自鎖錨桿在實際工程中的運用

摘要：某工程項目位于山頂，場地情況較為復雜，無法大面積開挖且材料轉(zhuǎn)運困難。本文通過結(jié)合現(xiàn)場實際情況，比對傳統(tǒng)錨桿方案，確認采用了自鎖錨桿方案，介紹了受力分析以及模型計算的過程，最后通過經(jīng)驗總結(jié)給出了合理的基礎(chǔ)選型的方案、注意事項、塔基應(yīng)用前景等，為以后相似類型的鐵塔基站建設(shè)提供了設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；自鎖錨桿；基礎(chǔ)設(shè)計；應(yīng)用

1、工程概況

1.1 場景介紹

本工程位于某地風景區(qū)山頂處，相對平地高度約210m。場地表面基巖外露，呈青灰色，巖石裂隙發(fā)育不發(fā)達、較為完整，初步判斷開挖難度較大。由于山路崎嶇，部分路段坡度較為陡峭，大型工程車輛進場較困難，而且山路只能到達離擬建場地約0.8公里處，剩余路段為灌木叢，僅能勉強徒手步行至擬建場地，因此，施工機械、施工材料無法到達，需通過搭設(shè)腳手架等方式來進行二次轉(zhuǎn)運。建設(shè)方及業(yè)主要求有：在此新建35m四角信號監(jiān)測塔及建筑面積不少于60㎡的景觀機房、盡量減少基礎(chǔ)工程量，附屬工程以降低造價、盡量減少對景區(qū)原有地貌的破壞。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)某地勘單位提供的地勘報告，本基站巖土層可分為3層，自地表向下依次為：①殘積土；強風化巖；中風化巖，該層未穿透；根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010[1]的規(guī)定，擬建區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，所屬的設(shè)計地震分組為第三組。該場地土2.0米厚度范圍內(nèi)的等效剪切波速為275m/s左右；該場地覆蓋層厚度小于2.0米，據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010判定，該場地土為中硬土，根據(jù)等效剪切波速和覆蓋層厚度，可以確定擬建區(qū)建筑場地類別為Ⅰ1類建筑場地。具體地質(zhì)條件參數(shù)和柱狀圖詳見表1-1、圖1-2。

2、基礎(chǔ)方案比選

2.1 數(shù)據(jù)對比分析

課題小組成員通過對自鎖錨桿的研究，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)錨桿相比，自鎖錨桿更適合應(yīng)用于本工程設(shè)計當中。它的優(yōu)點有：工程量降低明顯，施工成本降低34%左右且塔型越高造價降低越明顯；自鎖錨桿中除了砂漿的粘結(jié)還有了錨頭的物理鎖定，大大提高了錨桿抗拔可靠性；同等孔徑、孔深條件下，自鎖錨桿比傳統(tǒng)錨桿理論抗拔值提高約2倍，安全儲備余量充足。由此可見，自鎖錨桿可以更小的工程量來達到更大安全效果，正好減少了施工材料搬運的工程量，故本工程設(shè)計采用自鎖錨桿方案。

2.2自鎖錨桿施工工藝

其先在巖石層中用普通鉆頭鉆孔至設(shè)計深度，然后改用擴孔鉆頭將孔底擴展成錐形，再將安裝有錨頭的錨桿插入孔中，最后在軸壓力的作用下使錨頭張開實現(xiàn)自鎖并灌入無機粘結(jié)漿料。工藝流程主要分為：鉆直孔→擴孔→清孔→自鎖錨桿制作安裝→注漿→拉拔試驗→驗收及資料整理。與傳統(tǒng)錨桿相比工藝流程多了一個擴孔、錨桿擴脹完成自鎖的過程，也是自鎖錨桿施工的核心部分，所以務(wù)必確保滿足施工工藝，從而發(fā)揮出其強大的抗拔性能。

3、自鎖錨桿設(shè)計

3.1基礎(chǔ)選型

本工程擬建35米四角塔（圖3-1 b），考慮到進場施工比較困難，因此設(shè)計時需考慮在確保安全的前提下，盡量減少工程量，以降低施工難度和造價。因此對于塔基的選型做了全面對比，方案2選用筏板基礎(chǔ)（圖3-1 c），該方案雖然從設(shè)計上來說確保了塔基安全，但是不適用于現(xiàn)場實際情況，該方案混凝土方量達到70m3、鋼筋使用量達到3.5t、開挖土石方約95m3左右，且開挖石方需要轉(zhuǎn)運出場外，綜上所述該方案僅考慮到了基礎(chǔ)的安全性，未考慮到現(xiàn)場實際施工的可行性。后來經(jīng)過小組成員討論決定采用方案1，柱下獨立基礎(chǔ)配合自鎖錨桿再用聯(lián)系梁將四個塔腳連接以增加基礎(chǔ)的整體剛度（圖3-1 a）。經(jīng)過測算該方案混凝土方量僅有45m3，鋼筋使用量僅為2.6t，與方案2相比各方面工程量降低明顯，大大減少了施工難度和相關(guān)施工造價，因此，本工程最終方案選用方案1。

3.2受力分析與計算

根據(jù)對自鎖錨桿的研究，本工程自鎖錨桿主要受拉伸荷載和剪切荷載共同作用。因此需要驗算錨桿的抗拔承載力和抗剪承載力，根據(jù)鐵塔資料可知塔腳內(nèi)力標準值：彎矩Mk=1612KN.m，剪力VK=109KN，軸力N=198KN，單個塔腳反力標準值：下壓力NP=131KN，上拔力：Nt=97，水平力NV=65KN。

3.2.1抗拔承載力驗算；

本工程選用12根型號為JYM830-32的普通螺紋鋼筋作為錨桿，植入中風化巖石深度為3m，根據(jù)本次實驗結(jié)果可知單根錨桿抗拔承載力特征值為295KN>單根塔腳上拔力=97KN。故單個塔腳抗拔承載力滿足要求；

3.2.2抗剪切驗算；

錨桿所受剪切力是山區(qū)邊坡地形產(chǎn)生滑移趨勢造成的，根據(jù)《移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》YD/T5131-2005-7.4.6[2]并加以推導可知滿足下式即可：

[N+G?u+RV?nH≥1.3]，

其中查閱《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003[3]中的表3.4.1-1可知：RV=170N/㎜2，查閱《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002[4]中表6.6.5-1可得，u=0.65；取n=5，帶入上式可得：[（97+250）·cos15°-65′sin15°]· 0.65+4· 136/（97+250）·sin15°+65·sin15°=1.41>1.3。僅需4根鋼筋即可滿足基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定，可知本工程錨桿鋼筋數(shù)量遠遠大于抗滑移要求。到這里抗拔自鎖錨桿內(nèi)力計算基本完成，最終方案圖紙詳見圖3-2。

4、結(jié)論與建議

4.1自鎖錨桿的運用可以有效降低工程造價以及儲存更多的安全余量；

4.2地質(zhì)參數(shù)的優(yōu)劣決定了自鎖錨桿的實際抗拔性能，因此運用工程中時，實際抗拔性能以現(xiàn)場拉拔實驗為準。

4.3在設(shè)計初期無錨桿實驗參數(shù)且對當?shù)亟?jīng)驗不足時，為保證結(jié)構(gòu)安全，建議錨桿承載力大小確定取較大抗拔剛度，對底板配筋設(shè)計時取較小抗拔剛度值。

參考文獻：

[1] GB50011-2010， 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]YD/T5131-2005， 移動通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50017-2003， 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]GB50007-2002， 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].