福建湄洲灣輸電線路巖石錨桿基礎試驗與分析

翁蘭溪，趙金飛

(福建省電力勘測設計院，福州 福建 350003)

福建湄洲灣輸電線路巖石錨桿基礎試驗與分析

翁蘭溪，趙金飛

(福建省電力勘測設計院，福州 福建 350003)

對福建地區在強風化地質條件下的錨桿基礎進行單錨、群錨抗拔承載力試驗，研究錨桿基礎的破壞模式和承載特性，通過對試驗結果與現行規范進行比較，探討適合該地質條件的巖石地質物理參數取值。擴展巖石錨桿基礎在山區線路工程中的應用范圍，為強風化地質條件下巖石錨桿基礎設計提供參考。

巖石錨桿；試驗研究；承載力。

1 概述

福建500kV湄洲灣輸電線路跨海段，#18塔位使用大跨越塔SZK100，塔高128.5m，基礎上拔力達10705kN。#18塔位的跨越塔所處地質條件：表層2.0m殘積土，2.0m以下為強風化花崗巖(砂土狀)，呈褐黃色，散體狀構造，中粗粒結構，原巖結構較清晰，礦物主要成分為長石、石英，見圖1。為充分利用巖土自身的強度和自穩能力，該塔位基礎擬采用斜柱巖石錨樁基礎進行設計。

圖1 試驗場地位置

福建地區輸電線路工程缺乏強風化地質條件下錨桿設計經驗，為了研究強風化地質條件下合理的地質參數取值，在#18跨越塔基礎現場附近對單錨和群錨基礎進行試驗，試驗場地位置見圖2。

圖2 試驗場地位置

2 試驗方案設計

#18跨越塔錨桿基礎的錨樁孔數為66根，錨樁間距為0.9m，錨固深度為3.5m，錨樁直徑為150mm，錨筋直徑為36mm。為得到不同埋深巖石錨桿基礎的承載特性，單錨埋深分別取為3m、4m與5m。群錨基礎取實際工程中的兩根錨桿為研究單元，并按每根錨桿所分擔面積設計試驗承臺大小。所有混凝土均為C30級，在承臺中布置上下兩層構造鋼筋網片。所進行的巖石錨桿試驗基礎型式、數量與編號等見表1，巖石地質物理參數取值擬按《架空送電線路基礎設計技術規定 DL/T 5219-2005》1(以下簡稱《技術規定》)選用，錨樁砼采用C30級。錨筋材質HRB400，錨筋直徑36mm，開槽后有效面積約600mm2，錨孔直徑100mm。

2.1 應變、位移采集

應變片布置：本試驗在錨筋中埋設應變片，以測定錨筋在試驗加載過程中應變的變化情況，通過加載過程中應變片數據的變化來研究分析基礎承載性質。基礎應變片的布置根據試驗錨桿的設計情況和試驗研究目的確定，詳見圖3。

試驗中各水平與上拔位移通過位移傳感器測得。針對巖石錨桿基礎可能的破壞型式：錨筋拉斷破壞、錨筋從砂漿或細石混凝土中被拔出而破壞、錨桿沿著與巖石的結合面被拔出而破壞、上拔荷載超過巖體的抗拔能力而破壞，本試驗分別在錨桿混凝土頂部、錨筋附近與周圍地表布置位移測點。

2.2 加載裝置

豎向加載裝置和反力類型：豎向加載反力系統利用反力支座和反力梁系提供，其中反力梁為6根加固工字鋼梁。豎向加載系統示意圖與實景圖見圖4。反力梁支承點在巖石假想破裂面之外，以保證錨桿在可能出現的第四種破壞時抵抗力由全部的巖體破裂面剪切應力垂直分量提供。水平加載系統：本次試驗水平荷載采用手拉葫蘆，并通過滑輪組和鋼絲繩組合施加，由拉力傳感器顯示荷載值，從而實現對施加荷載大小的顯示與控制。水平加載系統示意圖與實景圖見圖5。

