貴州某輸電線路巖石錨桿施工及抗拔力試驗

易賢龍 劉 永 董 鵬 楊建華 甘小迎

（中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

0 引 言

近年來隨著特高壓輸電線路的快速發展，傳統基礎形式對于巖土體自身承載能力的發揮利用存在較大局限性，且對于傳統基礎形式，巖土體的挖填對生態環境造成的破壞較大，不符合綠色施工的原則，特別對于運輸困難的山區，選擇經濟合理的基礎形式以充分利用巖土體自身承載特性，從經濟投入上可節約大筆資金。區別于傳統樁基礎，巖石錨桿基礎主要采用機械成孔的方式，錨桿的一端直接錨固于其上部的承臺中，下部依靠帶肋螺紋鋼筋通過水泥砂漿與巖體作用，形成錨固體來承受抗拔或抗拉。

目前單根錨樁常見的破壞形式主要存在三種模式，一種為錨桿的直接拉裂破壞；第二種為當錨桿與砂漿之間的強度不能滿足工程要求時，錨桿直接從錨固體中拔出，而錨固體并未破壞；另外一種破壞模式為錨固體的整體破壞，其表現形式為地表的隆起或錨固體整體被拔出等，此時錨桿仍被水泥砂漿形成的混凝土包裹，并未破壞，其主要原因在于水泥砂漿與錨固體之間的摩阻力較小，不能滿足上拔荷載的要求。

國內巖石錨桿技術主要源于20世紀50年代，河北龍煙鐵礦、湖南湘潭錳礦等單位創造性地將巖石錨桿支護技術應用于礦上巷道上，之后該技術在鐵路隧道及邊坡支護中被大量采用，70年代以后，巖石錨桿技術與理論在諸多領域被逐漸發展并完善。

對于山區輸電線路，覆蓋層均較薄，電線桿和鐵塔的傳統基礎多采用人工挖孔灌注樁基礎，施工周期長，如采用巖石錨桿基礎，可大大節約施工周期。同時對于承受抗拔荷載的塔腿基礎，在滿足上拔荷載的要求下，且下伏巖體能完全滿足設計要求時，巖石錨桿基礎能在很大程度上節約鋼筋水泥材料。整體而言，采用巖石錨桿基礎既經濟又節約，且能適應現如今施工周期短的特點。

輸電線路巖石錨桿技術有別于其它錨固技術，其目的在于給予輸電線路提供抗拔力，防止輸電線路電線桿和鐵塔在風荷載及冰荷載等載荷作用下發生傾倒破壞[1-2]。目前輸電線路巖石錨桿技術主要集中以下幾方面的研究：

（1）單根錨桿基礎的上拔破壞模式與抗拔承載性能之間的關聯性。

（2）單根錨筋的應力分布規律及應力有效傳遞范圍。

（3）群錨基礎在水平力+上拔力聯合作用下的承載性能。

（4）巖石錨桿基礎的選型和設計參數的優化。

（5）巖石錨桿基礎的施工工藝優化。

為研究輸電線路巖石錨桿在不同巖體、不同鉆孔直徑、不同錨固深度對抗拔力的影響，本文通過對貴州某輸電線路單根錨桿進行現場拉拔試驗，研究巖石錨桿基礎不同破壞形態下各自的主要影響因素，為今后巖石錨桿基礎在工程中的實際應用提供借鑒和參考依據。

1 輸電線路巖石錨桿施工要求

1.1 巖石錨桿適用范圍

目前國內輸電線路對采用巖石錨桿技術并未形成統一的規定，行業內普遍默認的幾點要求如下：

（1）巖性條件：對于極軟巖不適宜，軟巖、較軟巖、較堅硬巖及堅硬巖中可采用；對于全風化巖應慎用，其它風化程度均可采用；對于極破碎巖不可采用，其它完整性程度均可采用。

（2）地表覆蓋層厚度要求：不宜超過2m。

（3）地下水條件：鉆孔范圍無穩定地下水位且地表水不發育。

1.2 巖石錨桿基礎材料選取

（1）錨桿直徑不宜大于40mm，且錨桿優先采用帶肋的高強螺紋鋼（HRB400）；

（2）灌注用的細石混凝土等級不低于C30；

（3）錨桿孔深度不宜小于3m；

（4）錨桿孔的直徑宜取2～3倍錨桿直徑；

（5）灌注時應采用一定措施對錨桿進行定位與錨固；

（6）巖石錨桿基礎設計中可增加錨筋直徑、減少錨桿數量、優化錨孔間距，減小錨樁承臺尺寸[3]。

1.3 巖石錨桿基礎施工注意事項

（1）施工前，應對施工區域內地表覆蓋層及全風化巖層進行清表處理；

（2）錨桿孔鉆進過程中應盡量保證巖體完整性；

（3）鉆進完成后，應及時對錨桿孔進行清孔處理，孔內不允許殘留石粉、浮土及孔壁松散活石等；

（4）在灌注細砂混凝土前應再次進行清孔處理，同時對孔壁進行濕潤處理，并應保證開孔與灌注之間時間間隔；

（5）細石混凝土中宜加入3%～6%的膨脹劑或減水劑，細石粒徑宜選取5～8mm，并采用中砂；

（6）澆筑時每一層厚度宜控制在0.3～0.5m之間，且每一層應振搗密實。

2 試驗過程

2.1 試驗參數

本次試驗依托于貴州省某輸電線路GN58和GN59鐵塔進行。采用海創HC-50錨桿拉拔儀（一體式）及XH-75/0.01mm位移計對試驗錨桿（索）施加軸向拉力進行檢測。

