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【摘 要】GFRP抗浮锚杆不受地铁直流供电系统产生的杂散电流的影响，开始逐渐应用于地下抗浮工程中。通过对植入光纤光栅串的GFRP锚杆进行对拉试验，最终可得到GFRP锚杆杆体各处轴力、剪力值。
【关键词】GFRP抗浮锚杆；拉拔试验；光纤光栅串
【中图分类号】TU455
【文献标识码】A
Study on the pull-out test of GFRP anti-floating anchor
Zhang Shun-quan，Xin Chong
（School of Civil Engineering，Qingdao Technological University Qingdao Shandong 266033）
【Abstract】GFRP anti-floating anchor don't affected by the stray current which caused by the subway direct current power， and it gradually begin to use in the underground anti-floating project. It can be got the values of axial force and shear force throughout the GFRP anchor rod when implant the FBG ring into GFRP anchor.
【Key words】GFRP anti-floating anchor；Pull-out test；FBG ring
1. 引言
（1）近年来，城市化进程加快，土地资源越来越难以满足城市发展的需求。为了解决有限土地资源与城市化高速发展之间的矛盾，人们对地下空间的开发与利用越来越重视。大力发展地下空间，往往存在着抗浮问题。目前解决抗浮问题主要的方法有压载抗浮、降排水、抗浮桩[1]和抗浮锚杆等。而抗浮锚杆在施工工艺、施工工期、性能上与其他几种方法相比有着明显的优越性，其造价低廉，可大大节约整个地下抗浮结构的工程造价，所以近年来愈来愈受业主和设计人员的青睐。
图1 GFRP抗浮锚杆拉拔试验装置示意图
表1 GFRP抗浮锚杆试验参数
（2）抗浮锚杆在地下结构工程中的广泛使用，通常采用传统的金属抗浮锚杆，而传统的金属抗浮锚杆在实际工程中却存在着很多缺点，其极易腐蚀性尤为突出，使得以传统金属抗浮锚杆为主要锚固体系的工程存在着极大的安全隐患。特别是在地质复杂的地铁抗浮工程中，除了土壤中含有大量的酸、碱、盐等使金属抗浮锚杆产生化学腐蚀外，地铁中的杂散电流也会对其产生电化学腐蚀[2]，严重影响了工程的安全性和耐久性。国内外发生的大量有关传统金属锚杆腐蚀引起的工程事故引起了人们对其安全性和耐久性越来越关注，故有锚杆“定时炸弹”之说[3]。因此，人们对提高传统金属锚杆抗腐蚀性能进行了多种尝试，例如增大混凝土保护层厚度、锚杆表面抹刷涂层等，但效果依然不理想，直至现在金属锚杆的腐蚀性问题依然没有得到很好的解决。同时传统的金属锚杆自重大、运输不方便、造价较高，人们对新型材料锚杆日益渴望。
（3）随着近年来材料科学的突起，新型复合材料锚杆应运而生，即玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Polymer，GFRP）。GFRP抗浮锚杆与传统金属锚杆相比，具有质量轻、强度高、运输方便、造价低、耐腐蚀性好的优点[4]，特别是不受地铁直流供电系统产生的杂散电流的影响，开始逐渐应用于地下抗浮工程中。
图2 GFRP1#抗浮锚杆轴力变化曲线
图3 GFRP2#抗浮锚杆轴力变化曲线
2. 试验概述
2.1 试验材料和设备。
（1）本试验所用的GFRP抗浮锚杆在制作GFRP筋的同时植入准分布式光纤光栅串FBG，锚杆外部的裸露光纤则用铠装光缆包装加以保护。锚杆整体为实芯增强筋，直径为25mm。
