劉 衛(wèi)，王洪濤，劉立軍

(國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊830013)

0 引 言

新疆地區(qū)作為國家“一帶一路”經(jīng)濟(jì)建設(shè)核心區(qū)，基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，高壓輸電線路逐步開始成為電力輸送的主要方式，也是新疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要命脈。相比于傳統(tǒng)形式的輸電線路基礎(chǔ)，錨桿基礎(chǔ)能大量節(jié)省混凝土和鋼材的用量，一定程度上降低了工程造價(jià)；在施工中基礎(chǔ)開挖量小，減小了對(duì)環(huán)境的破壞；在承載力上充分利用了巖石強(qiáng)度高、變形小的特征，可承受較大的豎向拔力和水平力[1]。

目前，隨高壓輸電線路的發(fā)展，各學(xué)者對(duì)錨桿技術(shù)在不同地區(qū)輸電線路中應(yīng)用進(jìn)行了研究，用以指導(dǎo)輸電工程的順利實(shí)施。費(fèi)香澤等[2]選取華北地區(qū)花崗巖、片巖和灰?guī)r等3種典型巖石，研究了錨桿基礎(chǔ)試驗(yàn)承載性狀，分析了錨桿基礎(chǔ)承載力的影響因素；吳聶斌[3]對(duì)福建地區(qū)常見的花崗巖和片麻巖這2種典型巖石，通過現(xiàn)場錨桿試驗(yàn)得到了巖石錨桿相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)；鄭衛(wèi)鋒等[4]在遼寧地區(qū)中風(fēng)化硬質(zhì)巖中進(jìn)行了復(fù)合式錨桿基礎(chǔ)現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了該基礎(chǔ)在輸電線路中的可行性；馮炳[5]針對(duì)強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r進(jìn)行了一系列單錨和群錨真型試驗(yàn)；中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院[6]結(jié)合糯扎渡—廣東、向家壩—上海、錦屏—蘇南±800 kV直流輸電線路工程，選擇強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)、強(qiáng)風(fēng)化頁巖、沉積砂巖和老粘土、砂巖進(jìn)行了系統(tǒng)的單錨和群錨真型試驗(yàn)；張晨[7]采用現(xiàn)場試驗(yàn)獲取了華中地區(qū)不同地質(zhì)條件下的巖石錨桿基礎(chǔ)承載力值。

雖然錨桿基礎(chǔ)在我國輸電線路工程中已開始逐步推廣，但新疆地區(qū)尚未有成熟工程案例借鑒?；诖耍疚倪x取新疆昌吉典型中風(fēng)化泥巖，進(jìn)行單錨和群錨現(xiàn)場真型試驗(yàn)，獲取該地質(zhì)條件下錨桿典型設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，可為新疆地區(qū)輸電電路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 地層巖性

試驗(yàn)點(diǎn)位于新疆昌吉州，表層為碎石土，厚約20 cm，鉆孔揭露下伏基巖為泥巖，紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中風(fēng)化，遇水極易軟化，天然重度為22.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角為40°，粘聚力為30 kPa。該中風(fēng)化泥巖廣泛分布于新疆昌吉地區(qū)。中風(fēng)化泥巖鉆孔巖芯見圖1。

通過表1的數(shù)據(jù)和理想數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本能夠診斷出三電平逆變器中兩個(gè)晶體管損壞在交叉橋臂的故障具體位置,而且在實(shí)際操作中,這里所用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行故障診斷時(shí)間短,速度快,準(zhǔn)確率高,能夠高效迅速的確定故障位置并進(jìn)行排除。

圖1 中風(fēng)化泥巖鉆孔巖芯

1.2 現(xiàn)場試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為對(duì)該中風(fēng)化巖石錨桿基礎(chǔ)進(jìn)行較全面系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，分別進(jìn)行了單錨和群錨在不同錨固深度下承載力特性研究。試驗(yàn)布置情況見表1。

基礎(chǔ)錨桿孔徑為90 mm，錨筋類型采用φ36螺紋鋼，型號(hào)為Q235鋼體。群錨試驗(yàn)承臺(tái)尺寸為1.2 m×1.2 m×1.0 m，錨桿的間距取4倍錨桿直徑，錨桿采用C30自密實(shí)混凝土進(jìn)行灌注。

