F 1后停止加载，并进行保压测试；③记录某一时间段内锚固拉拔力的衰减，得到锚固力测试结束值F 2。
作为进一步的技术方案，在步骤6中，含水层渗透锚固偏移率η 1计算公式为
；D 1为勘察阶段的含水层渗透系数；D 2为开挖阶段的含水层渗透系数；
作为进一步的技术方案，在步骤6中，土体强度锚固减少率η 2计算公式为
；σ 1为勘察阶段的地层岩土体强度；σ 2为开挖阶段的地层岩土体强度；
作为进一步的技术方案，在步骤6中，地层裂隙锚固增加率η 3计算公式为
；B 2为开挖阶段的地层岩土体强度，B 1为勘察阶段的岩土体裂隙长度；L为锚杆或锚索设计长度；
作为进一步的技术方案，在步骤6中，施工周期锚固衰减率η 4获取方法步骤为：锚固力测试初始值为F 1，测试时间为t，锚固力测试结束值为F 2，计算公式为
；F为锚杆或锚索锚固力；T为锚杆或锚索支护施工周期；
作为进一步的技术方案，在步骤7中，基坑或边坡的锚杆或锚索锚固长度设计修正值Δ η计算公式为：
；
其中，α i表示各个指标加权系数（即分别表示含水层渗透锚固偏移率加权系数、土体强度锚固减少率加权系数、地层裂隙锚固增加率加权系数和施工周期锚固衰减率加权系数），n=1~4的自然数，且∑α i=1；Δ为原始锚固设计长度。
作为进一步的技术方案，按照公式：
，确定所述指标加权系数。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种岩土锚杆或锚索锚固长度的设计修正方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，收集前期现场勘察和设计资料，得到勘察阶段采集的基坑或边坡地层的关键参数；
步骤2，开展现场含水层渗透系数测试，得到基坑或边坡地层开挖阶段的含水层渗透系数D 2；
步骤3，开展现场岩土体强度测试，得到开挖阶段的地层岩土体强度σ 2；
步骤4，开展现场岩土体地层裂隙探测，统计开挖阶段的岩土体裂隙长度B 2；
步骤5，开展现场锚杆或锚索锚固力测试，获取开挖阶段锚固力随时间变化曲线；
步骤6，计算影响基坑或边坡锚杆或锚索锚固长度设计的无量纲指标；其中，所述无量纲指标包括：含水层渗透锚固偏移率η 1、土体强度锚固减少率η 2、地层裂隙锚固增加率η 3和施工周期锚固衰减率η 4；
步骤7，采用指标加权系数计算基坑或边坡的锚杆或锚索锚固长度设计修正值，以对锚杆或锚索锚固长度设计进行修正；
在步骤2中，开挖阶段的含水层渗透系数D 2通过抽水试验获得静止水位、动水位水文参数，采用含水层稳定流计算渗透系数；
在步骤3中，开挖阶段的地层岩土体强度σ 2测试采用静力触探方法获取，根据锚固加固范围，选取3~5个代表性的区域，求取平均值；
在步骤1中，所述的关键参数包括勘察阶段的含水层渗透系数D 1、勘察阶段的地层岩土体强度σ 1、勘察阶段的岩土体裂隙长度B 1、锚杆或锚索支护施工周期T、锚杆或锚索设计长度L、锚杆或锚索锚固力F、原始锚固设计长度Δ；
在步骤6中，含水层渗透锚固偏移率η 1计算公式为：
；
在步骤6中，土体强度锚固减少率η 2计算公式为：
；
在步骤6中，地层裂隙锚固增加率η 3计算公式为：
；
在步骤6中，施工周期锚固衰减率η 4计算公式为：
，其中F 1为锚固力测试初始值，t为测试时间，F 2为锚固力测试结束值；
在步骤7中所述指标加权系数包括含水层渗透锚固偏移率加权系数、土体强度锚固减少率加权系数、地层裂隙锚固增加率加权系数和施工周期锚固衰减率加权系数；
锚杆或锚索锚固长度设计修正值Δ η的计算公式为：；其中，α i表示各个指标加权系数，n=1~4，n为自然数，且∑α i=1；
确定所述指标加权系数的公式如下：
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