贾江柳 祝亮
大成科创基础建设股份有限公司 湖北省武汉市 433200
摘要：岩土工程所面临的是复杂的地质体，在特定的时间以及条件下，这些复杂的地质体会维持一种相对稳定的平衡状态。但是，这种相对的平衡状态会在外界条件发生改变的时候被打破。使用锚杆支护能够对土体有效的进行加固，同时更加易于控制其变形，以防岩土体出现塌陷等现象。抗浮锚杆是建筑工程地下结构抗浮措施之一，由于一些地区地下水位较高，房屋基础埋深较大，抗浮措施必不可少。玻璃纤维增强聚合物GFRP)由玻璃纤维作为增强材料、合成树脂作为基体材料共同组成。
关键词：玻璃纤维增强聚合物锚杆承载特征现场试验
前言：目前建筑施工中大多使用钢筋等金属抗浮锚杆，但是这些金属抗浮锚杆也或多或少的存在一些缺陷，如容易受到腐蚀。尤其是抗浮锚杆需长时间处于水下或干湿交替的区域，长时间经受浸泡，且环境密闭潮湿，除此之外，在沿海地区还会受到氯离子、硫酸根等离子的影响，因而使得金属抗浮锚杆更加容易被腐蚀，故而其长期作用下的安全性存在隐患，从而对建筑房屋的安全系数造成不利影响。
一、1GFRP 抗浮锚杆研究中存在的问题
近几年，国内外学者对GFRP 锚杆的研究日益增多，对GFRP 的承载特性、黏结性能与破坏机理、杆体应力分布及替代钢筋锚杆的可行性等也有相关的成果。但是其成果还具有一定局限性，无法完全推广到实际的工程应用中，针对目前众多学者对GFRP 抗浮锚杆的研究成果及现状，总结了以下几个方面的不足：
（1）因GFRP 材料的抗剪性能较差，在进行GFRP 抗浮锚杆拉拔试验时，需提前在加载段粘结套管进行保护，在锚杆杆体与套管之间填充粘结剂用以粘结杆体与套管，而不同的粘结剂对于最终试验结果的影响很大，如何选取一种合适的粘结剂成为了目前亟待解决的问题。（2）套筒灌胶式锚固方法其原理为依靠填充在锚杆杆体与套管之间的粘结剂所产生的粘结力与摩擦力作为抗拔力进行锚固，其优点在于能均分压力至杆体表面，防止锚固段杆体表面被破坏，而缺点在于在加载过程中锚杆杆体与套管之间会发生相对滑移。另一方面，对于套管的型号类型的选取也需做更进一步的研究。（3）在GFRP 抗浮锚杆中，因GFRP 锚杆抗剪和抗挤压强度较低，在进行拉拔试验时，如使用普通的锚具锚固更加易于使锚杆杆体遭到损坏，除了上述加套管措施外，希望寻求一种更加完善的锚固措施。（4）已有的研究表明，GFRP 抗浮锚杆较普通钢筋锚杆具有显著的优点，其替代钢筋锚杆是完全可行的，但国家或相关行业并没有制定一个成熟完善的技术标准体系，这大大制约着将GFRP 抗浮锚杆应用于建筑工程领域的步伐。
二、玻璃纤维增强聚合物锚杆承载特征现场试验
1. GFRP锚杆加固高边坡现场试验边坡条件。GFRP锚杆加固高边坡现场试验对象路堑高边坡。该段路堑边坡位于低LLI丘陵区，最大中心挖深50 m，最大边坡高度约为65 m。该边坡由第四系土层和下伏基岩组成，第四系土层为残坡积层黏土，下伏基岩为下古生界变质砂岩及印支期花岗闪长岩。该坡三级坡采用全长黏结式GFRP锚杆加固，锚杆长4 m。锚杆加固区内选取典型断面的10根锚杆分别进行应力和应变分布监测，其中，应力监测采用弦式锚杆应力计监测锚杆不同部位的应力，应变分布监测采用分布式光纤及BOTDR技术监测锚杆通体的变形特性。10根被监测锚杆中选取3根锚杆进行非破坏性循环荷载拉拔试验。每根锚杆布置3个锚杆应力监测点，分别监测锚杆孔口、中部和底部的应力，同时，锚杆在安装过程中通体附着分布式光纤，以监测锚杆通体的变形特性。反复试验加载系统由高压油泵、空心千斤顶及专用夹具组成。
为保证施加反复张拉荷载时的反力不影响试验成果的可靠性，试验中将千斤顶反力作用在刚性中空承载板上。
2.试验过程。(I)试验锚杆通体附着光纤在普通GFRP锚杆上沿轴向刻槽l mmx 1 mm，用丙酮将槽内污物清净，在槽内放入普通光纤，用环氧粘结。由于普通光纤性脆，环氧固结后，锚杆两端外露光纤需用波纹管保护，防止现场安装过程损伤光纤。(2)锚杆上定点安装应力计在附着光纤的锚杆上定点安装锚杆应力计，应力计使用基康并列绑扎在锚杆上。(3)试验锚杆安装及灌浆试验锚杆由试验人员单独安装，安装过程控制光纤和锚杆应力计导线安全，同时注意安装锚杆支架，采用孔底返浆及补灌方式灌浆，保证杆体及应力计处于浆体中部。(4)测试过程试验前先对承载板承载面进行整平处理，并与锚杆垂直。保证试验过程中荷载作用方向与锚杆平行，即为轴向张拉。试验设备安装包括加载设备和测量设备安装。空心千斤顶安装前先在承载面(混凝土框架梁)与千斤项之间安装刚性承载垫板，安装上空心千斤项后用不同厚度的钢板调整承载钢板，使千斤顶与锚杆同轴。连接千斤顶的进、回油管，并在试验前预加荷载检验加载设备安装是否满足要求，必要时进行调整.