表1 錨桿基礎(chǔ)試驗(yàn)布置

1.3 現(xiàn)場試驗(yàn)加載方案

教師要重視實(shí)驗(yàn)過程中新生成的探究問題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中也許會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的問題，教師要提醒學(xué)生重視這一閃而過的新發(fā)現(xiàn)，鼓勵(lì)他們深入探究下去，也許會(huì)有意想不到的收獲。例如，在探究“紅花檵木紫色葉片中的色素”時(shí)，某課題小組發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：紅花檵木紫紅色的葉片，加無水乙醇后變綠色，提取液為濃的墨綠色，但是劃到濾紙條上，等干燥后又變?yōu)榧t色，研磨用的器皿，殘汁干了也恢復(fù)紅色。此時(shí)，教師要鼓勵(lì)他們查閱資料，尋找原因，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)自己的猜測。這樣一個(gè)逐步分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)尋找真相的過程更能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。

1.4 數(shù)值驗(yàn)證方案

根據(jù)提標(biāo)改造的要求，大浦污水處理二廠出水提標(biāo)改造后執(zhí)行一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)，即：COD≤50mg/l；BOD5≤10mg/l；SS≤10mg/l；NH3-N ≤5 （8）mg/l；TN ≤15mg/l；TP≤0.5mg/l。污染物去除率分別為 89%、95%、96%、86%、70%、90%。

圖2 模型整體

2 現(xiàn)場試驗(yàn)成果

2.1 極限抗拔力

根據(jù)拉拔試驗(yàn)規(guī)定，取破壞階段前一級(jí)荷載作為錨桿基礎(chǔ)的極限荷載值。不同錨固深度的單錨基礎(chǔ)拉拔極限承載力見表2。從表2可知，在錨深1～3 m時(shí)，基礎(chǔ)極限承載力隨錨深增加而增大，但錨深達(dá)3 m后基礎(chǔ)極限承載力不再增大，故可取該區(qū)單錨抗拔極限承載力為450 kN。

圖3 不同錨深單錨P-S曲線

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，獲取了拉拔試驗(yàn)下不同錨固深度的單錨基礎(chǔ)荷載-位移(P-S)曲線，見圖3。從圖3可知，拉拔試驗(yàn)下，單錨基礎(chǔ)位移量隨拉拔荷載增加而增大，在試驗(yàn)破壞前錨桿位移增長較緩慢，而破壞段基礎(chǔ)位移急劇增大，該破壞具瞬時(shí)性。

機(jī)械通氣本身會(huì)造成肺臟的損傷，由此對(duì)機(jī)械通氣患者提出了肺保護(hù)性通氣概念。在滿足機(jī)體氧合與氣體交換的前提下，采取低吸入氧濃度、小潮氣量(6～8 mL/kg理想體重)、個(gè)體化的呼氣末正壓(positive end expiratory pressure，PEEP)和必要時(shí)手法肺復(fù)張[28]。研究顯示：對(duì)于全身麻醉下機(jī)械通氣的患者，采用肺保護(hù)性通氣策略會(huì)降低術(shù)后肺損傷和肺部感染的發(fā)生[29]。強(qiáng)調(diào)的是，在低吸入氧濃度基礎(chǔ)上，3種措施聯(lián)合應(yīng)用方可產(chǎn)生有效的保護(hù)作用，減少術(shù)后肺部并發(fā)癥、縮短住院時(shí)間[30]。

11○信息資源管理平臺(tái)的安全管理。應(yīng)用安全——基于電子密匙Ukey雙因子認(rèn)證；系統(tǒng)體系安全——系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，安全策略控制，安全日志；內(nèi)容安全——流量統(tǒng)計(jì)，訪問控制，頁面靜態(tài)處理。

為使試驗(yàn)結(jié)果更加方便應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目，本次單錨試驗(yàn)按CECS 22—2003《巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。根據(jù)確定的最大加載，參考JGJ 106—2003《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行?？拱魏奢d按預(yù)估最大加載量的1/10進(jìn)行分級(jí)，然后按單樁靜載試驗(yàn)方法進(jìn)行位移觀測及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)控制，穩(wěn)定后記錄鋼筋計(jì)讀數(shù)。在基礎(chǔ)破壞后取上一級(jí)加載值作為基礎(chǔ)極限抗拔承載力。

表2 單錨極限承載力成果

2.2 軸力變化規(guī)律

試驗(yàn)中，錨桿隨拉拔荷載變化其軸力也不斷變化，選取最具代表性的錨固深度6 m的基礎(chǔ)為代表，研究其軸力變化規(guī)律。錨固深度6 m基礎(chǔ)軸力變化見圖4。從圖4可知，拉拔作用下，錨桿軸力隨錨固深度的增加而減小。在該地質(zhì)條件下，錨深為1 m時(shí)，軸力值和拉拔荷載相差不大；錨深為2 m時(shí)，錨桿軸力值大小已不明顯；錨深為3 m時(shí)，軸力值幾乎為0。

