锚杆杆体持有荷载的检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种锚杆的检测设备和方法，具体是指锚杆杆体持有荷载的检测装置及检测方法。

背景技术：

预应力锚杆作为一种既能充分挖掘岩土自身强度，发挥其承载能力，又能大大减轻结构自重，节约工程材料的受拉杆件，以其能在充分确保施工安全与工程稳定的同时，又能取得显著的经济效益等优点，在我国支护工程中得到了广泛的应用。

现有技术中已竣工锚杆结构的结构如图1所示，包括锚杆1、支档结构2、腰梁3、垫板4和工作锚5，支档结构2竖直向上设置，与水平面相垂直，锚杆1包括锚杆自由段11和锚杆锚固段12，锚杆1倾斜设置，腰梁3、垫板4和工作锚5沿锚杆1轴向方向自下而上依次设置，锚杆自由段11穿过工作锚5后伸出。

大量工程实践与研究表明，预应力锚杆在张拉锁定后一定时间内，其持有荷载，即锚杆自由段拉力会因种种因素发生变化，变化幅度大时可能会导致整个支护结构的失效甚至破坏，故对锚杆杆体持有荷载的监测至关重要。虽然对于埋设了锚杆测力计的预应力锚杆而言，能随时监控其持有荷载，但由于成本较高，导致我国绝大部分预应力锚杆并没有埋设测力计，这些锚杆在竣工完成后一段时间内的持有荷载不得而知。

因此，很有必要提出一种针对这类锚杆杆体持有荷载的检测装置与方法。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供锚杆杆体持有荷载的检测装置，该检测装置结构简单，能够检测锚杆杆体持有荷载。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：锚杆杆体持有荷载的检测装置，锚杆倾斜设置，其特征在于：所述检测装置包括沿锚杆轴向方向自下而上依次设置的支撑凳、千斤顶、测力计、工具锚以及百分表，支撑凳的底面支撑在已竣工锚杆结构的腰梁的垫板上，顶面与千斤顶的底面相接触，通过千斤顶的预紧力将支撑凳固定在垫板与千斤顶之间，所述千斤顶的顶端具有活塞，锚杆外露的自由端自下而上依次从所述支撑凳、千斤顶、测力计、工具锚的中心处穿过，并且顶端从工具锚伸出，工具锚夹紧锚杆外露的自由端的上部，测力计夹持在活塞与工具锚之间，活塞顶推所述的测力计，测力计用于检测锚杆的受力荷载，所述的百分表安装在工具锚上，用来测量锚杆的锚头位移。

本发明中，所述工具锚通过夹片夹紧锚杆外露的自由端的上部。

本发明中，所述锚杆的轴线与千斤顶、测力计、工具锚的受压面相垂直。

本发明中的锚杆既包含钢筋锚杆，又包含钢绞线的钢索锚杆。

本发明的目的之二是提供用于锚杆杆体持有荷载的检测方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：采用上述检测装置对锚杆杆体持有荷载进行检测的方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：

步骤(1)：将支撑凳安置在已竣工锚杆结构的腰梁的垫板上，然后在支撑凳上依次安放千斤顶、测力计以及工具锚，预应力锚杆外露的自由端自下而上依次从支撑凳、千斤顶、测力计、工具锚的中心处穿过，并且顶端从工具锚伸出，锚杆的轴线与千斤顶、测力计、工具锚的受压面相垂直，将锚杆锁定在工具锚上，并安放好百分表；

步骤(2)：通过千斤顶(7)对整个检测装置进行分级加载，并同步进行锚头位移观测，加载方式如下：

初始荷载为锚杆设计锁定力值p的30％，在初始荷载作用下，每隔5min测读一次锚头位移，当相邻两次锚头位移增量不大于0.01mm时，可视为锚头位移稳定，取最后一次读数值作为锚头位移基准值；

分级荷载为锚杆设计锁定力值p的5％，目的是保证测得的持有荷载有较高的准确性；

锚头位移观测期间，荷载变化幅度不应超过分级荷载的±10％；

当出现锚头位移突变或工作锚(5)松动时，应继续2～4级加载后终止试验；

当试验荷载加载至验收荷载，且未出现锚头位移突变或工作锚(5)松动时，应终止试验，

加载速度宜为0.05～0.10p/min，卸载速度为加载速度的2倍，

每级荷载施加完成后，维持荷载5min，并在第0min、5min时测读锚头位移，取平均值作为每级荷载下的锚头位移，

将获得的荷载与对应的锚头位移绘制成荷载-位移关系曲线图；

步骤(3)：锚杆杆体持有荷载的判定方法如下：

当荷载-位移关系曲线上位移突变明显时，取其陡升起始点所对应的荷载值作为锚杆杆体持有荷载，

当荷载-位移关系曲线难以准确确定其陡升起始点时，取曲线两侧拟合直线的交汇点所对应的荷载值的前一级荷载作为锚杆杆体持有荷载。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术中已竣工锚杆结构的结构示意图；

