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        塑料大棚壓膜線地錨抗拉拔性能測(cè)試

        2017-04-06 16:08:17丁小明周磊閆俊月周長(zhǎng)吉潘守江
        關(guān)鍵詞:粘土磚力值抗風(fēng)

        丁小明+周磊+閆俊月+周長(zhǎng)吉+潘守江+尹義蕾+李明

        【摘要】塑料大棚是中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施,目前為139萬hm2。在中國(guó)南方很多地區(qū),塑料大棚的抗風(fēng)能力在很大程度上取決于壓膜線地錨的抗拉拔力,壓膜線和地錨的破壞是造成塑料大棚在風(fēng)載荷作用下破壞的主要原因之一。所以,風(fēng)荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文以中國(guó)塑料大棚常用的地錨為研究對(duì)象,研究粘土磚和螺旋地樁在不同埋深、不同土壤壓實(shí)度下的抗拉拔性能,研究結(jié)果表明,回填土保證一定的密實(shí)度,粘土磚在一定的埋深下,拉拔力能達(dá)到1.5 kN以上。而螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN。對(duì)于要求拉拔力不大于2 kN的抗風(fēng)設(shè)計(jì),可以采用經(jīng)濟(jì)性較好的粘土磚作為地錨。對(duì)于較高的抗風(fēng)設(shè)計(jì),由于粘土磚本身有極限抗拉強(qiáng)度,應(yīng)采取一定的保護(hù)措施,如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式,防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。此外,壓膜線地錨的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強(qiáng)度,壓膜線地錨的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強(qiáng)度,并留出一定的安全余量。

        料大棚是我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施,目前為139萬hm2 [1]。在塑料大棚的設(shè)計(jì)中,風(fēng)荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是2個(gè)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)于壓膜線地錨的設(shè)計(jì),機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定可采用混凝土基礎(chǔ)或其他固定形式。采用混凝土基礎(chǔ)時(shí),預(yù)埋深度不應(yīng)小于30 cm,橫向尺寸不小于8 cm。浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)[3]規(guī)定塑料大棚覆膜后采用專用壓膜線,每拱1根,并用螺旋樁、地拉桿等固定。江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)[4]規(guī)定膜線間距不大于1.6 m,兩端用地錨固定。北京市農(nóng)林科院蔬菜所大棚組[5]采用8號(hào)鉛絲拴在磚上當(dāng)?shù)劐^,磚放平埋入地下50~60 cm,上面夯實(shí),以兩人用力拉不出來為準(zhǔn)。把8號(hào)或10號(hào)鉛絲拴在地錨上,效果很好。汪士尚[6]認(rèn)為塑料壓膜線拴系在塑料大棚兩側(cè)的直徑為12 mm中碳鋼制成的螺旋形地樁上,即可壓緊棚膜,又能部分地平衡和承受風(fēng)載對(duì)大棚產(chǎn)生的引力,對(duì)大棚骨架起錨固作用。黎蘭獻(xiàn)等[7]認(rèn)為壓膜線打樁鐵樁固定,采用長(zhǎng)50~60 cm、直徑2~3 cm的鐵條,上部做彎鉤,下部插入地里。另有一種專門的壓膜鉤,一個(gè)鐵鉤插入一個(gè)承重的磚塊。在上海、江蘇和浙江一帶,一般采用圓鋼與鐵板焊制而成的螺旋地樁,螺旋地樁由Ф10 mm圓鋼組成。在上海地區(qū),地樁長(zhǎng)30 cm或40 cm;在江蘇地區(qū)地樁大多長(zhǎng)45 cm,另一種形式為60 cm。地樁直接旋轉(zhuǎn)插入土壤中,對(duì)于較難插入的地樁,再用管件作為輔助工具旋轉(zhuǎn)插入。螺旋地樁安裝后,再用鋼管或低碳鋼絲與螺旋地樁固定,壓膜線拴系在鋼管或低碳鋼絲上。優(yōu)點(diǎn)是施工和拆卸方便,缺點(diǎn)是使用3~5年后,容易生銹,失去地錨作用。云南地區(qū)的典型做法主要是用角鋼插入地下40~50 cm,壓膜線直接與角鋼連接。滄州溫室制造廠制作的塑料大棚壓膜線地錨,用8號(hào)低碳鍍鋅鋼絲拴系在1塊或2塊粘土磚上,然后將其埋入深40 cm的土中?,F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)壓膜線地錨的描述僅限于定性描述階段,缺少必要的定量數(shù)據(jù),為設(shè)計(jì)帶來不便。本文將針對(duì)拱桿基礎(chǔ)和壓膜線地錨設(shè)計(jì)了不同埋深、不同基礎(chǔ)形式的抗拉拔力試驗(yàn),為塑料大棚風(fēng)荷載設(shè)計(jì)提供參考。

