易賢龍 劉 永 董 鵬 楊建華 甘小迎

（中國電建集團貴州電力設(shè)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(fā)展，傳統(tǒng)基礎(chǔ)形式對于巖土體自身承載能力的發(fā)揮利用存在較大局限性，且對于傳統(tǒng)基礎(chǔ)形式，巖土體的挖填對生態(tài)環(huán)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(qū)，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)形式以充分利用巖土體自身承載特性，從經(jīng)濟投入上可節(jié)約大筆資金。區(qū)別于傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)，巖石錨桿基礎(chǔ)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(dāng)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(xiàn)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(nèi)巖石錨桿技術(shù)主要源于20世紀(jì)50年代，河北龍煙鐵礦、湖南湘潭錳礦等單位創(chuàng)造性地將巖石錨桿支護技術(shù)應(yīng)用于礦上巷道上，之后該技術(shù)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(shù)與理論在諸多領(lǐng)域被逐漸發(fā)展并完善。

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

輸電線路巖石錨桿技術(shù)有別于其它錨固技術(shù)，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(fēng)荷載及冰荷載等載荷作用下發(fā)生傾倒破壞[1-2]。目前輸電線路巖石錨桿技術(shù)主要集中以下幾方面的研究：

（1）單根錨桿基礎(chǔ)的上拔破壞模式與抗拔承載性能之間的關(guān)聯(lián)性。

（2）單根錨筋的應(yīng)力分布規(guī)律及應(yīng)力有效傳遞范圍。

（3）群錨基礎(chǔ)在水平力+上拔力聯(lián)合作用下的承載性能。

（4）巖石錨桿基礎(chǔ)的選型和設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化。

（5）巖石錨桿基礎(chǔ)的施工工藝優(yōu)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(xiàn)場拉拔試驗，研究巖石錨桿基礎(chǔ)不同破壞形態(tài)下各自的主要影響因素，為今后巖石錨桿基礎(chǔ)在工程中的實際應(yīng)用提供借鑒和參考依據(jù)。

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(nèi)輸電線路對采用巖石錨桿技術(shù)并未形成統(tǒng)一的規(guī)定，行業(yè)內(nèi)普遍默認(rèn)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(fēng)化巖應(yīng)慎用，其它風(fēng)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(wěn)定地下水位且地表水不發(fā)育。

1.2 巖石錨桿基礎(chǔ)材料選取

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

（2）灌注用的細(xì)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(yīng)采用一定措施對錨桿進行定位與錨固；

（6）巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計中可增加錨筋直徑、減少錨桿數(shù)量、優(yōu)化錨孔間距，減小錨樁承臺尺寸[3]。

1.3 巖石錨桿基礎(chǔ)施工注意事項

（1）施工前，應(yīng)對施工區(qū)域內(nèi)地表覆蓋層及全風(fēng)化巖層進行清表處理；

（2）錨桿孔鉆進過程中應(yīng)盡量保證巖體完整性；

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

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

（5）細(xì)石混凝土中宜加入3%～6%的膨脹劑或減水劑，細(xì)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(yīng)振搗密實。

2 試驗過程

2.1 試驗參數(shù)

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(chuàng)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(zhì)泥巖，呈棕紅色或紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)或粉砂泥質(zhì)細(xì)晶結(jié)構(gòu)，薄層～中厚層狀構(gòu)造。節(jié)理裂隙發(fā)育，裂面被褐黑色的鐵錳質(zhì)浸染，局部陡傾裂隙發(fā)育。該巖石遇水易軟化，暴曬易崩解、開裂。試驗參數(shù)如表1。

表1 試驗參數(shù)

2.2 試驗方法

試驗按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）有關(guān)永久性錨桿驗收試驗的規(guī)定進行。

錨桿抗拔驗收試驗加、卸荷，并應(yīng)符合下列規(guī)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(dá)到檢驗荷載后觀測10min，在10min持荷時間內(nèi)錨桿的位移量應(yīng)小于1.00mm。當(dāng)不能滿足時持荷至60min時，錨桿位移量應(yīng)小于2.00mm。卸荷到試驗荷載的0.10倍并測出錨頭位移。

當(dāng)滿足以下條件時，可定為試驗錨桿合格：

（1）變形穩(wěn)定發(fā)生在試驗加載到設(shè)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(shè)計要求后按照預(yù)計最大加載值的0.1倍增量繼續(xù)進行試驗，直至錨桿出現(xiàn)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(shè)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(nèi)其錨頭位移未達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)出現(xiàn)以上情況時取前一級荷載值為錨桿的最大拉拔力。

根據(jù)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(jié)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(jié)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(jié)段長度，m；

E——桿體彈性模量，MPa

As——桿體橫截面積，m2。

3 試驗結(jié)果

3.1 破壞模式

輸電線路巖石錨桿單錨基礎(chǔ)主要存在以下幾種破壞模式：

（1）錨桿拉斷，當(dāng)錨桿的抗拉強度設(shè)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(jié)破壞，即當(dāng)錨桿與細(xì)石混凝土之間粘結(jié)強度設(shè)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(jié)破壞，即當(dāng)錨固體與巖體之間粘結(jié)強度設(shè)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(dāng)上拔荷載較大時，且錨固體與巖體之間粘結(jié)強度、錨桿與錨固體之間粘結(jié)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(chǔ)由于錨桿之間受力體之間的應(yīng)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(nèi)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(tǒng)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(fā)生破壞，取110kN為該錨桿的最大抗拔承載力[7]。

4 結(jié)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(chǔ)主要破壞模式為錨桿桿體從灌漿體內(nèi)被拔出。

綜上所述，巖石錨桿基礎(chǔ)的主要破壞模式為錨桿從錨固體中拔出，錨桿與細(xì)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。