（2）通过对植入光纤光栅串的GFRP锚杆进行对拉试验，最终可得到GFRP锚杆杆体各处轴力、剪力值。本试验采用4根GFRP抗浮锚杆（具体参数如表1所示），4根锚杆的内锚固段（置于岩层中的锚固部分）均被植入光纤光栅串FBG。采用SI425光纤光栅调节仪和ThinkPad笔记本电脑作为信号收集系统。
2.2 考虑到GFRP抗浮锚杆本身抗剪强度差，需在锚杆的自由端上套上1.5m长的钢管套，并在钢管套与锚杆空隙间灌入环氧树脂和固化剂混合液，待冷却凝固后，使其粘结紧密。试验过程中将锚具固定于钢管套上，直接对钢管套进行拉拔，有效的保护了GFRP锚杆。具体试验装置布置图如图1所示。
3. 试验结果与分析
3.1 GFRP抗浮锚杆承载力特征。
将所得数据绘制成GFRP锚杆轴力与深度的变化曲线，如图2～图5所示，对4个曲线图进行分析，可得到以下规律：
（1）GFRP抗浮锚杆杆体轴力随锚固深度的增加逐渐衰减，观察4个曲线图可知，锚固深度0～0.5m区域内轴力衰减速率明显大于锚固深度为0.5m～1.3m区域，而锚固深度为0.5m～1.3m区域锚杆轴力衰减速率要大于1.3m以下区域。
（2）试验中4根GFRP锚杆的轴力分布区域为0～2.9m，GFRP锚杆存在临界锚固长度，其值为3.0m左右。GFRP1#和GFRP2#的锚固长度均为4.0m，而GFRP3#、GFRP4#的锚固长度达6.5m、7.0m，但4根GFRP锚杆的轴力分布长度均为3.0m左右，在锚固深度为2.9m处轴力皆趋近于零，可见GFRP锚杆临界锚固长度趋于3.0m。 3.2 GFRP抗浮锚杆剪应力分布规律。
3.2.1 GFRP抗浮锚杆的剪应力不能直接测出，但可根据锚杆的受力情况计算得出锚杆的剪应力，计算公式如下：
3.2.2 将所得数据绘制成GFRP锚杆剪应力与深度的变化曲线，如图6～图9所示，对4个剪应力曲线图进行分析，可得到以下规律：
（1）GFRP抗浮锚杆的剪应力分布曲线存在着剪应力峰值，且4根GFRP锚杆剪应力曲线中的峰值点均大致出现在锚固深度为1.0m处。
（2）GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，随着荷载的增大，其剪应力峰值也随着明显增大，且剪应力影响范围也同时增大。如GFRP1#剪应力曲线中，当加载水平为100KN时，剪应力峰值为0.30MPa，当加载水平增大至300KN时，剪应力峰值增大至1.15MPa，并且加载水平为
300KN时剪应力影响范围要明显大于加载水平为100KN。
（3）GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，锚固深度越小，剪应力分布越集中且剪应力数值越大，剪应力分布范围越小。从4个剪应力曲线图中可知，剪应力均分布在锚固长度为0～3m范围内，而锚固长度超过3m时，剪应力基本上都趋于零。
4. 结论
GFRP抗浮锚杆杆体轴力随锚固深度的增加逐渐衰减。
GFRP抗浮锚杆的剪应力分布曲线存在着剪应力峰值。
GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，随着荷载的增大，其剪应力峰值也随着明显增大，且剪应力影响范围也同时增大；GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，锚固深度越小，剪应力分布越集中且剪应力数值越大，剪应力分布范围越小。
参考文献
[1] 白晓宇， 张明义， 刘鹤. 风化岩地基微型抗浮桩承载性能原位试验研究[J]. 工业建筑， 2014，44（2）： 94～97.
[2] 战鹏. 地铁杂散电流对钢筋混凝土结构腐蚀影响研究及防护[D]. 北京交通大学硕士论文， 2009， 11～13.
[3] 曾宪明， 雷志梁. 关于锚杆“定时炸弹”问题的讨论[J]. 岩石力学与工程学报， 2001， 21（1）： 143～147.
