夯土水硬石灰与石英砂浆液木锚杆锚固系统性能

        中图分类号：TU452文献标志码：A文章编号：16744764（2015）03008608
Abstract：physical model and field experiments which consists of pullout test and strain monitoring on boltgrout interface were conducted on wood bolts fully grouted by natural hydraulic lime and quartz sand slurry in rammed earth to study anchor capacity，failure mode，shear stress distribution and transfer along the boltgrout interface .were studied on its Experimental results shows that ultimate anchor force in laboratory （30 kN～45 kN） is larger than that in field （16.2kN～19kN）. Anchor system has strong ductility. In the process of loading， singlepeak or doublepeak stress distributes along boltgrout interface and interfacial stress transfers toward anchor end， meanwhile， compressive stress mainly emerges at middleend of anchor segment. With considerably physical and mechanical compatibility to rammed earth， the anchor system is suitable to conserve rammed earth heritages.
Key words：rammed earth construction； bolts； natural hydraulic lime and quartz sand slurry； ultimate anchor capacity； interfacial mechanical behavior
土建筑作为人类文明史上最古老的建筑形式，一直延续到今天，是人地和谐共处的典范[1]。其中，夯筑是最为普遍的建造工艺，相应的夯筑土遗址广泛分布于世界各地。但保存较好的主要分布于干旱半干旱环境中，如非洲、中东、中亚等。中国西北地区广泛分布的长城及附属建筑物（战国秦、汉、明）、古城与佛寺遗址等[2]是典型的代表。这些遗址承载着丰富的文物信息，其保护加固对于传统文化的保护与传承具有重要意义。
中国自上世纪90年代开展夯筑土遗址保护加固研究以来，基于“最大兼容、最小干预、不改变原状”的保护理念[3]，全长黏结型锚固技术成为夯筑土遗址本体力学稳定性控制的核心措施之一[4]。在杆体类型上先后出现了金属锚杆水泥砂浆锚固系统[2]、竹木PS（C+F）锚固系统[5]、楠竹加筋复合锚杆水泥砂浆锚固系统[6]、土工长丝改性泥浆锚固系统[7]等。随着研究的深入，意识到金属锚杆和水泥系浆液对于遗址本体的保护性破坏作用[3]，转向在物理、力学、水理等性能上更加兼容的锚固系统。总体上，夯筑土遗址锚固技术处于探索与初步应用阶段，距离规范化应用还很远。
对于夯筑土遗址本体而言，基于近年来“传统建筑材料与工艺的科学性挖掘”的研究，开始从夯筑土遗址建造智慧中寻找更为兼容性的锚固材料。在此背景下，天然木材作为中国西北地区夯筑土遗址建造中常用的加筋体，被视为较为理想的锚固杆材。近年来，基于大地湾遗址地面材料的科学认知[8]，研发出传统的水硬石灰改性材料。欧洲学者[911]研究表明，水硬石灰改性土与夯筑土遗址具有较好的物理力学性能和水理兼容性。因此，尝试将其引入到夯筑土遗址锚固浆液中。石英砂作为惰性材料，可以有效提高浆体的物理力学性能，进而增强界面抗剪性能，成为浆液的理想掺料。室内试验[1213]表明，基于水硬石灰和石英砂的浆液（结石体）性能适于土遗址修复加固。鉴于此，基于水硬石灰与石英砂浆液的木锚杆锚固系统工作性能和机理研究对于夯筑土遗址新型锚固技术的研发和推广具有重要意义。
由于天然取材的木锚杆具有形状和表面形态不规则、通长变径、横纹与顺纹强度差异等[14]特点，加之浆材也区别于水泥砂浆，初步研究[6]表明相应的锚固机理与其他岩土工程领域广泛应用的钢筋、GFRP、钢绞线等标准规则杆材基于水泥砂浆或树脂浆液的锚固系统具有极大不同。后者[1518]在剪滞模型、剪应力传递与分布等锚固理论在实践应用获得了较好的印证。但木锚杆锚固系统目前还未探索出较好的理论依据。在其他岩土锚固领域，对于不规则杆体的锚固系统（如缺陷锚杆、膨胀锚杆等）研究表明[1921]，相应的破坏模式、剪滞模型、界面应力分布与传递等特征区别于规则杆体。因此，室内和现场试验成为揭示其锚固性能与机理的重要手段。

        选择夯筑土遗址中水硬石灰与石英砂为主材的浆液、天然产白腊杆为锚杆组成的全长黏结型锚固系统作为研究对象，通过室内物理模型试验和遗址现场原位测试，查明锚固系统的破坏模式、宏观锚固性能、杆体浆体界面工作性能等，进而初步揭示该锚固系统的锚固机制和适用性。 

　　1试验方案
1.1室内试验
1.1.1试验材料
包括硬质PVC管、夯土、水硬石灰、石英砂、白腊杆、应变片及相应的粘贴连接材料等。其中，夯土由坍塌遗址土经粉碎过筛后在PVC管中夯筑而成，夯筑工艺是通过遗址体形制测绘和室内击实试验综合确定，并力求其物理力学性能与现场试验遗址土体相近（表1）。水硬石灰由国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心中试基地生产；石英砂（400目；硬度：7；相对密度：2.65 g/cm3）和白腊杆购自兰州当地建材市场；应变片及相应的辅材购自陕西汉中中航电测仪器股份有限公司；水来自实验室自来水龙头，水质符合饮用水标准。
1.1.2试验装备
室内试验装备是在借鉴全长黏结型金属锚杆和GFRP锚杆室内试验系统的基础上[2223]专门研发的（图1、图2）。首先，根据现场试验遗址土体的物理力学性能，基于击实试验成果，确定室内夯筑工艺。然后，采用预留中间锚孔的方式在PVC管内进行夯筑，夯筑完毕后在实验室内放置至干透。随后，将安设有应变监测系统的白蜡杆（粗端放置孔底）放置于预留孔的中心，采用重力注浆的方式向孔内灌注拌合好的浆液，养护时间90 d（截止拉拔日期）。
拉拔试验时，安装锚杆拉拔仪和应变采集系统。拉拔仪采用北京海创产HCYL60锚杆综合参数测定仪，油缸工作行程120 mm，测量范围0～500 kN；应变采集采用东华测试产DH3816静态应变测试系统（Ver3.0.1版本），测量范围-20 000～20 000 με；应变片采用中航电测产型号BQ12060AA（电阻值120.8±0.1 Ω，灵敏度2.14±1%），应变片布设位置详见图2。
工艺为夯筑，夯层厚度为10 cm，遗址土体基本物理力学性能见表1。 (责任编辑：论文发表网)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)