從幾種規(guī)范來全長粘結(jié)巖石錨桿承載力的計(jì)算

從幾種規(guī)范來探討全長粘結(jié)巖石錨桿承載力的計(jì)算1、引言錨桿是巖土工程中常見的工程處理措施，在建筑、水利、公路、鐵道、港口等巖土工程中經(jīng)常使用，其中全長粘結(jié)巖石錨桿是常見的一種錨桿形式。為規(guī)范錨桿工程的設(shè)計(jì)，建筑、公路、鐵道、水利等行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范對錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)算作了相關(guān)的規(guī)定。但由于各規(guī)范的出發(fā)點(diǎn)不同，對錨桿計(jì)算的內(nèi)容和要求也不盡相同。本文試從現(xiàn)行各規(guī)范對全長粘結(jié)巖石錨桿計(jì)算的規(guī)定出發(fā)，對比分析各行業(yè)對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力驗(yàn)算的要求，總結(jié)全長粘結(jié)巖石錨桿承載力驗(yàn)算的一般規(guī)定，并進(jìn)一步探討全長粘結(jié)巖石錨桿承載力驗(yàn)算的一般方法。2、各種規(guī)范對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算的規(guī)定：對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算在很多規(guī)范中均有規(guī)定，筆者摘錄如下：（1）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2002）8.6.3條：對設(shè)計(jì)等級為甲級的建筑物，單根錨筋承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定；對于其它建筑物可按下式計(jì)算：……………（8.6.3）式中：—砂漿與巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度特征值；—錨桿孔直徑；—錨桿的有效錨固長度；（2）、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002）7.2.2條～7.2.3條：錨桿鋼筋截面面積應(yīng)滿足下式的要求：……………（7.2.2）錨筋錨固體與地層的錨固長度應(yīng)滿足下式要求：……………（7.2.3）錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度應(yīng)滿足下式要求：……………（7.2.4）式中：—錨桿鋼筋截面面積；—邊坡工程重要性系數(shù)；—錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；—錨筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取為0.69，臨時性錨桿取為0.92?！^筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—錨固段長度；—錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值；—錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)，對永久性錨桿取1.00，對臨時性錨桿取1.33；—地層與錨固體強(qiáng)度特征值；—錨筋與砂漿粘結(jié)工作條件系數(shù)，對永久性錨桿取0.6，對臨時性錨桿取0.72；—鋼筋（鋼鉸線）根數(shù)；—鋼桿鋼筋直徑；—鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；（3）、《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJD30—2004）5.5.7條：全長粘結(jié)型錨桿設(shè)計(jì)應(yīng)遵守下列規(guī)定：a、錨桿應(yīng)按軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)，其所需錨筋面積應(yīng)按（5.5.7—1）計(jì)算：……………（5.5.7—1）式中：K—荷載安全系數(shù)，可采用2.0；—錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；b、錨桿長度包括非錨固長度和有效錨固長度。非錨固長度應(yīng)根據(jù)邊坡滑裂面的實(shí)際距離確定。有效錨固長度應(yīng)根據(jù)錨桿的拉力，按公式（5.5.7—2）計(jì)算，對采用粘結(jié)料的粘結(jié)型錨桿，還應(yīng)根據(jù)公式（5.5.7—3）驗(yàn)算錨桿與粘結(jié)料間的容許粘結(jié)力。有效錨固長度不宜小于2.0m，也不宜大于10.0m?！?.5.7—2）…………（5.5.7—3）式中：—錨桿有效錨固長度；—安全系數(shù)，可采用2.5；—錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；—錨孔直徑；—錨桿鋼筋直徑；—考慮成束鋼筋系數(shù)，對于單根鋼筋=1.0，兩根一束=0.85，三根一束=0.7。（4）、《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10025—2001J127—2001）6.2.6條：錨桿的截面及長度應(yīng)按下列規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算：a、錨桿應(yīng)按軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)，其所需鋼筋面積，應(yīng)按下式計(jì)算：…………（6.2.6—1）式中：—荷載安全系數(shù)，可采用2.0；—錨桿軸向拉力；b、錨桿長度包括非錨固長度和有效錨固長度。