2.3 試驗加卸載方案

根據《架空送電線路基礎設計技術規定》(DL/T 5219-2005)附錄I關于送電線路基礎上拔靜載試驗要點的規定，結合試驗要求，試驗采用維持荷載法進行試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 破壞模式

根據現場試驗情況，群錨基礎均為單根錨筋拔斷破壞，破壞型式明確，見圖6。

對于單錨基礎，現場試驗出現兩種現象：錨桿混凝土表面出現較大上拔變形、錨筋拔斷，見圖7。

根據試驗現象，可以確定沒有發生錨筋從細石混凝土中被拔出破壞與巖體中出現倒錐型破裂面破壞。所以單錨基礎存在兩種可能的破壞型式：①錨桿整體拔出破壞；②錨筋拔斷破壞。現場試驗過程中為了明確其破壞型式，在錨桿混凝土表面出現較大上拔位移后繼續加載，在繼續加載過程中沒有出現錨桿唯一持續發展的現象，而趨于穩定，并在繼續加載過程中錨筋拔斷。通過錨筋應力-深度曲線的分析，試驗中錨桿與周圍巖壁粘結結構未發生整體破壞，見下文3.3節。綜合分析，單錨基礎破壞型式為錨筋拔斷破壞。試驗基礎破壞狀態、極限荷載、破壞型式見表1。

圖6 群錨單根錨筋拔斷

圖7 單錨錨筋拔斷

表1 試驗基礎破壞、極限荷載與位移

3.2 荷載—位移曲線

現場試驗結果顯示：錨桿基礎周圍地表位移測點數據相對很小(一般不足1mm)，且隨著荷載的增大，無明顯規律性變化，故可認為錨桿基礎周圍巖體在試驗過程中未發生變形；在錨桿混凝土表面所設位移測點測試結果良好，規律性明顯，作為主要分析依據；在錨筋上設置的應變測點的測試結果受錨筋自身受拉變形影響較大，作為輔助分析依據。將錨桿混凝土表面的位移測點作為主要分析對象，得出荷載－位移曲線,見圖8(僅列舉部分曲線)。

由圖8說明，本次試驗的巖石錨桿基礎荷載－位移曲線均正常，容易判斷極限荷載。單錨基礎與Q5-B、Q5-C基礎在小荷載作用下位移隨荷載逐步增大，接近極限荷載時出現位移的突變性增大，Q5-A與Q5-D基礎在破壞前荷載－位移曲線均較平緩。

圖9 錨筋應力－深度曲線

3.3 錨桿應力—深度曲線

基礎錨筋在加載過程中不同深度的應力見圖9。圖例中荷載值表示實際所施加豎向上拔荷載大小，“深度”表示應變測點的埋深(僅列舉部分曲線)。

由不同錨筋的應力曲線可以得出以下規律：①隨著荷載的增大，錨筋應力整體增大；②同一錨筋在加載過程中，應力隨深度減小；單錨基礎錨筋在埋深范圍內受力，至錨固深度底部受力消減至接近零；群錨基礎錨筋(埋深

5m)在4m范圍內有較大受力，至4m左右消減為零。③在荷載達到極限與破壞荷載狀態時，錨筋應力的受力特性并沒有發生錨桿整體拔出時會出現的的錨筋應力消減的現象，由此也可以判斷，試驗中錨桿與周圍巖壁粘結結構未發生整體破壞。

3.4 試驗結果分析

3.4.1 錨筋與混凝土之間的粘結強度τa推導

依據《技術規定》10.2.2條，在錨筋強度足夠時，錨筋與細石混凝土的粘結承載力以及錨桿與巖石間的粘結承載力成為巖石錨桿基礎的承載力主要控制因素。

錨筋與細石混凝土的粘結承載力計算方法：

按照《技術規定》10.3.3條確定有效錨固深度為l0=45d=45×0.036＝1.62(m)

