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【2019年整理】锚杆寿命的讨论

发布时间:

关于锚杆“定时炸弹”问题的讨 论
——答郭映忠教授
岩石力学与工程学报 2002年1月

Contents

1 锚杆“定时炸弹”问题的提出

2

现场取样调查结果与分析

3

室内模拟实验结果与分析

4

砂浆锚杆使用寿命评估

锚杆“定时炸弹”问题的提出
? 2000年5月8~10日,“边坡灾害及其防治研究 会”在香港召开。鉴于我国在20世纪60年代以 来各类工程中使用了大量锚杆,70年代以后使用 了许多锚索。这些锚杆、锚索的先进性、可靠性 、经济性无可怀疑。问题是,在用作永久支护的 无数工程中,它们的使用寿命究竟有多长?会否 有一天寿终正寝,成为工程中的“定时炸弹”, 使工程毁于一旦?

现场取样调查结果

取样工程

工程年限 锚杆情况 (年)

武汉龟山工

3

砂浆未开始中性化,锚杆完好无锈。



焦作冯营矿

8

砂浆握裹部位基本无锈蚀,无砂浆过砂浆握裹不良部位

。坑蚀最深处为0.65mm,腐蚀速度为0.041mm/a

焦作焦东矿 12 安设时对中不良,握裹层最薄处仅1~2mm,表层中性 化深处约0.8mm,杆体表面有浮锈;但握裹层厚度大 于3mm段无锈蚀。

鹤壁矿务局 28 坑蚀深度分别为0.4~1.5mm(2#和5#,有渗透水)

四矿

和0.05~0.10mm(1#,3#和4#,无渗透水)。

山东海泽县 17 喷射混凝土钢筋挂网,厚40mm喷层下17年丝毫无锈

某工程



对现场调查的分析
? (1)地下工程中以普通水泥砂浆为锚杆注浆材料时,其碳化速度甚缓,可 不考虑握裹层碳化对锚杆锈蚀的影响。
? (2)锚杆杆体须对中放置,以保证握裹层厚度。其较薄或无砂浆者,在渗 漏水作用下均产生了不同程度的锈蚀。
? (3)锚杆因各地环境条件、使用年限不同而具有不同的腐蚀速度。处于干 湿交替或触水条件下锚杆腐蚀率为0.03~0.08mm/a,承载力下降较大; 裸露而不触水者为0.002~0.004mm/a,承载力下降较少;握裹层质量 好者8~12a无锈蚀;无砂浆的锚杆锈蚀严重,使用28a即已不能满足设计 要求。

实验室模拟实验

? 承载力损失率预测:

?

?

?P P

?

(r0

? r1)?r r02

?100 %

? 当Δr很小时,式(1)*似为

? ? 2?r ?100 %
r0

(1)

锚杆应力腐蚀实验结果

试件编号 涂料种类 砂浆配比

实验环境

施加应力 MPa

实验龄期d

裂缝处锈 蚀面积 mm?

腐蚀速度 mm/a

应PG-1 应PB

/
丙烯酸酯 共聚乳液 水泥浆二 道

425号普通 硅酸盐水泥 :中砂:水
1:1:0.42

干湿交替, 每14d循环 一次

23.6 23.6

120 180
180

3

0.22

21

0.25

17

0.06

应PH

环氧沥青 一道

/

23.6

180

4

0.04

表二分析结果:
? (1) 握裹层开裂对锚杆的锈蚀规律为裂缝越宽其锈蚀面积及深度越大 ? (2) 掺有减水剂 膨胀剂和阻锈剂的砂浆锚杆的*均锈蚀程度最轻普
通硅酸盐水泥砂浆锚杆的最重而丙乳锚杆的则居中 ? (3) 对无涂层试件密闭潮湿条件下均无锈蚀永久浸泡试件锈蚀程度高
于干湿交替试件 ? (4) 对有涂料试件环氧沥青涂料试件潮湿条件下无锈蚀干湿交替条件
下锈蚀面积大于永久浸泡试件 ? (5) 丙乳试件潮湿条件下锈蚀面积小于相应的干湿交替试件但锈蚀深
度则大于后者

裸露锚杆腐蚀速度实验结果

试件编号

实验溶液 之PH值

实验方式

C

7.4 密闭潮湿

Z

7.4 永久浸泡

J

7.4 干湿交替

S

5.0~5.5 永久浸泡

A

8.5~9.0 永久浸泡

不同龄期腐蚀速度mm/a

30d

90d

180d

0.012 0.009 0.005

0.118 0.048 0.028

0.083 0.049 0.030

0.027 0.150 0.089

0.142 0.060 0.034

研究表明:
? (1) 在永久浸泡3 种试件中锚杆体在弱酸性溶液中的*均 腐蚀速度较规律地为中性和弱碱性中的2 倍以上而在弱碱 性溶液中的腐蚀速度又比在中性中的略高。
? (2) 置于密闭且空气相对湿度为 100% 条件下的锚杆其 腐蚀速度仅为永久浸泡和干湿交替试件腐蚀速度的1/5 左 右。
? (3) 无论在何种实验环境中锚杆腐蚀量均随时间延长而增 加腐蚀速度则随时间延长而减小。

锚杆腐蚀速度-时间关系曲线

有涂料锚杆腐蚀实验结果

试件编号 TH TL TB

涂料种类
环氧沥青 一道
阳离子氯 丁胶乳水 泥浆二道
丙烯酸酯 共聚乳液 水泥浆二 道

实验方式
密闭潮湿 中性永久浸泡
干湿交替 弱酸性水永久浸泡 弱碱性水永久浸泡
密闭潮湿 中性永久浸泡
干湿交替 弱酸性水永久浸泡 弱碱性水永久浸泡
密闭潮湿 中性永久浸泡
干湿交替 弱酸性水永久浸泡

杆体锈蚀面积百分 比%(龄期18d)

最大腐蚀速度 mm/a(龄期180d )

0.3

0.5

0.7

≈0

2.7

1.2

12.1

0.087

2.7

0.094

9.1

0.193

42.5

0.123

9.4

0.175

2.2

0.195

1.6

0.116

5.5

0.083

17.5

0.157

砂浆锚杆使用寿命
? (1)优质砂浆锚杆使用寿命
x ? ?t b
X为碳化深度(mm); α为碳化深度系数; t为碳化龄期(a); B为常数,b=0.4~0.6。

砂浆锚杆使用寿命
(2)施工质量不良砂浆锚杆使用寿命 约50年
(3)施工质量不良且环境恶劣时砂浆锚杆使用寿命 约20~25年

结语
(1)“永久性”根本不存在; (2)有必要对锚杆使用寿命问题作更深入、系统
的研究; (3)砂浆锚杆使用寿命问题具有普遍意义; (4)对重大工程中锚杆、土钉、锚索及其他钢筋
的施工质量作出较准确的评定,并记录在案,以 备在其使用寿命到期之前,采取更先进的技术进 行加固。




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