非錨固長度應(yīng)根據(jù)肋柱與主動破裂角或滑動面的實(shí)際距離確定。有效錨固長度應(yīng)根據(jù)錨桿的拉力，按式（6.2.6—2）計(jì)算，并按式(6.2.6—4)驗(yàn)算錨桿與砂漿之間的容許粘結(jié)力。有效錨固長度，在巖層中不宜小于4.0m，但也不宜大于10m?！?.2.6—2）…………（6.2.6—3）…………（6.2.6—4）式中：—錨孔孔徑；—錨孔壁對砂漿的容許剪應(yīng)力；—錨孔壁對砂漿的極限剪應(yīng)力；—安全系數(shù)，可采用2.5；—錨桿鋼筋根數(shù)；—錨桿鋼筋直徑；—砂漿與錨桿間的容許粘結(jié)力；（5）、《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL2003—2000）附錄C10：錨固地基的有效重可按下列公式計(jì)算：…………（C.10—1）…………（C.10—2）式中：—錨固地基的有效重量；—巖石浮容重；—n根鋼筋護(hù)坦的計(jì)算面積；—錨固地基的有效深度；—鋼筋直徑；—錨筋間距；—錨筋錨入巖石的深度；3、各行業(yè)規(guī)范中對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算規(guī)定的對比上述五種規(guī)范對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算的規(guī)定主要是依據(jù)鋼筋承載力、鋼筋與砂漿的粘結(jié)力、砂漿與巖體間的粘結(jié)力、錨固地基的有效重四個方面來確定的，詳見表1。五種規(guī)范對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力驗(yàn)算規(guī)定匯總表表1規(guī)范編號鋼筋承載力鋼筋與砂漿的粘粘結(jié)力砂漿與巖體間的的粘結(jié)力錨固地基的有效效重備注GB500077—20022需驗(yàn)算GB503300—20022需驗(yàn)算需驗(yàn)算需驗(yàn)算可靠度設(shè)計(jì)JTJD300—20044需驗(yàn)算需驗(yàn)算需驗(yàn)算安全系數(shù)法TB100255—20011J127—20001需驗(yàn)算需驗(yàn)算需驗(yàn)算安全系數(shù)法SL2003——20000有計(jì)算要求，但但未給出具具體計(jì)算公公式需驗(yàn)算《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》、《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對于全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算的規(guī)定是針對于不穩(wěn)定巖石邊坡的加固處理，需驗(yàn)算鋼筋承載力、鋼筋與砂漿的粘結(jié)力、砂漿與巖體間的粘結(jié)力。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》則是通過錨桿的作用由巖體向建筑物提供拉力；《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》指出應(yīng)驗(yàn)算砂漿與巖體間的粘結(jié)力，對設(shè)計(jì)等級為甲級的建筑物還應(yīng)通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定；《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》則在4.1.5條指出，設(shè)置錨筋時應(yīng)經(jīng)計(jì)算并參照類似工程經(jīng)驗(yàn)確定，必要時應(yīng)進(jìn)行錨筋抗拔試驗(yàn)，此外還給出了錨固地基的有效重的具體公式。4、對全長粘結(jié)巖石錨桿承載力計(jì)算的進(jìn)一步探討對于巖石邊坡的錨桿加固處理，錨桿、巖體及其它加固體共同形成整體結(jié)構(gòu)體，由于內(nèi)力的平衡作用，不存在結(jié)構(gòu)體整體向上拔出的問題，故只需驗(yàn)算鋼筋承載力、鋼筋與砂漿的粘結(jié)力、砂漿與巖體間的粘結(jié)力。對于建筑物與地基基礎(chǔ)連接的錨桿，往往需要將建筑部傳來的局部拉力傳遞給地基，不僅可能發(fā)生鋼筋斷裂、砂漿沿鋼筋表面剪切破壞、砂漿和巖體之間剪切破壞的情況，還可以發(fā)生錨桿連同錨固著的破碎巖體一起整體拔出破壞的特殊形式，因此對于完整性較差巖體上的錨桿除應(yīng)驗(yàn)算鋼筋承載力、鋼筋與砂漿的粘結(jié)力、砂漿與巖體間的粘結(jié)力外，還應(yīng)驗(yàn)算錨固地基的有效重?！兑绾榈涝O(shè)計(jì)規(guī)范》給出了一個計(jì)算錨固地基的有效重的公式，但這個公式僅能計(jì)算密集錨桿群錨固的有效重，不能計(jì)算疏松錨桿群和單根錨桿錨固的有效重，同時該公式也沒有考慮錨桿群布置方式對錨固有效重的影響，精度較低。對于單根錨桿錨固地基的有效重，筆者建議按下式計(jì)算：式中：—巖石容重，水下為浮容重，水上為濕容重；對錨桿群的錨固地基有效重，筆者建議按下式計(jì)算：形成密集錨桿群時（即）：形成疏松錨桿群時（）：式中：—系數(shù)，錨桿群正方形布置為0.376，正三角形布置為0.348；—錨筋根數(shù)；—系數(shù)，錨桿群正方形布置為0.564，正三角形布置為0.522；5、結(jié)語全長粘結(jié)巖石錨桿在巖土工程中應(yīng)用十分廣泛，對于不