图2是本发明锚杆杆体持有荷载的检测装置的使用状态参考图；

图3为采用本发明检测装置进行的检测方法实施例一所获得的荷载-位移关系曲线，图中横坐标p表示锚杆设计锁定力值，单位为千牛(kn)，纵坐标s表示锚头位移，单位为毫米(mm)；

图4为采用本发明检测装置进行的检测方法实施例二所获得的荷载-位移关系曲线，图中横坐标p表示锚杆设计锁定力值，单位为千牛(kn)，纵坐标s表示锚头位移，单位为毫米(mm)。

附图标记说明

1为锚杆，11为锚杆自由段，12为锚杆锚固段，2为支档结构，3为腰梁，4为垫板，5为工作锚，6为支撑凳，7为千斤顶，71为活塞，8为测力计，9为工具锚，10为百分表。

具体实施方式

本发明锚杆杆体持有荷载的检测装置如图2所示，锚杆1倾斜设置，检测装置包括沿锚杆1轴向方向自下而上依次设置的支撑凳6、千斤顶7、测力计8、工具锚9以及百分表10。

支撑凳6的底面支撑在已竣工锚杆结构的腰梁3的垫板4上，顶面与千斤顶7的底面相接触，通过千斤顶7的预紧力将支撑凳6固定在垫板4与千斤顶7之间，千斤顶7的顶端具有活塞71，锚杆1外露的自由端自下而上依次从支撑凳6、千斤顶7、测力计8、工具锚9的中心处穿过，并且顶端从工具锚9伸出，锚杆1的轴线与千斤顶7、测力计8、工具锚9的受压面相垂直。

工具锚9夹紧锚杆1外露的自由端的上部，与锚杆1紧固连接，具体连接结构为工具锚9通过夹片夹紧锚杆1外露的自由端的上部，测力计8夹持在活塞71与工具锚9之间，活塞71顶推测力计8，测力计8用于获得锚杆1的受力荷载，百分表10安装在工具锚9上，用来测量锚杆1的锚头位移。

作为本实施例的变换，支撑凳6也可以采用中空的上小下大的四棱台筒。

本实施例中，支撑凳6为一中空式的圆筒结构，支撑凳底面支撑于既有结构中的钢制垫板4上，顶面与千斤顶7的底面接触，通过千斤顶7的预紧固定在垫板4与千斤顶7之间。同时，为了保证加载到最大荷载时的材料强度要求，需验算圆筒截面抗压强度，一般可采用侧壁厚度较大的圆筒结构。

千斤顶7为穿心式千斤顶，千斤顶7底面支撑在支撑凳6上，活塞71顶压在测力计8上。

测力计8为一中空圆筒式结构，材料为高强度合金钢，空承压筒周边上沿均匀布置有多个弦式传感器。当荷载使钢筒产生轴向变形时，应变计的变形与钢筒相同，变形使得应变计的振弦产生应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出钢筒的应变量，代入标定系数可算出锚杆测力计所受荷载值。测力计受压面应与锚杆轴线垂直。

工具锚9的形状与既有结构中工作锚5相同，通过夹片夹紧预应力锚杆外露部分杆体。

本发明采用上述检测装置分别对已竣工预应力1号锚杆和2号锚杆持有荷载进行检测，具体检测方法和检测结果分别对应如下的实施例一和实施例二。

实施一

本实施例中锚杆设计锁定力值p为185kn，设计验收荷载440kn；采用型号qfz50-6穿心式千斤顶，千斤顶能提供的最大荷载为500kn，通孔直径76mm，外径200mm；测力计最大量程为500kn，外径140mm，壁厚32mm，内径76mm，高120mm；工具锚外径93mm，顶部内径63mm，底部内径53mm，高度60mm。支撑凳采用筒状结构，外径200mm，壁厚30mm，内径140mm，材料为q235钢，其屈服强度设计值为210mpa，对其强度验算如下：

支撑凳受设计验收荷载440kn时，截面压应力为满足要求。

式中，f为设计验收荷载；a为支撑凳截面积。

采用上述检测装置对已竣工预应力1号锚杆持有荷载进行的检测方法，该检测方法包括如下步骤：

步骤(1)：将支撑凳6安置在已竣工锚杆结构的腰梁3的垫板4上，然后在支撑凳6上依次安放千斤顶7、测力计8以及工具锚9，预应力锚杆1外露的自由端自下而上依次从支撑凳6、千斤顶7、测力计8、工具锚9的中心处穿过，并且顶端从工具锚9伸出，锚杆1的轴线与千斤顶7、测力计8、工具锚9的受压面相垂直，将锚杆1锁定在工具锚9上，并安放好百分表10；