圖4 錨深6 m基礎(chǔ)軸力變化

2.3 適宜錨固深度

錨深6 m的單錨抗拔極限承載力是450 kN，該群錨極限承載力是3 240 kN，故群錨效應(yīng)系數(shù)η=P群/(P單×n)=3 240/(450×9)=0.8。

2.4 影響范圍研究

為研究單錨拉拔試驗(yàn)下該區(qū)域的影響范圍，試驗(yàn)時(shí)在距試驗(yàn)點(diǎn)0.5、1.0、1.5 m和2.0 m地面處分別布置2排位移傳感器，對(duì)該區(qū)域的地面位移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，位移監(jiān)測計(jì)精度0.01 m。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，在拉拔試驗(yàn)下，單錨基礎(chǔ)地面變形影響范圍在1.5～2.0 m左右，故建議單錨基礎(chǔ)試驗(yàn)保護(hù)范圍為2.0 m。

2.5 群錨效應(yīng)研究

極限荷載下，基礎(chǔ)(以錨深6 m為例)位移分布見圖7。從圖7可知，極限荷載下基礎(chǔ)并非僅錨桿破壞，而是以錨桿為中心形成破壞圓形區(qū)域，該區(qū)域位移皆在25 mm左右，破壞圓形區(qū)半徑約0.58 m。

本文研究了在海洋環(huán)境影響下無人艇航向的控制問題。針對(duì)由于海洋環(huán)境擾動(dòng)引起的不確定項(xiàng)使無人艇無法精確地跟蹤設(shè)定航向的問題，提出一種動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的高效航向控制算法。該算法利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的逼近能力逼近系統(tǒng)的不確定向，并采用基于動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)設(shè)計(jì)了航向控制器。在仿真中，以藍(lán)信號(hào)無人艇作為仿真對(duì)象驗(yàn)證了該方法的有效性，仿真結(jié)果證明該算法能夠?qū)o人艇進(jìn)行精確的航向控制。

拉拔作用下，由單錨基礎(chǔ)極限抗拔荷載值可知，錨固深度達(dá)到3 m后，錨固深度增加并不影響基礎(chǔ)極限承載力。因此，從極限荷載值影響角度可得適宜錨固深度約為3 m。由軸力變化規(guī)律可知，基礎(chǔ)軸力傳遞至地下3 m處軸力減為0，表明基礎(chǔ)受力影響深度為3 m，從而說明適宜錨固深度為3 m。綜合考慮，推薦新疆昌吉中風(fēng)化泥巖地區(qū)單錨適宜錨固深度為3 m。

圖5 群錨基礎(chǔ)P-S曲線

3 數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證現(xiàn)場試驗(yàn)所得規(guī)律合理性，本文采用數(shù)值試驗(yàn)方法對(duì)單錨基礎(chǔ)現(xiàn)場試驗(yàn)成果進(jìn)行驗(yàn)證與研究。

3.1 極限承載力

以位移量25 mm破壞準(zhǔn)則研究單錨基礎(chǔ)極限承載力。不同錨深基礎(chǔ)數(shù)值模擬成果與3 m錨桿現(xiàn)場試驗(yàn)成果對(duì)比曲線見圖6。從圖6可知，數(shù)值模擬試驗(yàn)在該地質(zhì)條件下錨桿基礎(chǔ)極限抗拔力大多在450 kN左右，和現(xiàn)場試驗(yàn)成果較吻合，而錨深2 m基礎(chǔ)明顯承載力不足，僅為413 kN。

——因地制宜，特色發(fā)展。根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)和資源稟賦，以市場為導(dǎo)向，因地制宜，科學(xué)規(guī)劃，積極開發(fā)特色化、差異化、多樣化的鄉(xiāng)村旅游產(chǎn)品，防止大拆大建、千村一面和城市化翻版、簡單化復(fù)制，避免低水平同質(zhì)化競爭。

圖6 基礎(chǔ)極限承載力

在輸電線路中僅靠單錨無法滿足上部荷載的要求，通常選用群錨來承受輸電荷載。因此在單錨試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步試驗(yàn)群錨基礎(chǔ)承載性能，對(duì)輸電線路錨桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有較高的工程意義。群錨基礎(chǔ)設(shè)置錨桿根數(shù)為9根，錨長6 m，錨桿間距取4倍錨桿直徑。拉拔作用下，3處群錨基礎(chǔ)荷載-位移(P-S)曲線見圖5。從圖5可知，3處群錨基礎(chǔ)抗拔極限承載力分別為3 600、3 240 kN和3 240 kN。前8級(jí)加載過程中承臺(tái)位移量都很小，到第10級(jí)荷載(群1為第11級(jí))位移急劇增大，基礎(chǔ)破壞具突發(fā)性，故建議中風(fēng)化泥巖中該群錨基礎(chǔ)抗拔極限承載力取值3 240 kN。

