顾炜 陈龙海 燕立群

摘 要：以秦淮河航道整治工程为背景，对分散压缩型锚索和囊式扩体锚索的受力性能和变形特性进行对比研究。试验结果表明，对于相同长度的锚索，囊式扩体锚索承载能力更高，在软土地区施工质量更可靠。囊式扩体锚索在航道整治工程中具有广阔的应用前景。

关键词：囊式扩体锚索;航道工程;分散压缩型锚索;试验

中图分类号：U61             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0087-03

河道两侧岸坡支护是航道整治工程中的重要组成部分，对于保障航道工程的结构安全起到至关重要的作用，也要求挡墙与绿化等环境的完美融合，传统的岸坡支护结构以重力式挡墙最为常见[1]。但当现场不具备大放坡、深开挖的施工条件，通常采用桩（墙）+拉锚的形式进行岸坡支护。鉴于永久工程耐久性要求，锚索需设计成压力型锚索。本文通过工程锚索的原位试验研究两种压力型锚索的受力性能。

1 两种压力型锚索设计原理

分散压缩型锚索，将集中力分散为若干个较小的力分别作用于长度较小的锚固段，锚固段上的粘结应力大大减小，且分布也较均匀，与荷载集中型的粘结应力分布特征有重大差异，能最大限度地调用锚索整个锚固范围内的地层强度。理论上这种锚固系统的整个锚固长度是没有限制的，锚索承载力可随固定长度的增加而提高。锚索的抗拔承载力主要由锚固段注浆体与地层间极限粘结强度提供[2]。

囊式扩体锚索采用机械铰刀或高压喷射等方法在锚孔底部对岩土体进行切割扩孔与注浆，向锚孔内安放带有膨胀擠压筒的锚索杆体，并通过对囊袋进行水泥浆定量有压注浆，形成底部具有大直径锚固段的锚索。囊式扩体锚索通过内锚头构造的不同可设计成压力型锚索，是扩大头锚索的一种衍生[3]。扩体锚索抗拔力由扩体锚固段端承力及两个锚固段的侧阻力共同构成，锚固段极限端阻力约占锚索极限抗拔承载力的60%～80%，充分利用了地层的固有性质，单锚承载力普遍高于传统锚索[4]。

理论上，囊式扩体锚索在相同的设计参数下，承载力高于普通的分散压缩型锚索，其差异主要由以下两方面组成：①扩体段的端承效应;② 扩体段直径增大，侧摩阻力增加，其中，扩体锚固段端承效应是主要影响因素[5，6]。

2 项目背景

本工程为秦淮河（溧水石臼湖～江宁彭福段）航道整治工程的一部分，标段所处地段为溧马高速桥航道，河道总长48m。

2.1 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，该段航道两岸边坡地层见表1。

总体上，1-2淤泥质粉质粘土层为软弱土层，对护岸结构，尤其是锚索抗拔承载力的影响较大;该土层左岸揭露厚度较大，右岸揭露厚度较薄。

2.2 项目难点

本航段航道两岸边坡距离溧马高速桥主桥墩较近，不仅河道宽度受限，稍有不慎，将影响溧马高速桥的正常通行，且左岸场地范围内1-2淤泥质粉质粘土层较厚，对边坡稳定存在不利影响。因此，该段航道边坡采用常规的刚性挡墙结构已不能满足现状的需要，必须采取有效的围护结构进行岸坡防护，再进行平地开河。

设计采用U型钢板桩+胸墙+锚索的支护方案，典型航道边坡支护剖面图见图1。左岸采用囊式扩体锚索，右岸采用分散压缩型锚索，并在工程建设中开展原位对比试验研究。

3 试验方案

现场试验针对囊式扩大头锚索和分散压缩型锚索的受力性能和变形特性进行对比研究。试验锚索利用工程锚索，为非破坏性试验。试验锚索设计参数如表2所示，包括三类锚索：第一类（编号LK32、LK33、LK34）是22m长的分散压缩型锚索;第二类（编号LK20、LK21、LK22）是22m长的囊式扩大头锚索;第三类（编号LK1、LK2、LK3）是30m长的分散压缩型锚索。锚索倾角均为20°，锚索杆体均采用4束无粘结型钢绞线（1×7标准型-15.2-1860-II）。

