引言
文章比较长,建议先收藏或转发朋友圈留存后再细读。
属于强制性条文!!
总参工程兵科研三所的初步研究证实:优质砂浆锚杆的使用寿命高达 75~169年;而施工质量不良者的寿命降低到约 50年;质量不良且环境恶劣时其寿命仅剩下 20~25年[4]。
从现有资料来看,锚筋的腐蚀状态主要为坑蚀,其特点为蚀坑深浅不一,分布状态各不相同[5]。
因此,不能用平均腐蚀速率,而应该用最大蚀坑深度对应的腐蚀速率对锚杆腐蚀程度进行描述!!
压力型预应力锚杆
1、近两年内更新的相关规程,对普通锚杆的使用限制趋于严格:虽然仍可以用,只是对地基土的性状有所要求。《抗浮锚杆技术规程》 YB/T 4659-2018和GB50086-2015通过扣除锚固段长度来限制非预应力锚杆的应用;
2、近年抗浮锚杆工程事故调查结果显示,抗浮失效除抗浮设防水位确定过低外,主要原因是普遍使用的全粘结拉力型抗浮锚杆(即普通锚杆)注浆/灌浆施工质量缺陷造成,就目前的施工工艺很难保证其能满足抗浮功能要求,因此,通过裂缝控制的方式倡导使用压力型锚杆、预应力锚杆,即可规避工艺形成的隐患,又能满足承载性能,一定程度上也规避目前抗浮锚杆检测条件(水位下降前后的不同)和方法(单锚、群锚及其反力点位)的缺陷。——本意想提高对抗浮锚杆的要求,增加一道检验控制,某种层面上不推荐使用普通抗浮锚杆。
3、鉴于目前普通全粘结预应力锚杆施工质量控制较难保证,通过施加预应力增加一道检验关口,故引导大家选择预应力锚杆;
4、鉴于对全长粘结锚杆施工质量的担忧,倾向通过预应力的施加对锚杆进行全数检验。
5、该条款(第7.5.8条)针对压力型预应力抗浮锚杆最为合适。因为,压力型预应力抗浮锚杆在施加预应力后,抗浮锚杆变为主动型受力杆件,且锚杆注浆体全生命周期均处于受压动态,没有注浆体开裂而导致杆体锈蚀的顾虑。由该条款相关规定可知,压力型预应力抗浮锚杆所施加的预应力越接近抗浮锚杆抗拔承载力特征值,基础底板(防水板)上浮挠曲越小,且其抗裂和耐久性也越好。
从编制组的解释来看,担忧的重点在于现场的施工质量。
△ 某锚杆施工质量实例[9]
施工质量控制直接关系到锚杆的耐久性,目前业界对锚杆承载力检测最为重视,对锚固体的完整性检测要求不严。
以大家最为熟悉的桩基工程为例,其质量检测主要包括承载力检测和桩身完整性检测,两者均合格后方可进行验收。
普通锚杆杆径小,地质环境及养护条件复杂,成品质量主要取决于施工现场把控。
当前主流验收方案主要进行承载力验证,进行拉拔试验,以随机抽检为主,抽检比例不超过5%,确实难以预先揭示其施工质量全貌。
如编制组所说,可能我们只有等到项目投入使用并出现状况后,才能得知真实施工质量,这难免代价过大。
虽然现有推荐性规范JGJ/T 182-2009 《锚杆锚固质量无损检测技术规程》中给出了锚杆锚固体质量检测的具体方法,但由于种种原因,并未在工程界广泛应用。
而预应力锚杆,施工过程中必须对锚筋进行全数张拉和锁定。
编制组希望通过施加预应力来增加一道检测关口,对施工质量进行全数检测,可以说是当前工程现状下一种较为可行的折中方案。
考虑到这层目的,设计图纸中预应力锚杆的锁定值不适合定的太低。
深圳市工程建设标准SJG73—2020《岩土锚固技术标准》则给出了锁定值的取值原则。
锁定值不应小于锚杆抗拔承载力特征
综上可见,为了实现锚杆质量全数预检测的目标,盲目降低预应力锚杆张拉锁定荷载的方法并不可取。
直接限制普通锚杆应用于地下室抗浮工程
总则中规定,该规范适用于地下室结构抗浮工程。
具体条文中,仅有预应力锚杆可以用来进行结构抗浮,而普通锚杆不适用。
条文说明中直接要求,地下室结构抗浮工程均应采用预应力锚杆。
这本规范在实际工程中使用的人并不多,故上述限制要求虽早已有之,但并未引起大家的重视。
大白在以前文章中多次提到的YB/T 4659-2018《抗浮锚杆技术规程》(以下简称《锚杆规程》)中,虽未限制普通锚杆的使用,但对其极限抗拔承载力作出一定限制:
土层锚杆不应计入顶部4m锚固段的侧阻
《抗浮标准》延续了限制普通锚杆的编制思路,这是7.5.8条诞生的背景条件之一。