3.试验结果及分析。一是杆体应力影响深度。本次试验所用锚杆测力计是姊妹杆应变计，按同步变形原理测量锚杆应变状况。应变计截面直径为12 mm，锚杆螺纹直径为32 mm，钻孔直径为1 10 mm。应变计弹性模量约为200 GPa，GFRP螺纹杆、砂浆胶结体弹性模量为30～40 GPa，两者差别较大。按照应变相等条件比较应变计和砂浆体的应力大小，约为5倍关系，由于面积影响其分担荷载约为1／20。为计算方便不考虑其分载作用，用应变计测定的应变数据换算锚杆应力，锚杆的实际应力比该值略大。锚杆杆体大部分轴力集中于地面以下0～3 m 范围内，3 m 以下深度范围内杆体轴力所占比例较小。说明GFRP锚杆杆体轴力不是沿深度平均分配，也不是在整个锚固体内完全发挥，而是沿深度逐渐向下传递。当荷载较小时，杆体上部受力加大；随着荷载的逐渐增大，杆体轴力向下逐渐传递直至破坏。GFRP 抗浮锚杆剪应力分布规律区别于钢筋抗浮锚杆剪应力分布规律的重要特征在于剪应力峰值出现位置的不同。二是荷载循环对杆体应力分布的影响。2次加荷过程中0．65 m处锚杆应力的变化：第1次循环加荷阶段，锚杆应力随荷载增加而增大，应力呈抛物线规律增加；第1次循环卸荷阶段，锚杆应力随荷载的减小而减小，该点处锚杆应力减小明显滞后，应力呈非线性变化，荷载减小到0时，该点处还有大约2 MPa的残余应力，出现这种情况是由于锚杆、锚杆与黏结砂浆界面以及黏结砂浆三者之间的变形不协调造成的；第2次循环加荷阶段锚杆应力随荷载增加呈线弹性增长，与第1次加荷过程比较，扣除残余应力影响，小于60kN荷载情况锚杆对应的应力值均有所增加。荷载作用下GFRP 抗浮锚杆锚头上拔量逐渐增大，呈缓变型，1#～4#锚杆锚头位移均无突变现象。与笔者前期进行的中风化岩地区金属锚杆抗拔试验破坏形态不同，GFRP 抗浮锚杆破坏无明显弹性及塑性阶段，原因在于GFRP 筋材具有良好的抗拉性能，但抗剪性能较差，其基体材料具有脆性，抗压、抗剪性能均不好。GFRP 筋材表面的剪力是由基体材料传递的，难以发挥GFRP 筋材的抗拉性能高的特点，其破坏形态由最大剪应力控制，以剪切破坏为主。金属锚杆极限抗拔力判别标准，各规范均没有明确规定。建议取值方法较为合理，取值标准为：锚头位移及对应荷载取10～20 mm范围内的低值。
结束语：随深度增加应力增加幅度变小，浅部应力增加符合抛物线规律，深部增加幅度趋缓，过渡为线性规律。应力的弹性理论值随荷载线性变化，在荷载较小时和实际符合较好，随荷载及加荷次数的增加理论值误差越大。
参考文献：
[1] 白晓宇,张明义,刘鹤,等. 风化岩地基全螺纹玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆承载特征现场试验[J]. 岩土力学,2018,35(9):2464-2472.
[2] 白晓宇,张明义,闫楠. 两种不同材质抗浮锚杆锚固性能的现场对比试验研究与机理分析[J]. 土木工程学报,2015,48(8):38-46.