步骤(2)：通过千斤顶7对整个检测装置进行分级加载，并同步进行锚头位移观测，加载方式如下：

初始荷载为锚杆设计锁定力值p的30％，在初始荷载作用下，每隔5min测读一次锚头位移，当相邻两次锚头位移增量不大于0.01mm时，可视为锚头位移稳定，取最后一次读数值作为锚头位移基准值；

分级荷载为锚杆设计锁定力值p的5％，目的是保证测得的持有荷载有较高的准确性；

锚头位移观测期间，荷载变化幅度不应超过分级受力荷载的10％；

当出现锚头位移突变或工作锚5松动时，应继续2～4级加载后终止试验；

当试验荷载加载至设计验收荷载，且未出现锚头位移突变或工作锚5松动时，应终止试验，

加载速率为0.05p/min，卸载速率为0.1p/min，

每级荷载施加完成后，维持荷载5min，并在第0min、5min时测读锚头位移，取平均值作为每级荷载下的锚头位移，

1号锚杆测量获得的各参数列表如下：

表1：1号锚杆测量获得的各参数

将获得的荷载与对应的锚头位移绘制成荷载-位移关系曲线图，如图3所示；

步骤(3)：锚杆杆体持有荷载的判定方法如下：

当荷载-位移关系曲线上位移突变明显时，取其陡升起始点所对应的荷载值作为锚杆杆体持有荷载，

当荷载-位移关系曲线难以准确确定其陡升起始点时，取曲线两侧拟合直线的交汇点所对应的荷载值的前一级荷载作为锚杆杆体持有荷载。

1号锚杆的荷载-位移关系曲线如图3所示，曲线上锚头位移突变明显，通过上述步骤(3)的判定方法可知，图3中所示0.95p即为1号锚杆杆体持有荷载值，为176kn。

实施二

本实施例中锚杆设计锁定力值p为185kn，设计验收荷载440kn；采用型号qfz50-6穿心式千斤顶，千斤顶能提供的最大荷载为500kn，通孔直径76mm，外径200mm；测力计最大量程为500kn，外径140mm，壁厚32mm，内径76mm，高120mm；工具锚外径93mm，顶部内径63mm，底部内径53mm，高度60mm。支撑凳采用筒状结构，外径200mm，壁厚30mm，内径140mm，材料为q235钢，其屈服强度设计值为210mpa，对其强度验算如下：

支撑凳受设计验收荷载440kn时，截面压应力为满足要求。

式中，f为设计验收荷载；a为支撑凳截面积。

采用上述检测装置对已竣工预应力2号锚杆持有荷载进行的检测方法，该检测方法包括如下步骤：

步骤(1)：将支撑凳6安置在已竣工锚杆结构的腰梁3的垫板4上，然后在支撑凳6上依次安放千斤顶7、测力计8以及工具锚9，预应力锚杆1外露的自由端自下而上依次从支撑凳6、千斤顶7、测力计8、工具锚9的中心处穿过，并且顶端从工具锚9伸出，锚杆1的轴线与千斤顶7、测力计8、工具锚9的受压面相垂直，将锚杆1锁定在工具锚9上，并安放好百分表10；

步骤(2)：通过千斤顶7对整个检测装置进行分级加载，并同步进行锚头位移观测，加载方式如下：

初始荷载为锚杆设计锁定力值p的30％，在初始荷载作用下，每隔5min测读一次锚头位移，当相邻两次锚头位移增量不大于0.01mm时，可视为锚头位移稳定，取最后一次读数值作为锚头位移基准值；

分级荷载为锚杆设计锁定力值p的5％，目的是保证测得的持有受力荷载有较高的准确性；

锚头位移观测期间，荷载变化幅度不应超过分级受力荷载的10％；

当出现锚头位移突变或工作锚5松动时，应继续2～4级加载后终止试验；

当试验荷载加载至设计验收受力荷载，且未出现锚头位移突变或工作锚5松动时，应终止试验，

加载速率为0.05p/min，卸载速率为0.1p/min，

每级荷载施加完成后，维持荷载5min，并在第0min、5min时测读锚头位移，取平均值作为每级荷载下的锚头位移，

2号锚杆测量获得的各参数列表如下：

表2：2号锚杆测量获得的各参数

将获得的荷载与对应的锚头位移绘制成荷载-位移关系曲线图，如图4所示；

步骤(3)：锚杆杆体持有荷载的判定方法如下：

当荷载-位移关系曲线上位移突变明显时，取其陡升起始点所对应的荷载值作为锚杆杆体持有荷载，

当荷载-位移关系曲线难以准确确定其陡升起始点时，取曲线两侧拟合直线的交汇点所对应的荷载值的前一级荷载作为锚杆杆体持有荷载。

2号锚杆的荷载-位移关系曲线如图4所示，曲线上锚头位移突变点难以准确确定，通过上述步骤(3)的判定方法可知，图4中所示0.9p即为2号锚杆杆体持有荷载值，为167kn。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。