当然,还有其他重要原因,标准编制组并未在《抗浮标准》中写明。
这里面的一个重要原因是:
普通锚杆设计时普遍采用“裂缝验算控制法”或“预留腐蚀裕量法”作为防腐手段,已不被近些年的规范规程所接受。
《锚杆规程》4.3.4条条文说明中,对这两种方法进行了限制:
设计过普通预应力螺纹钢锚杆的朋友们肯定清楚,由于钢筋强度高应力大,采用传统裂缝计算方法根本无法满足裂缝宽度限值不超过0.2mm的要求。
若想使用普通预应力螺纹钢锚杆,又想同时规避裂缝控制问题,有的朋友想到借鉴钢管桩的“预留腐蚀裕量法”进行设计。
想通过提前考虑并牺牲部分锚筋厚度来保证普通锚杆的耐久性。
针对这种设计方法,《锚杆规程》也给出了针对性的限制:
前文提到,锚筋上的腐蚀以点腐蚀为主,分布不均匀、开展迅速且优先在局部凹穴或表面不规则处展开。
锚杆属于“一点溃而全局崩”的构件,考虑到存在这类点蚀时腐蚀裕量提供不了太大作用,故规程中不推荐其为有效防腐蚀措施。
此外,大白认为另一个重要原因是,现有规范标准中锚杆的防护措施要与国际标准相接轨。
根据规范组编制组调查,欧洲、英国、美国及日本与锚杆相关的技术标准主要有:
EN 1537:2013、EN 206-1:2013、BS 8081:1989、FHWA-IF-99-015、PTI DC35.1-14、JGS4101–2012等。
以欧洲标准化委员会 (CEN)出版的EN 1537:2013 《特种岩土工程的实施一锚杆》为例,其附录C中给出了永久锚杆的具体防护手段。
大白英文水平已然退化,借用文献[10]的总结,永久锚杆防腐蚀系统的总体要求应为:
永久锚杆的锚筋至少应有一层连续的设计使用年限内不会劣化的防腐材料包裹 。防腐体系应为一层物理防腐屏障 ,其完整性应得到现场试验逐条证实,除非另有规定 ;或者为双层防腐屏障 ,内层被外层保护以防在锚筋组装及安装过程中损伤。
大白个人觉得,普通锚杆防腐体系由于施工可行性、质量管控等一些问题(后文再讨论),被近些年的规范规程所限制也算情有可原。
那么,锚杆要如何设计才能达到系统性防护目标?
《抗浮标准》7.5.9条,给出了锚杆防腐设计的具体要求。
首先,根据具体环境作用等级,来确定锚杆的最低防腐等级。
特别提醒一点:
强腐蚀环境不应采用锚杆抗浮。
其次,防腐体系参考国外规范,采用物理防腐屏障法。
防腐等级Ⅰ级时应设置双层保护,Ⅱ级时不应低于单层保护。
防腐的最终目标及原则是:
把金属筋体完全装入不透水的保护层内以阻止环绕在锚杆周围的地下水及潮湿气体的侵入。
具体设计时,可以对照表7.5.9-2,判断锚头、自由段、粘结段的防腐措施是否满足基本防护要求。当然,更详细的做法也可参考标准的附录F。
可以看到,标准正文中并未提及普通锚杆的具体防护措施。
反观压力型预应力锚杆,由于生命周期中注浆体全截面受压,可认为是一道物理防腐屏障;无粘结钢绞线外设有塑料套管,也被认可为第二道防御屏障,因此自身可满足Ⅰ级防腐保护等级要求。
再次,锚杆与地下室结构底板连接部位的锚固节点也是防腐蚀措施容易遗漏的关键区域,必须保证其可靠性。
设计时注意参照下表,复核防水措施的道数是否足够以及有效。
现行标准的防腐措施相较以往规范已严格许多。
满足现行《抗浮标准》的普通锚杆(即全长粘结型锚杆)防腐蚀构造可在附录F中查得。
根据现有资料,环氧涂层的防护手段并非完全可靠。
主要问题有,制作、运输、安装及注浆等施工过程中,涂层容易受到损伤且不易被发觉 ;
锚杆钢筋表面应除锈清洁后,才能涂刷涂层,以现场涂敷为主,环氧涂层质量很难得到保证,经常未经厚度和完整性检验即投入使用。
说明防护质量仍主要取决于现场施工管控。
△ 实验室内Ⅱ级防腐锚杆锚筋腐蚀后外观[11]
二、Ⅰ级防腐等级锚杆必须外设波纹管进行物理防护。
也就是说,必须管内预先注浆后,再进行管外注浆。
△ 实验室内的Ⅰ级防腐锚杆[11]
△ 实验室内的Ⅰ、Ⅱ级防腐锚杆[11]
白色钢筋为带环氧树脂涂层
