巖石錨桿群錨基礎(chǔ)現(xiàn)場抗拔試驗研究

鄧杰文 楊明雙

[ 作者簡介 ]

鄧杰文，男，貴州甕安人，中國電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計研究院有限公司，高級工程師，碩士，研究方向：巖土工程。

楊明雙，男，貴州務(wù)川人，中國電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計研究院有限公司，助理工程師，本科，研究方向：巖土體穩(wěn)定性。

[ 摘要 ]

群錨巖石錨桿基礎(chǔ)抗拔承載力影響因素眾多，錨筋抗拉強度、錨固劑強度、巖石強度、錨孔間距等都是其設(shè)計過程中需要重點考慮的控制性因素。群錨巖石錨桿基礎(chǔ)破壞形式多樣，文章旨在通過理論計算結(jié)合現(xiàn)場試驗分析探討錨孔間距、錨筋直徑、巖石種類對巖石錨桿群錨基礎(chǔ)破壞模式的影響。通過研究分析，得出不同強度巖石、錨孔間距、鋼筋直徑對群錨基礎(chǔ)變形及破壞模式影響的相關(guān)結(jié)論，以豐富巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計理論，為巖石錨桿技術(shù)的發(fā)展提供經(jīng)驗借鑒。

[ 關(guān)鍵詞 ]

群錨;巖石錨桿;現(xiàn)場試驗;破壞模式

隨著巖土工程技術(shù)的不斷發(fā)展，巖石錨桿基礎(chǔ)在工程建設(shè)中得到了很好的推廣應(yīng)用。輸電線路建設(shè)具有路經(jīng)長、沿線地形地貌及地質(zhì)條件差異大、鐵塔基礎(chǔ)形式多樣的特點，巖石錨桿基礎(chǔ)具有能大大減少土石開挖量、降低施工難度、節(jié)約造價的優(yōu)點，是一種資源節(jié)約、環(huán)境友好的基礎(chǔ)形式，深受廣大電力建設(shè)工程技術(shù)人員的青睞。

由于輸電線路建設(shè)的獨有特點，鐵塔巖石錨桿基礎(chǔ)在山區(qū)的應(yīng)用除受鐵塔荷載、覆蓋層厚度、地形條件影響較大外，群錨巖石錨桿基礎(chǔ)還受巖石強度、錨孔間距、錨孔直徑、錨筋直徑等的影響。筆者主要通過理論計算和現(xiàn)場試驗探究錨孔間距、錨孔直徑、錨筋直徑、巖石強度對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)破壞形式的影響。

1 研究思路及目的

本次研究以實際電力工程建設(shè)項目為依托，選取了西南山區(qū)灰?guī)r、砂巖、砂質(zhì)泥巖三種不同強度的代表性巖石，通過對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)極限抗拔承載力進(jìn)行理論計算，然后與現(xiàn)場抗拔試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，探索不同的巖石、錨孔大小及間距對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)極限抗拔承載力的影響，并初步探索群錨巖石錨桿基礎(chǔ)的破環(huán)形式。

對于輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)群錨抗拔極限承載力理論計算方法，主要采用的是單根錨桿的抗拔極限承載力之和，再乘一定的群錨效應(yīng)系數(shù)，根據(jù)《架空輸電線路錨桿基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)程》（DL/T 5544-2018），群錨效應(yīng)系數(shù)一般取0.7～0.9。

2 現(xiàn)場試驗

由于本次試驗采用4根直錨式群錨桿，最大試驗荷載預(yù)估值為4乘鋼筋抗拉強度承載力、錨筋與錨固劑間的黏結(jié)承載力、錨桿與巖土層間的極限黏結(jié)承載力中最小值的1.0～1.5倍。

本次現(xiàn)場群錨抗拔試驗加載裝置由加荷設(shè)備和位移測量裝置組成。由于群錨需要的加載荷載較大，本次采用柴油機發(fā)電，柴油機連接到千斤頂上，利用柴油機發(fā)電提供動力系統(tǒng)。采用XH-75/0.01毫米位移計為測量位移裝置對4根巖石錨桿同時施加軸向拉力進(jìn)行試驗。本次群錨試驗的豎向加載反力是利用平整的地面提供，反力裝置能夠保證錨桿基礎(chǔ)可能出現(xiàn)的4種破壞而結(jié)束試驗，即錨筋拉斷破壞、錨筋從砂漿混凝土中被拔出后破壞、錨筋與砂漿或細(xì)石混凝土形成一個整體后被拔出破壞、上拔荷載施壓過大導(dǎo)致周圍巖體發(fā)生破壞而結(jié)束試驗。現(xiàn)場試驗照片如圖1、圖2所示。