试验采用多循环加卸载试验方法，最大试验荷载约为锚索轴向拉力特征值的1.3倍，第一组锚索最大试验荷载295kN，第二组锚索最大试验荷载400kN，第三组锚索最大试验荷载475kN。试验施加至最大试验荷载即结束试验。

4 试验结果分析

试验得到各锚索的荷载-位移曲线（），如图2～5，由试验结果，各组锚索均能满足设计承载力要求。

对比图2和图4，相同长度的分散压缩型锚索和囊式扩大头锚索弹性位移曲线基本一致，这是因为锚索的弹性位移主要是由钢绞线的弹性变形引起的，在锚索自由段长度和杆体配筋相同的情况下，锚索的弹性位移基本一致;在试验荷载下，两种锚索的荷载位移曲线单调上升，处于弹性工作状态，说明在锚索抗拔承载力设计值的荷载作用下，锚索的工作性能是安全可靠的;但对于相同长度的锚索，囊式扩大头锚索获得的抗拔承载力远远大于传统的分散压缩型锚索。

对比图3和图5，在锚索抗拔承载力设计值基本一致时，分散压缩型锚索普遍大于囊式扩大头锚索产生的位移，这是由于锚索锚固段越长，荷载由锚固段顶端向底端逐渐传递过程中产生的塑性位移越大;30m长的分散压缩型锚索的数据离散性远大于20m长的囊式扩大头锚索，这是因为锚索成孔深度越深，成孔质量及注浆饱满度都难以控制，尤其是当锚索穿越较厚的淤泥质土层时，成孔质量的更难控制。

5 结论

通过分散压缩型锚索和囊式扩大头锚索的原位对比试验证明：

（1）囊式扩体锚索作为一种新的施工工法，锚索施工时对囊袋进行水泥浆定量有压注浆，施工质量更可靠;在相同的锚固段长度下，获得的抗拔承载力远远大于传统的分散压缩型锚索;

（2）增加分散压缩型锚索的锚固段长度，可获得较高的抗拔承载力，但同时也导致锚索位移大幅度增大，给锚拉式支挡结构的位移控制带来困难，无法满足工程结构对位移的要求;且因为锚索长度过长，在土中成孔质量和注浆质量往往无法保障，锚索承载力的不确定因素加大，为永久工程埋下安全隐患。

如何实现锚索可靠的施工质量，获得较高的承载能力和变形控制能力是锚索设计重点关注的问题。工程中由于场地限制等因素，往往不能采用加长锚索锚固段长度获得较高承载力。因此，囊式扩体锚索具有广阔的应用前景和重要的推广价值。

参考文献：

[1]陈新泉.钢管模袋挤密桩新型复合结构在河道整治中的应用研究[J]. 水利建设与管理， 2018，38（7）： 34-39.

[2] 中国工程建设标准化协会标准.《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22-2005）[S].北京：中国计划出版社，2015.

[3]刘钟，张楚福，等.囊式扩体锚杆在宁波地区的足尺试验研究[C]//第二十七次全国岩土锚固工程技术研讨会论文集，成都：[人民交通出版社股份有限公司]，2018：61-72.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T282—2012 高压喷射扩大头锚杆技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]邹思源.扩大头锚索在深基坑支护工程中的应用[J].建筑施工，2010，32（11）：1116-1119.

[6]黄小平，平扬，张梁.扩大头锚索在某复杂环境下深基坑支护工程中的应用[J].中国农村水利水电，2013（06）：139-140+144.