錨固技術在線路塔基中的應用研究

戴如金 薛宏 宋穩海

摘要：錨固技術目前廣泛用于井巷工程及工業民用建筑領域，在地面軟土層、松散基巖中技術、經驗相對薄弱，其應用也不甚廣泛。文章闡述了錨固技術在地面軟土層及松散基巖里線路基塔加固中的應用，為克服地面基塔加固中錨桿施工的盲目性及隨意性做出了巨大貢獻，為以后相同或類似的工程提供了有力的技術及經驗借鑒。

關鍵詞：錨固技術;線路塔基;剪切力;拉拔力;井巷工程;工業民用建筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM75 文章編號：1009-2374（2016）04-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.015

1 概況

新疆庫車縣夏闊坦礦位于庫車縣以北阿格鄉夏闊坦村。地表為裸露三疊系、侏羅系基巖，地貌為山地，起伏很大，坡度陡峻，溝谷幽深。我礦35kV送電線路俄夏線有6根線桿的基礎因前期施工質量問題存在基礎裸露缺陷，后期又受風雨侵蝕而導致塔基基礎、局部裸露嚴重，需要維護。經過現場勘查和分析，提出了多種施工方案，最后確定了錨桿作為地拱的加固方案，利用野外空壓機施工錨桿，后期用霸線與塔體連接固定。

2 施工方案對比

6根線桿均處在山地內，經過多次勘察，無通車道路，運送材料成為最大難題，需要人工搬運物料。混凝土澆灌技術加固塔基，無疑需花費大量的人力、物力、財力。

加固 錨桿錨固劑 錨桿規格20×2200mm 24 600 400

通過方案比較，混凝土澆筑線桿基礎，所需材料費用及運輸費用遠高于錨固技術加固塔基，另外，結構澆筑所花費的工數多，耗費時間長。時值冬期，天氣寒冷，白天最高氣溫低于5℃，夜晚氣溫均低于-10℃。持續的低溫嚴重影響混凝土的凝固，線桿基礎質量難以保證。錨固技術加固基塔方案成功地避免了以上困難。

3 錨固技術加固塔基方案設計

線桿塔基所處區域地表由碎石土、堅硬狀粉質黏土、堅硬狀黏土構成。地表土層厚度不超過400mm。土層以下為粉砂巖、細砂巖、中砂巖。巖層普氏系數為7，無大的地質構造，巖層局部破碎有裂隙。錨桿角度基本平行于霸線延伸方向，選擇基巖較完整區域，霸線基本與線路方向垂直。每根線桿施工2根霸線，霸線每個底腳兩根錨桿，間距約0.5m。

3.1 錨固參數選型數值模擬分析

巖體錨固參數偏重于錨桿長度和錨桿直徑，錨桿長度和錨桿直徑都存在著極限值，并不是通常認為的愈長愈好和愈粗愈好。對非全長錨固錨桿的極限長度宜大于塑性區厚度且不宜過多地超出塑性區范圍，其理論依據是，在塑性區錨桿產生的拉應力遠遠大于彈性區，錨桿過長帶來作用效率降低且不經濟;對錨桿直徑，其僅與最大剪應力有關，由于粘結層強度的限制，故錨桿存在著極限直徑。

錨桿深入巖石中，其端部承受拉拔力，假設錨固劑與巖體為性質相同的彈性材料，錨桿所作用的巖體可視為半空間，深度z處作用—集中力，如圖1所示：

在任意點C（x，y，z）處的垂直位移分量W可由Mindlin位移解確定：

為避免錨桿頭由其所承受的拉拔力造成橫向的剪切力，施工錨桿與霸線拉伸方向一致。在Mindlin假設坐標中，y軸分量為0，x軸為L×cosβ，z軸為L×sinβ。L為錨桿長度，β為錨桿與巖層夾角。從式（5）、式（6）可以看出，當圍巖性質、錨桿參數確定的情況下，錨桿桿體所受的剪切力與錨桿施工夾角成反比。角度越大剪切力越小，反之增加。

3.2 錨固長度確定

錨桿從錨固段至外段的長度范圍內承擔了絕大部分的剪應力和軸向應力，可將該段長度稱為錨桿體的有效錨固長度。錨桿與巖體的彈模之比越小，即巖體越硬，錨桿所受的剪應力峰值越大，剪應力、軸向應力分布范圍越小，應力集中程度越大，則錨桿的有效錨固長度就越小。Ec/E比值越大，即巖體越軟，錨桿所受的剪應力峰值越小，剪應力、軸向應力的分布范圍越大、越均勻，則錨桿的有效錨固長度也就越大，從某種意義上說，用預應力錨桿加固軟巖的效果比加固硬巖的效果更好，因此錨桿直徑、圍巖性質及錨桿長度決定錨固長度。

式中：P為錨固長度;N為設計軸向力;d為錨桿直徑;q為錨固體與周圍巖土的粘結強度，取25kPa。N=P/K，K為錨桿安全系數。根據危害的輕重、臨時錨桿或永久錨桿選擇K（1.4～2.2），取K=2.0.可得出錨固長度L：L=80×2.0/（3.14×0.02×25）=101.91mm。考慮到一定富余量，用4根ZK2335錨固劑能滿足設計要求。

3.3 線桿霸線拉力分析

霸線所受拉力為錨桿拉拔力，大小相等方向相反。水平方向的拉力在固定線桿，防止線桿搖擺上起到主要作用。F水平=F×sinβ，角度越小，線桿所受水平拉力越大，固定作用越強。但隨著角度的減小，錨桿桿體所受剪切力增大，會嚴重影響錨固體的使用壽命，降低承載強度。

令τ=F水平，即F×sinβ，可得出β=48°27′，取實際有效值為48°27′。如圖2可以看出，錨桿施工角度為48°27′時，錨固體所受剪切力與線桿水平拉力大小相等，達到最優固定效果。

4 方案分析

利用錨固技術對35kV電路線桿加固，充分利用錨桿拉拔力固定線桿。線桿在風力的作用下，有基于基點向四周擺動趨勢，此時可以利錨固體的抗拔作用力來進行抵抗。錨固體所受軸向應力及剪應力隨著角度的增大而減小，但線桿霸線所受水平拉力減小，對線桿的固定達不到預期效果，并且錨桿外端部所受剪力會徒然增加，嚴重破壞錨固體結構，影響錨桿使用壽命。根據經驗及公式計算，線桿霸線伸展方向應于錨桿施工方向一致，施工角度為48°27′時最優。采用長度2.2m、直徑20mm的錨桿，每孔4塊ZK2335型樹脂藥卷，依靠錨桿周圍的地層的抗剪強度來傳遞錨固體的拉力并保持地層自身的穩定。線桿基塔工程中采用錨固技術，大大縮小結構物體積，節約工程材料，有利于施工安全，并且能夠滿足線桿穩定所需的外力作用。

5 結語

我單位使用錨固技術加固35kV線桿基塔，是一項重大的技術革新，減少了傳統基塔固定技術所需的材料費用及其運輸費用，簡化了施工工序，大幅降低造價及人工費用，為以后同類工程的施工提供了重要的參考依據。

（責任編輯：周 瓊）