3 試驗結(jié)果分析

錨孔間距分別為300毫米、400毫米、500毫米、600毫米，對于不同鉆孔間距的群錨巖石錨桿，根據(jù)預(yù)估最大荷載進(jìn)行豎向抗拔加載，直至達(dá)到終止加載條件，試驗結(jié)果分析如下。

3.1 中風(fēng)化灰?guī)r群錨抗拔試驗變形及破壞特點

對于灰?guī)r群錨巖石錨桿，當(dāng)分別加載到330千牛、360千牛、650千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在1.05毫米～4.00毫米。錨孔間距為300毫米時，當(dāng)繼續(xù)加載至預(yù)估最大荷載1 100千牛時，位移未發(fā)生明顯急劇增大的現(xiàn)象，錨桿未發(fā)生明顯破壞，未能加載至破壞。錨孔間距400毫米、500毫米時，當(dāng)繼續(xù)分別加載到1 200千牛、1 170千牛時位移增急劇增大，位移分別達(dá)到32.55毫米、20.45毫米，由此得出極限荷載分別為前一級荷載值1 080千牛、1 040千牛。繼續(xù)加載至破壞，破壞形式為鋼筋被拔出，錨固體及巖體未發(fā)生明顯變形破壞。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖3。

根據(jù)理論計算，中風(fēng)化灰?guī)r單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿32毫米鋼筋抗拉極限承載力在271.26千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應(yīng)的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為1 085千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。

3.2 中風(fēng)化砂巖群錨抗拔試驗變形及破壞特點

對于中風(fēng)化砂巖的群錨巖石錨桿，當(dāng)分別加載到300千牛、330千牛、330千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在0.0毫米～5.45毫米之間。錨孔間距為300毫米時，當(dāng)繼續(xù)加載至預(yù)估最大荷載1 000千牛時，位移未發(fā)生明顯急劇增大的現(xiàn)象，錨桿未發(fā)生明顯破壞，未能加載至破壞。錨孔間距400毫米、500毫米時，當(dāng)繼續(xù)加載到1 100千牛時位移增急劇增大，位移分別達(dá)到

37.21毫米、42.21毫米，由此得出極限荷載均為前一級荷載值990千牛。繼續(xù)加載至破壞，破壞形式為鋼筋被拔出，錨固體及巖體未發(fā)生明顯變形破壞。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖4。

根據(jù)理論計算，中風(fēng)化砂巖單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿28毫米鋼筋抗拉極限承載力在246.2千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應(yīng)的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為984.8千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。

3.3 中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖群錨抗拔試驗變形及破壞特點

對于中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的群錨巖石錨桿，當(dāng)分別加載到330千牛、360千牛、360千牛、360千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在0.36毫米～2.35毫米之間。錨孔間距分別為300毫米、400毫米、500毫米、600毫米時，當(dāng)分別繼續(xù)加載到1 100千牛、1 200千牛、1 200千牛、1 200千牛時位移增急劇增大，位移分別達(dá)到25.73毫米、26.62毫米、27.82毫米、25.45毫米，由此得出極限荷載分別為前一級荷載值990千牛、1 080千牛、1 080千牛、1 080千牛。繼續(xù)加載至破壞，除錨孔間距為300毫米的群錨表層巖體發(fā)生斜向破壞以外，其余群錨的破壞形式均為鋼筋被拔出。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖5。

根據(jù)理論計算，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿28毫米鋼筋抗拉極限承載力在246.2千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應(yīng)的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為984.8千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。但錨孔間距為300毫米的群錨與其他錨孔間距的群錨破壞形式不同，表層巖體有明顯的隆起位移跡象。

4 結(jié)論

通過本次對直錨式群錨巖石錨桿基礎(chǔ)進(jìn)行理論計算，結(jié)合現(xiàn)場試驗研究分析，初步得出以下幾點認(rèn)識。

對于中風(fēng)化灰?guī)r、砂巖等硬質(zhì)巖石，錨孔間距對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)抗拔極限承載力影響相對較小，群錨巖石錨桿基礎(chǔ)的抗拔極限承載力主要受鋼筋抗拉極限承載力控制。

對于中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖等軟質(zhì)巖石，錨孔間距對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)抗拔極限承載力影響相對較大，當(dāng)錨孔間距小于2倍錨孔直徑時，巖石強度對其抗拔極限承載力起控制作用。

當(dāng)錨孔間距大于3倍錨孔直徑時，巖石強度對群錨巖石錨桿基礎(chǔ)抗拔極限承載力影響較小，在巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計時，錨孔間距不宜小于3倍錨孔直徑，但錨孔間距也不宜過大，造成上部基礎(chǔ)尺寸增加，從而造成工程材料的浪費和開挖量的增加。

參考文獻(xiàn)

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