[4] 袁勇， 贾新. 岩石GFRP锚杆的可行性研究[J]. 公路交通科技， 2004， 21（9）： 13～20.
【关键词】GFRP抗浮锚杆；拉拔试验；光纤光栅串
【中图分类号】TU455
【文献标识码】A
Study on the pull-out test of GFRP anti-floating anchor
Zhang Shun-quan，Xin Chong
（School of Civil Engineering，Qingdao Technological University Qingdao Shandong 266033）
【Abstract】GFRP anti-floating anchor don't affected by the stray current which caused by the subway direct current power， and it gradually begin to use in the underground anti-floating project. It can be got the values of axial force and shear force throughout the GFRP anchor rod when implant the FBG ring into GFRP anchor.
【Key words】GFRP anti-floating anchor；Pull-out test；FBG ring
1. 引言
（1）近年来，城市化进程加快，土地资源越来越难以满足城市发展的需求。为了解决有限土地资源与城市化高速发展之间的矛盾，人们对地下空间的开发与利用越来越重视。大力发展地下空间，往往存在着抗浮问题。目前解决抗浮问题主要的方法有压载抗浮、降排水、抗浮桩[1]和抗浮锚杆等。而抗浮锚杆在施工工艺、施工工期、性能上与其他几种方法相比有着明显的优越性，其造价低廉，可大大节约整个地下抗浮结构的工程造价，所以近年来愈来愈受业主和设计人员的青睐。
图1 GFRP抗浮锚杆拉拔试验装置示意图
表1 GFRP抗浮锚杆试验参数
（2）抗浮锚杆在地下结构工程中的广泛使用，通常采用传统的金属抗浮锚杆，而传统的金属抗浮锚杆在实际工程中却存在着很多缺点，其极易腐蚀性尤为突出，使得以传统金属抗浮锚杆为主要锚固体系的工程存在着极大的安全隐患。特别是在地质复杂的地铁抗浮工程中，除了土壤中含有大量的酸、碱、盐等使金属抗浮锚杆产生化学腐蚀外，地铁中的杂散电流也会对其产生电化学腐蚀[2]，严重影响了工程的安全性和耐久性。国内外发生的大量有关传统金属锚杆腐蚀引起的工程事故引起了人们对其安全性和耐久性越来越关注，故有锚杆“定时炸弹”之说[3]。因此，人们对提高传统金属锚杆抗腐蚀性能进行了多种尝试，例如增大混凝土保护层厚度、锚杆表面抹刷涂层等，但效果依然不理想，直至现在金属锚杆的腐蚀性问题依然没有得到很好的解决。同时传统的金属锚杆自重大、运输不方便、造价较高，人们对新型材料锚杆日益渴望。
（3）随着近年来材料科学的突起，新型复合材料锚杆应运而生，即玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Polymer，GFRP）。GFRP抗浮锚杆与传统金属锚杆相比，具有质量轻、强度高、运输方便、造价低、耐腐蚀性好的优点[4]，特别是不受地铁直流供电系统产生的杂散电流的影响，开始逐渐应用于地下抗浮工程中。
图2 GFRP1#抗浮锚杆轴力变化曲线
图3 GFRP2#抗浮锚杆轴力变化曲线
2. 试验概述
2.1 试验材料和设备。
（1）本试验所用的GFRP抗浮锚杆在制作GFRP筋的同时植入准分布式光纤光栅串FBG，锚杆外部的裸露光纤则用铠装光缆包装加以保护。锚杆整体为实芯增强筋，直径为25mm。