        拉拔力試驗(yàn)

        影響拉拔力數(shù)值大小的重要影響因素,一是土層抗壓強(qiáng)度,受到拉拔力作用時(shí),土壤在地錨埋入部分圓周方向?qū)ν翆佑袛D壓擴(kuò)張力,當(dāng)土層抗壓強(qiáng)度較低時(shí),土層局部被擠壓破壞,故較容易被拔出;當(dāng)土層抗壓強(qiáng)度較高時(shí),土層局部未被擠壓破壞或破壞較輕,使根部的擠壓擴(kuò)張力得以維持,該擠壓擴(kuò)張力使得地錨與土層之間的摩擦力增大,故不容易被拔出,土層抗壓強(qiáng)度高時(shí)拉拔力也高。本文要試驗(yàn)驗(yàn)證不同強(qiáng)度土與最大拉拔力的關(guān)系,采用貫阻力值描述土層強(qiáng)度。二是埋設(shè)深度,埋設(shè)的深淺對(duì)拉拔力應(yīng)有較大的影響,目前的埋設(shè)深度大多集中在30~50 cm之間。埋設(shè)的深淺對(duì)拉拔力有較大影響,目前的埋設(shè)深度大多集中在3~45 cm之間,試驗(yàn)設(shè)計(jì)從30 cm埋設(shè)深度開始,做到埋設(shè)深度50 cm為止。目前壓膜線地錨有2種方式,一種是利用鍍鋅低碳鋼絲拴系石塊或粘土磚的形式,另一種就是專用的螺旋地樁。分別驗(yàn)證2種不同地錨方式對(duì)拉拔力的影響。試驗(yàn)用的燒結(jié)普通磚為粘土磚,尺寸為240mm×115 mm×53 mm。埋深深度指粘土磚和混凝土塊下表面距離土層表面的距離。

        試驗(yàn)儀器

        用錨桿拉拔儀(圖1)進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)。動(dòng)力為液壓油缸,可以將埋在土壤中的地錨拉拔出來,并記錄最大力。

        填土密實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀,用于檢測(cè)回填土的干密度和均勻性,可取代環(huán)刀法灌沙灌水法全方位地檢查填土質(zhì)量。電子智能填土密實(shí)度監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo):測(cè)量范圍:0~1000 N;測(cè)試深度:0~30 cm;被測(cè)介質(zhì):碾壓后的各種回填土、粘土、砂土、混合土;相應(yīng)測(cè)試結(jié)果:填土的干容重、土的壓實(shí)系數(shù);精度:≤0.5%;儀器重量:3 kg。

        試驗(yàn)方法

        鍍鋅鋼管澆砼埋深拉拔力試驗(yàn),將不同澆灌砼方式的鍍鋅鋼管埋深40、50 cm,分不同的夯實(shí)力,進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。螺旋地樁埋深拉拔力試驗(yàn),將螺旋地樁埋入土壤中,分不同的夯實(shí)力,進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。粘土磚埋深拉拔力試驗(yàn),將2種不同拴系規(guī)格的粘土磚埋入不同埋深,分不同的夯實(shí)力,進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

