強風化凝灰巖地質條件下巖石錨桿基礎試驗研究

馮炳，謝芳

(1.國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江省紹興市312000; 2.紹興文理學院元培學院，浙江省紹興市312000)

強風化凝灰巖地質條件下巖石錨桿基礎試驗研究

馮炳1，謝芳2

(1.國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江省紹興市312000; 2.紹興文理學院元培學院，浙江省紹興市312000)

針對玉環變—樂清變500 kV雙回輸電線路工程大跨越塔建設面臨的強風化凝灰巖地質條件，進行了9組單錨基礎和6組群錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗，研究巖石錨桿基礎的破壞模式和承載特性，為設計提供參考依據。在試驗加載過程中進行了錨筋的應變測試，分析錨筋的內力變化規律，得到巖石錨桿基礎的破壞模式和承載特性。試驗結果表明:單錨錨筋內力隨荷載的增大而增大，隨埋深的增加而減小，超過一定埋深范圍后逐漸消減至接近0;群錨基礎的極限抗拔承載力并非單錨基礎極限抗拔承載力的簡單疊加，而是存在“群錨效應”問題。該研究為巖石錨桿基礎在輸電線路工程中的實際應用提供了一定的參考和依據。

巖石錨桿基礎;極限抗拔承載力;有效錨固長度;群錨效應系數

0 引言

我國地域遼闊，巖土類別多、分布廣，輸電線路桿塔基礎型式多種多樣［1］。巖石錨桿基礎是一種通過水泥砂漿或細石混凝土在巖孔內的膠結，使錨筋與巖體結成整體的環保型輸電線路基礎［2］。一方面，巖石錨桿基礎充分利用了原狀巖體的高強度、低變形力學性能，具有良好的抗拔能力，避免了人工鑿巖和爆破作業對基礎周圍巖石基面和林木植被的破壞，環境效益顯著;另一方面，巖石錨桿基礎土石方開挖量小，基本沒有棄土，減少了基礎混凝土和鋼材、模板等材料的消耗量，運輸量小，施工機械化程度高，降低了勞動強度，節約了工程造價，縮短了施工工期，社會經濟效益明顯［3-9］。

玉環變—樂清變500 kV輸電線路工程始于臺州500 kV玉環變，止于溫州500 kV樂清變，全長28.5 km，分為普通線路段和樂清灣大跨越線路段2個部分。普通線路段長22 km，新建鐵塔56基。樂清灣大跨越線路南起玉環縣大連嶼，經過小烏山、大烏山(桃花島)，北至樂清市鐘山，總長度約為6.5 km，新建鐵塔7基，其中10號、11號塔高254 m，為浙江省內500 kV第1高塔，其基礎作用力也遠遠大于常規鐵塔。針對這一特點，結合跨越塔塔位所面臨的強風化凝灰巖地質條件，有必要對巖石錨桿基礎的破壞模式和承載特性進行研究，為設計提供參考依據。因此，作者聯合國網電力科學研究院，結合本工程開展了9組單錨基礎和6組群錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗，并在試驗加載過程中進行了錨筋的應變測試。

1 試驗概況

1.1 巖石條件

根據地勘提資資料和抗壓強度、巖礦鑒定檢測結果，試驗場地的巖石定名為英安質火山角礫復屑凝灰巖，巖石的堅硬程度類別屬堅硬巖。

巖石呈灰黃色、灰紫色，厚層構造，巖體破碎成小塊狀，風化渲染嚴重，整體性較差，局部破碎帶夾泥層。

1.2 試驗基礎設計

單錨基礎共設計3組，錨固深度依次取為1，2，3 m，每種錨固深度的基礎數量均為3個，重點研究不同錨固深度對其抗拔承載力的影響及錨筋的有效錨固長度實際取值。

由4根錨桿組成的2×2群錨基礎共設計2組，錨固深度依次取為2，3 m，每種錨固深度的基礎數量均為3個，錨樁間距分別為0.3，0.6，0.9 m，重點研究強風化凝灰巖地質條件下錨樁間距對群錨基礎抗拔承載力的影響。

所有基礎型式的錨孔直徑均為95 mm，錨筋材質均為直徑40 mm的45號優質碳素鋼，錨孔內灌注C20細石混凝土，承臺內灌注C25細石混凝土。

1.3 試驗加載裝置

巖石錨桿基礎的豎向上拔靜載荷試驗采用慢速維持荷載法，具體的加卸載方案、試驗終止條件、極限承載力的確定方法等參見相關規范標準［2，10］的有關規定執行，直至基礎發生最終破壞。

單錨基礎的上拔加載系統主要由張拉穿心頂、橫梁、上下墊板以及反力支座構成;群錨基礎的試驗上拔加載系統主要由傳力螺桿、油壓千斤頂、橫梁、反力支座以及錨筋連接板構成，如圖1所示。

1.4 應變片布置

試驗之前在錨筋上預先設置了相應的應變片測試元件，以測定錨筋在試驗加載過程中應變應力的變化情況，通過加載過程中應變片數據的動態變化來研究分析巖石錨桿基礎的承載特性和有效錨固長度。

2 試驗結果分析

2.1 單錨基礎

單錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗的典型荷載位移曲線如圖2所示。

單錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗的荷載位移曲線均呈突變型，故取荷載位移曲線拐點處所對應的荷載值為單錨基礎的極限抗拔承載力。單錨基礎的極限抗拔承載力統計分析結果如表1所示。