（2）通过对植入光纤光栅串的GFRP锚杆进行对拉试验，最终可得到GFRP锚杆杆体各处轴力、剪力值。本试验采用4根GFRP抗浮锚杆（具体参数如表1所示），4根锚杆的内锚固段（置于岩层中的锚固部分）均被植入光纤光栅串FBG。采用SI425光纤光栅调节仪和ThinkPad笔记本电脑作为信号收集系统。
2.2 考虑到GFRP抗浮锚杆本身抗剪强度差，需在锚杆的自由端上套上1.5m长的钢管套，并在钢管套与锚杆空隙间灌入环氧树脂和固化剂混合液，待冷却凝固后，使其粘结紧密。试验过程中将锚具固定于钢管套上，直接对钢管套进行拉拔，有效的保护了GFRP锚杆。具体试验装置布置图如图1所示。
3. 试验结果与分析
3.1 GFRP抗浮锚杆承载力特征。
将所得数据绘制成GFRP锚杆轴力与深度的变化曲线，如图2～图5所示，对4个曲线图进行分析，可得到以下规律：
（1）GFRP抗浮锚杆杆体轴力随锚固深度的增加逐渐衰减，观察4个曲线图可知，锚固深度0～0.5m区域内轴力衰减速率明显大于锚固深度为0.5m～1.3m区域，而锚固深度为0.5m～1.3m区域锚杆轴力衰减速率要大于1.3m以下区域。
（2）试验中4根GFRP锚杆的轴力分布区域为0～2.9m，GFRP锚杆存在临界锚固长度，其值为3.0m左右。GFRP1#和GFRP2#的锚固长度均为4.0m，而GFRP3#、GFRP4#的锚固长度达6.5m、7.0m，但4根GFRP锚杆的轴力分布长度均为3.0m左右，在锚固深度为2.9m处轴力皆趋近于零，可见GFRP锚杆临界锚固长度趋于3.0m。 3.2 GFRP抗浮锚杆剪应力分布规律。
3.2.1 GFRP抗浮锚杆的剪应力不能直接测出，但可根据锚杆的受力情况计算得出锚杆的剪应力，计算公式如下：
3.2.2 将所得数据绘制成GFRP锚杆剪应力与深度的变化曲线，如图6～图9所示，对4个剪应力曲线图进行分析，可得到以下规律：
（1）GFRP抗浮锚杆的剪应力分布曲线存在着剪应力峰值，且4根GFRP锚杆剪应力曲线中的峰值点均大致出现在锚固深度为1.0m处。
（2）GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，随着荷载的增大，其剪应力峰值也随着明显增大，且剪应力影响范围也同时增大。如GFRP1#剪应力曲线中，当加载水平为100KN时，剪应力峰值为0.30MPa，当加载水平增大至300KN时，剪应力峰值增大至1.15MPa，并且加载水平为
300KN时剪应力影响范围要明显大于加载水平为100KN。
（3）GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，锚固深度越小，剪应力分布越集中且剪应力数值越大，剪应力分布范围越小。从4个剪应力曲线图中可知，剪应力均分布在锚固长度为0～3m范围内，而锚固长度超过3m时，剪应力基本上都趋于零。
4. 结论
GFRP抗浮锚杆杆体轴力随锚固深度的增加逐渐衰减。
GFRP抗浮锚杆的剪应力分布曲线存在着剪应力峰值。
GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，随着荷载的增大，其剪应力峰值也随着明显增大，且剪应力影响范围也同时增大；GFRP抗浮锚杆剪应力曲线中，锚固深度越小，剪应力分布越集中且剪应力数值越大，剪应力分布范围越小。
参考文献
[1] 白晓宇， 张明义， 刘鹤. 风化岩地基微型抗浮桩承载性能原位试验研究[J]. 工业建筑， 2014，44（2）： 94～97.
[2] 战鹏. 地铁杂散电流对钢筋混凝土结构腐蚀影响研究及防护[D]. 北京交通大学硕士论文， 2009， 11～13.
[3] 曾宪明， 雷志梁. 关于锚杆“定时炸弹”问题的讨论[J]. 岩石力学与工程学报， 2001， 21（1）： 143～147.
[4] 袁勇， 贾新. 岩石GFRP锚杆的可行性研究[J]. 公路交通科技， 2004， 21（9）： 13～20.