故錨筋與細石混凝土的粘結承載力：

經計算得出，本次試驗的錨筋與細石混凝土的粘結承載力為549kN，遠遠大于本次試驗所得的極限承載力值，故錨筋與細石混凝土的粘結承載力不是本次試驗極限承載力的控制因素。故工程設計中C30級細石混凝土τa可按《技術規定》10.2.2條取3000kPa。

3.4.2 錨固體與巖石之間的粘結強度τb推導

根據《技術規定》10.2.3條，錨桿與巖石間的粘結承載力計算方法：γfTE≤πDh0τb

由本次試驗情況看來，未發生錨固體整體拔出破壞，即錨桿與巖石之間的粘結承載力滿足抗拔要求。根據試驗結果，單根錨桿與巖石間的粘結承載力可以認為約200kN，故：

計算表明，本次試驗巖石錨桿基礎在強風化地質條件下，τb大于393kPa，位于《技術規定》表10.2.3 τb推薦取值區間，故工程τb取值可以按照《技術規定》表10.2.3取400kPa。

3.4.3 巖石等代極強剪切強度τs推導

根據《技術規定》10.2.4條，巖石抗剪承載力計算公式為：

本次試驗中未發生巖石剪切破壞，故可根據此計算方法得出本試驗場地巖石的等代極限剪切應力τs最小值，

計算結果表明，對于本次試驗巖石錨桿基礎與強風化地址條件，τs大于22.9，位于《技術規定》τs推薦取值區間，故工程 τs取值可以按照《技術規定》表10.2.4取22kPa。

4 結論

通過巖石錨桿基礎試驗研究，得出以下主要結論：

(1)在該場地地質條件與設計情況下，巖石錨桿基礎破壞狀態為錨筋拔斷，錨筋與細石混凝土的粘結承載力、錨桿與巖石之間的粘結強度、不是本次試驗極限承載力的控制因素。荷載－位移曲線正常，錨筋應力曲線規律性明顯且正常。

(2)福建地區此類強風化地質條件下錨桿設計，地質參數取值可以參考《技術規定》的取值范圍。通過計算反推錨筋與細石混凝土之間的粘結強度τa、錨桿與巖石之間的粘結強度τb、巖石等代極強剪切強度τs，以上參數均在《技術規定》強風化地質條件取值范圍內，即該類強風化地質條件下，參數取值可以按照《技術規定》。

(3)本試驗單純從現象判斷單錨基礎的破壞型式有困難，可以通過錨筋應力-深度曲線、現場試驗分析綜合其他數據來判斷。

[1]DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定[S]．

[2]馮自霞，鄭衛鋒．程永鋒輸電線路裂隙巖體地基錨桿抗拔模型試驗研究[J]．合肥工業大學學報，2009，32(10)．

[3]鄭衛鋒，魯先龍，程永鋒，馮自霞．輸電線路巖石錨桿基礎工程臨界錨固長度的研究[J]．電力建設，2009，30(9)．

[4]鄭衛鋒，魯先龍 程永鋒．馮自霞輸電線路巖石錨桿基礎試驗研究[J]．工程勘察，2010，(1)．

Experiment Analysis on Anchor-shaft Rock Foundation in Transmission Line of Fujian Meizhou Lay

WENG Lan-xi, ZHAO Jin-fei
(Fujian Electric Power Survey & Design Institute, Fuzhou 350003, China)

The experiments of single and vertical anchor - shaft foundations for geologic conditions of strong weathering were carried out in Fujian province. And the failure mode and load bearing capability of rock anchor foundation was analyzed. Comparison between the experimental results and the code, the suitable geological parameter for the geologic conditions of strong weathering was discussed. The results showed that the applications and design of rock anchor – shaft foundations can extend to the mountain area in Fujian.

rock anchor-shaft; experimental study; load bearing capability.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0068-05

2011-03-07

翁蘭溪(1980- )，男，福建省莆田人，工程師。