單錨基礎的極限抗拔承載力與錨固深度的關系曲線如圖3所示。從圖3中可以看出，單錨基礎的極限抗拔承載力隨錨固深度的增加而增加，但并非呈線性遞增關系。

根據現場試驗可知，所有單錨基礎的上拔破壞模式均為錨筋被拔出破壞，基礎破壞時的典型照片如圖4所示。

單錨基礎的錨筋內力在試驗加載過程中的典型變化規律如圖5所示。錨筋內力隨荷載的增大而增大，隨埋深的增加而減小，超過一定埋深范圍后逐漸消減至接近0。根據單錨基礎的錨筋內力在試驗加載過程中的典型變化規律，可以判定錨筋的有效錨固長度為2 m。

2.2 群錨基礎

群錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗的荷載位移曲線如圖6所示。群錨基礎的豎向上拔靜載荷試驗的荷載位移曲線均呈突變型，故取荷載位移曲線拐點處所對應的荷載值為群錨基礎的極限抗拔承載力。群錨基礎的極限抗拔承載力統計分析結果如表2所示。

群錨基礎的極限抗拔承載力與樁間距之間的關系曲線如圖7所示，群錨基礎的極限抗拔承載力隨樁間距的增加而增加，但并非呈線性遞增關系。

進一步對比分析相同錨固深度下的單錨基礎與群錨基礎的極限抗拔承載力可知:群錨基礎的極限抗拔承載力并非單錨基礎極限抗拔承載力的簡單疊加，而是存在“群錨效應”問題，群錨效應系數計算如表3所示。

根據現場試驗可知，所有群錨基礎的上拔破壞模式均為單根錨筋被拔出破壞，基礎破壞時的典型照片如圖8所示。

3 結論

(1)強風化凝灰巖地質條件下，錨固深度為1，2，3 m的單錨基礎的上拔破壞模式均為錨筋被拔出破壞。單錨基礎的極限抗拔承載力隨錨固深度的增加而增加，但并非呈線性遞增關系，錨筋的有效錨固長度為2 m。

(2)強風化凝灰巖地質條件下，錨固深度為2，3 m的群錨基礎的破壞模式均為單根錨筋被拔出破壞。群錨基礎的極限抗拔承載力并非同條件下單錨基礎極限抗拔承載力的簡單疊加，而是存在“群錨效應”問題。強風化凝灰巖地質條件下的群錨基礎的樁間距應根據實際工程需要通過優化分析確定。

［1］魯先龍，程永鋒.我國輸電線路基礎工程現狀與展望［J］.電力建設，2005，26(11):25-27.

［2］DL/T 5219—2005.架空送電線路基礎設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］費香澤，程永鋒，蘇秀成，等.華北地區輸電線路巖石錨桿基礎試驗研究［J］.電力建設，2007，28(1):26-28.

［4］秦慶芝，毛彤宇，劉學軍，等.華北地區巖石錨桿基礎設計及試驗研究［J］.電力建設，2007，28(1):22-33.

［5］于泓，高毅，秦慶芝，等.巖石錨桿基礎應用及效益分析［J］.電力建設，2007，28(4):34-35.

［6］鄭衛鋒，魯先龍，程永鋒，等.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):12-14.

［7］丁士君，魯先龍.輸電線路巖石錨桿基礎載荷試驗［J］.電力建設，2010，31(11):1-5.

［8］程永鋒，魯先龍，鄭衛鋒.輸電線路工程巖石錨桿基礎的應用［J］.電力建設，2012，33(5):12-16.

［9］鄭衛鋒，魯先龍，程永鋒，等.輸電線路巖石嵌固式基礎抗拔試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2009，28(1):152-157.

［10］GB 50007—2011建筑地基基礎設計技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

(編輯:張媛媛)

Experimental Study on Rock Anchor Foundations under Strongly Weathered Tuff Geological Condition

FENG Bing1，XIE Fang2
(1.State Grid Shaoxing Electric Power Bureau，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China; 2.Shaoxing Universty Yuanpei College，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China)

Strongly weathered tuff geological condition was encountered under the construction of large crossing towers in the Yuhuan Substation–Yueqing Substation 500 kV double-circuit power transmission line project.Static pullout tests were conducted for nine single anchor foundations and six group anchors foundations.The variation of internal force and strain of anchors were tested and analyzed.Meanwhile，the failure modes and bearing characteristics of the rock anchor foundations were obtained.The experimental results show that the internal force of single anchor increases with the increase of load.The internal force decreases with the increase of buried depth，and reduces to zero beyond certain berried depth. The ultimate pullout capacity of group anchor foundation is not the simple sum of that of single anchor foundation，in which the group anchor effect exists.This study also provides a reference and basis for practical engineering application.

rock anchor foundation;ultimate uplift capacity;effective anchorage length;coefficient of group anchor effect

TM 75

A

1000－7229(2014)01－0046－04

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.009［HT］

國網浙江省電力公司群創項目(5211SX13502S)。

2013-07-14

2013-08-17

馮炳(1982)，男，碩士，工程師，主要從事輸電線路結構設計工作，E-mail:zepdifb@163.com;

謝芳(1981)，女，碩士，講師，主要從事地基基礎研究和教學工作，E-mail:xiefangyp@163.com。