        壓膜線地錨抗拉拔力試驗(yàn)結(jié)果分析

        以粘土磚為地錨的測(cè)試結(jié)果

        壓膜線地錨用磚時(shí)的測(cè)試結(jié)果見表1。根據(jù)表1繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。

        試驗(yàn)結(jié)果表明,拉拔力與貫阻力值成線性關(guān)系,從線性回歸方程看,線性關(guān)系較好。另外,隨著埋設(shè)深度的增大,拉拔力逐漸增大。但有一點(diǎn)需要指出,粘土磚有一定的抗拉強(qiáng)度,當(dāng)抗拔力超過粘土磚的抗拉強(qiáng)度時(shí),粘土磚會(huì)被拉斷。所以,對(duì)于一定規(guī)格的粘土磚,并不是埋得越深,抗拉拔力越大,埋設(shè)深度到一定深度后,該值將達(dá)到一極限值。從圖2可以看出,2條擬合線隨著貫入力值的增加最終相交,此時(shí),粘土磚被拉斷,抗拉拔力達(dá)到最大值。根據(jù)圖2擬合所得線性回歸公式計(jì)算,當(dāng)貫入力值為85 N時(shí),抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN。

        以螺旋地樁為地錨的測(cè)試結(jié)果

        壓膜線地錨用螺旋地樁時(shí)的測(cè)試結(jié)果見表2。根據(jù)表2繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。由圖3可知,以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力隨著貫入力的增大而線性增大。根據(jù)回歸公式計(jì)算,當(dāng)貫入力值為85 N時(shí),抗拉拔力僅為0.53 kN。

        由圖4可見,以粘土磚和螺旋地樁為壓膜線地錨的測(cè)試結(jié)果表明,壓膜線地錨的抗拉拔力與貫入力成線性關(guān)系。目前工程上常用的2種壓膜線地錨,以粘土磚為地錨的抗拉拔力明顯高于以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力。根據(jù)擬合線性回歸方程,當(dāng)貫入力值為85 N時(shí),前者抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN,而后者僅為0.53 kN。以粘土磚為壓膜線地錨的最大抗拉拔力不僅取決于埋設(shè)深度、貫入力值,還取決于粘土磚本身的抗拉強(qiáng)度,以粘土磚為壓膜線地錨的極限抗拉拔力值發(fā)生在粘土磚被拉斷時(shí)。

        結(jié)論與建議

        對(duì)于塑料大棚壓膜線地錨,回填土保證一定的密實(shí)度,粘土磚在一定的埋深下,拉拔力能達(dá)到1.5 kN以上。但目前工程中用的螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN,對(duì)于需要抗風(fēng)較大的地區(qū),螺旋地樁不是很好的選擇,雖然可以通過增加螺旋地樁的截面積提高抗拉拔力,但增加截面積又增加了旋入的工程難度,應(yīng)綜合加以考慮。此外,螺旋地樁在旋入的過程中,會(huì)破壞螺旋地樁表面的防銹漆,螺旋葉片失去防銹保護(hù),使用壽命大大降低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,2種不同的地錨方式抗拉拔力值的參考值見表3。對(duì)于要求拉拔力不大于2 kN的抗風(fēng)設(shè)計(jì),可以采用經(jīng)濟(jì)性較好的粘土磚作為地錨。對(duì)于較高的抗風(fēng)設(shè)計(jì),由于粘土磚本身有極限抗拉強(qiáng)度,應(yīng)采取一定的保護(hù)措施,如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式,防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。壓膜線地錨的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強(qiáng)度,壓膜線地錨的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強(qiáng)度,并留出一定的安全余量?,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,回填土壓實(shí)不用專業(yè)工具,直接踩實(shí),以粘土磚為地錨也能保證1.5kN以上的抗拉拔力。

        參考文獻(xiàn)

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        江):DB33/T 865-2012[S].2012.

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        (江蘇):DB32/T1590-2010[S].2010.

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        *項(xiàng)目支持:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《種植塑料大棚工程技術(shù)規(guī)范》項(xiàng)目。

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