需要注意一点,《抗浮标准》条文中隐含认为,波纹管内注浆会在工厂或相当于工厂环境下预先注入(即预注浆),因此波纹管+管内注浆可满足两道物理屏障的要求。
但实际情况是,绝大多数情况下,注浆只会在施工现场实施。
为确保工程质量,建议Ⅰ级防腐锚杆参考《锚杆规程》中的条款,考虑现场施工的不确定性,采用:
在锚筋上增设环氧涂层,以波纹管+环氧涂层作为两道物理屏障。
当然,上述思路大部分仍然属于实验室研究或理论探讨阶段,鉴于我国锚杆的预制化程度低,国外规定拿来国内执行难免面临水土不服的情况。
因此,连《抗浮标准》在条文说明中也不得不承认:
普通锚杆Ⅰ级防腐构造经验不足,不应采用。
施工可行性也属于强制性条文!
待各层界面粘结强度值研究清楚后再用也不迟。
大白新设计的抗浮锚杆项目已采用压力型预应力锚杆,待后期现场施工后再跟大家分享一下设计心得。
最后轻松一点,跟大家分享下听到的三个小故事:
第一个故事:
有人认为,只要抗浮锚杆按压力型预应力锚杆进行构造,施工过程中不进行张拉也是没有问题的,这个做法满足《抗浮标准》的要求。
第二个故事:
某新型预应力锚杆承载力高,相较普通锚杆可大幅节约长度以及优化造价。
当被问及是否需要在地下室底板上张拉可能会存在渗漏隐患以及锚筋对中支架设置过疏的问题时,发明人认为无粘结段锚筋可不进行张拉直接浇筑在底板内,原因是张拉过程对杆周土层有干扰,会降低后期承载能力;有粘结段锚筋对不对中没太大关系。
第三个故事:
听某施工班组说,预应力锚杆设计图纸中张拉锁定值写那么高没用,现场施工时实际也就张拉个十几吨。
故事讲完了,大家细品,自行解读、理解和选择,斗智斗勇去吧。
参考文献
[1] 李铮, 汪波, 何川,等. 多重防腐锚杆抗腐蚀性试验研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(4):8.
[2] GAMBOA E, ATRENS A. Laboratory testing of rock boltstress corrosion cracking[C]//4th Underground CoalOperators Conference. [S. l.]: University of Wollongong&the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 2003:132-153.
[3] 吴德兴, 周书明, 王勇. DCP型多重防腐锚杆的研制及应用[J]. 公路隧道, 2011, 000(004):20-23.
[4] 曾宪明, 陈肇元, 王靖涛,等. 锚固类结构安全性与耐久性问题探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(13):2235-2235.
[5] 赵健, 冀文政, 肖玲,等. 锚杆耐久性现场试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(7):9.
[6] 邓德华, 黄海, 冯俊德. 武广客运专线边坡支护结构中锚固体抗腐蚀性的技术措施[J]. 铁道科学与工程学报, 2007, 4(3):6.
[7] 肖玲, 李世民, 曾宪明,等. 地下巷道支护锚杆腐蚀状况调查及力学性能测试[J]. 岩石力学与工程学报, 2008.
[8] 《建筑工程抗浮技术标准》JGJ 476-2019主要问题释义.《建筑工程抗浮技术标准》编制组, 2020.
[9] 《抗浮锚杆调查及几个重要技术问题讨论》.付文光, 2018.
[10] 付文光, 周凯, 任晓光. EN 1537:2013等规范中的锚杆防腐设计——欧洲目前主要锚杆技术标准简介之六[J]. 岩土锚固工程, 2015(1):9.
[11] 李铮, 汪波, 何川,等. 多重防腐锚杆抗腐蚀性试验研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(4):8.
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