錨固體巖性為砂質泥巖，呈棕紅色或紫紅色，泥質結構或粉砂泥質細晶結構，薄層～中厚層狀構造。節理裂隙發育，裂面被褐黑色的鐵錳質浸染，局部陡傾裂隙發育。該巖石遇水易軟化，暴曬易崩解、開裂。試驗參數如表1。

表1 試驗參數

2.2 試驗方法

試驗按照《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）有關永久性錨桿驗收試驗的規定進行。

錨桿抗拔驗收試驗加、卸荷，并應符合下列規定：

前三級荷載可按試驗荷載值的20%施加，以后每級按10%荷載施加；達到檢驗荷載后觀測10min，在10min持荷時間內錨桿的位移量應小于1.00mm。當不能滿足時持荷至60min時，錨桿位移量應小于2.00mm。卸荷到試驗荷載的0.10倍并測出錨頭位移。

當滿足以下條件時，可定為試驗錨桿合格：

（1）變形穩定發生在試驗加載到設計最大值時；

（2）錨桿試驗整體彈性位移大于等于錨桿自由段變形量的80%，且小于等于錨固段一半長度與自由段長度之和的理論彈性伸長值。

錨桿滿足設計要求后按照預計最大加載值的0.1倍增量繼續進行試驗，直至錨桿出現以下情況：

（1）錨頭位移不收斂，錨固體整體從巖土體中被拔出，或者錨桿從錨固體中拔出；

（2）錨桿整體拉斷破壞；

（3）錨桿錨頭總位移量超過設計允許值；

（4）錨頭位移增量大于等于前一級荷載位移增量的2倍；

（5）巖石錨桿在3h內其錨頭位移未達到相對穩定標準值。

當出現以上情況時取前一級荷載值為錨桿的最大拉拔力。

根據下列公式計算桿體自由段長度理論彈性伸長值和桿體自由段與1/2桿體粘結段長度之和的理論彈性伸長值[4]。

式中：

ΔL1——桿體自由段長度理論彈性伸長值，mm；

Qmax——最大試驗荷載，kN；

Q0——初始試驗荷載，kN；

L1f——桿體自由段長度，m；

E——桿體彈性模量，MPa；

As——桿體橫截面積，m2。

式中：

ΔL2——桿體自由段與1/2桿體粘結段長度之和的理論彈性伸長值，mm；

Qmax——最大試驗荷載，kN；

Q0——初始試驗荷載，kN；

L1f——桿體自由段長度，m；

Ltb——桿體粘結段長度，m；

E——桿體彈性模量，MPa

As——桿體橫截面積，m2。

3 試驗結果

3.1 破壞模式

輸電線路巖石錨桿單錨基礎主要存在以下幾種破壞模式：

（1）錨桿拉斷，當錨桿的抗拉強度設計值小于其所受的上拔荷載時，錨桿直接被拉斷。

（2）錨桿與錨固體粘結破壞，即當錨桿與細石混凝土之間粘結強度設計值不能滿足上拔荷載時，錨桿直接從錨固體中被拔出。

（3）錨固體與巖體粘結破壞，即當錨固體與巖體之間粘結強度設計值不能滿足上拔荷載時，錨固體直接從巖體中被拔出。

（4）巖體剪切破壞，當上拔荷載較大時，且錨固體與巖體之間粘結強度、錨桿與錨固體之間粘結強度均能滿足上拔荷載要求，巖體的完整性和強度將作為主要控制因素，會在錨桿周圍巖體中形成倒錐形的剪切破壞面，錨桿連同巖體一起被拔出[5]。

（5）群錨巖體整體剪切破壞，對于群錨基礎由于錨桿之間受力體之間的應力疊加，會加大巖體受力面上的剪切荷載，易造成群錨巖體的整體剪切破壞[6]。

本次試驗主要破壞模式為錨桿桿體從灌漿體內被拔出，如圖1所示。

圖1 錨桿破壞模式

3.2 破壞荷載確定

通過對其中一組巖石錨桿加載荷載及位移曲線進行統計，得到如圖2所示力-位移曲線。

圖2 力-位移曲線

通過對上述力-位移曲線進行分析可知，曲線呈緩變形，錨桿在120kN時的錨頭位移增量大于110kN時增量的2倍，錨桿發生破壞，取110kN為該錨桿的最大抗拔承載力[7]。

4 結束語

本次試驗依托貴州省某輸電線路，采用錨桿拉拔儀及位移計對試驗錨桿（索）施加軸向拉力進行檢測。測定錨桿在試驗加載過程中力-位移曲線，確定破壞荷載，取110kN為該錨桿的最大抗拔承載力；驗證了巖石錨桿基礎主要破壞模式為錨桿桿體從灌漿體內被拔出。

綜上所述，巖石錨桿基礎的主要破壞模式為錨桿從錨固體中拔出，錨桿與細砂混凝土之間的摩阻力決定了該巖石錨桿的主要抗拔力荷載，錨固體與巖體之間摩阻力并非主要控制因素。