在現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的合理可靠性，本文利用Midas GTS有限元軟件進(jìn)行單錨基礎(chǔ)數(shù)值模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證現(xiàn)場試驗(yàn)成果。通過數(shù)值模擬分別研究中風(fēng)化泥巖條件下單錨基礎(chǔ)的極限承載力、適宜錨固深度和試驗(yàn)影響范圍。本次模擬巖石基礎(chǔ)模型尺寸長10 m、寬10 m、高15 m。巖石參數(shù)取自室內(nèi)試驗(yàn)成果：彈性模量10 GPa、粘聚力30 kPa、內(nèi)摩擦角40°、泊松比0.28。錨桿、砂漿、巖體間設(shè)置接觸界面，根據(jù)DL/T 5219—2005《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》，以位移量是否達(dá)25 mm為數(shù)值模擬基礎(chǔ)破壞準(zhǔn)則。模型整體見圖2。

圖7 基礎(chǔ)位移分布

3.2 應(yīng)力分布規(guī)律

以錨深6 m單錨基礎(chǔ)為例，極限狀態(tài)下基礎(chǔ)應(yīng)力分布見圖8。從圖8可知，基礎(chǔ)應(yīng)力分布呈圓環(huán)狀，應(yīng)力值約350 kPa，該環(huán)徑約0.45 m，圓環(huán)外邊界距圓心2.51 m。

圖8 應(yīng)力分布

將基礎(chǔ)沿X軸面截開，其應(yīng)力分布見圖9。從圖9可知，基礎(chǔ)內(nèi)部應(yīng)力呈“U”形分布，應(yīng)力最大值約為700 kPa，應(yīng)力集中區(qū)水平距以模形應(yīng)力圓環(huán)為界，豎向分布深度約6 m到錨桿頂端為止，而錨桿頂部應(yīng)力值為0，說明該區(qū)域巖體已經(jīng)脫離基礎(chǔ)而遭到破壞，與位移圓形破壞區(qū)相符合。綜合數(shù)值試驗(yàn)成果，錨深在1～10 m變化范圍內(nèi)，應(yīng)力豎向傳遞范圍在錨深為3～10 m時(shí)都為6 m左右。

圖9 X軸截面應(yīng)力分布

3.3 適宜錨固深度

不同錨深單錨基礎(chǔ)極限承載力在450 kN左右，而在錨深3 m條件下基礎(chǔ)極限承載力為450 kN左右，隨著錨深的增加，極限承載力變化較小，說明適宜錨固深度在3 m左右。數(shù)值模擬試驗(yàn)錨固深度從1 m增加至10 m，應(yīng)力影響最大水平距穩(wěn)定在距錨桿中心2.6 m左右，應(yīng)力集中于地下深度6 m以內(nèi)，反映適宜錨固深度在3 m左右。綜合考慮，取3 m為該地質(zhì)條件下適宜錨固深度，與現(xiàn)場試驗(yàn)相吻合。

3.4 影響范圍研究

數(shù)值試驗(yàn)成果表明，應(yīng)力影響范圍明顯大于位移影響范圍，故應(yīng)取應(yīng)力分布區(qū)域判斷基礎(chǔ)是否受試驗(yàn)擾動(dòng)。綜合3～10 m錨深應(yīng)力水平距基本不變規(guī)律，取平均應(yīng)力水平距為2.6 m，略大于現(xiàn)場試驗(yàn)影響范圍2 m。

4 結(jié) 語

本文以新疆昌吉泥巖地區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)典型中風(fēng)化泥巖地區(qū)進(jìn)行了錨桿基礎(chǔ)現(xiàn)場試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

(1)新疆昌吉中風(fēng)化泥巖地區(qū)單錨基礎(chǔ)極限抗拔荷載為450 kN，9根群錨基礎(chǔ)極限抗拔承載力為3 240 kN，群錨效應(yīng)系數(shù)為0.8。

(2)錨桿軸力傳遞深度為3 m，應(yīng)力分布距錨桿水平距為2.6 m左右，分布深度在地下6 m左右。綜合考慮，建議錨桿適宜錨固深度為3 m。

(3)現(xiàn)場試驗(yàn)得到的單錨抗拔試驗(yàn)影響范圍為2 m，數(shù)值試驗(yàn)得到的影響范圍約2.6 m，略大于現(xiàn)場試驗(yàn)成果。綜合考慮，建議基礎(chǔ)保護(hù)范圍為3 m。