自鎖錨桿技術在輸電線路基礎中的應用

王向紅 吳曉鋒 趙貞欣

(河北省電力勘測設計研究院，河北石家莊 050031)

輸電線路中應用的巖石錨桿基礎是在鉆鑿成型的巖孔灌注水泥、快硬水泥砂漿，同時以普通鋼材為錨桿體而形成的錨桿基礎。在輸電線路中，基礎作用力一般以上拔為主，而錨桿基礎的上拔抗力主要由水泥砂漿與巖體的粘結強度承擔。根據規范及以往試驗數據，水泥砂漿和巖體的粘結強度一般較低，為了滿足上拔抗力要求，需要錨桿錨入巖體較大的深度，但又不能超過錨固深度臨界值。我們一般采取加大錨孔直徑或使用群錨基礎的方法，這樣勢必造成基礎工程量大、施工難度大。自鎖錨桿技術的產生很好的彌補了常規錨桿基礎的缺陷。自鎖錨桿技術是在底部擴成錐形的錨孔內插入自鎖錨桿，施加壓力使錨桿張開自鎖，形成了一種快速、耐熱、耐水、不易老化高效的錨固技術，以達到錨固的效果。此技術安全、經濟、可靠，與常規巖石錨桿基礎相比，更具明顯的經濟效益。本文結合地質勘察報告，對自鎖錨桿基礎的破壞模式、設計計算方法、施工工藝和經濟技術指標等進行分析研究，從而為在工程中的應用提供理論和實踐依據。

1 自鎖錨桿基礎技術特點

自鎖錨桿基礎施工時，首先用擴孔鉆頭將錨固孔的底部擴成底大上小的倒錐形，然后注入無機灌注材料，將帶有錐頭的開槽自鎖錨桿插入倒錐孔中，再在錨桿尾端加軸向壓力，于是錨桿頭部在錐頭的作用下張開，其外表面與所擴錐孔內壁、內槽面與錐頭表面之間楔緊，加上錐面的擠壓作用從而形成錨桿頭部可靠的機械自鎖，而無機灌注材料凝固后，進一步加強了錨桿與孔壁之間的粘連。這樣，可使錨桿材料和孔壁材料的自身強度得以最大限度地發揮出來，并且與原留結構具有相同的使用壽命，達到最理想的錨固效果。自鎖錨桿結構示意圖見圖1。

圖1 自鎖錨桿結構示意圖

2 自鎖錨桿實驗及理論研究情況

2.1 主要試驗工作

選取三組不同的入巖深度(巖層情況如表1所示)，每組基礎設置直徑110 mm的孔，每孔內均布4根直徑25 mm錨桿、PSB1080的精軋螺紋鋼筋。三組錨桿基礎依次編號為1號，2號，3號。三組基礎的錨桿自由段長度均為2 m(不包括承臺高度)，灌漿錨固段分別為3.0 m，4.0 m，6.0 m，灌漿料采用 ICG 高強無機灌漿料。同時，為了與擴孔自鎖錨桿進行對比分析，現場試驗時增加三組非自鎖式的普通錨桿基礎，每組基礎設置直徑110 mm的孔，每孔內均布4根直徑25 mm錨桿、PSB1080的精軋螺紋鋼筋。三組錨桿基礎依次編號為4號，5號，6號。三組基礎的錨桿自由段長度均為2 m(不包括承臺高度)，灌漿錨固段分別為3.0 m，4.0 m，6.0 m，灌入國產無機微膨脹灌漿料。兩種基礎分別選取一根錨桿不澆筑承臺，其他兩根錨桿一起澆筑面積(1×2)m2的承臺，承臺高度取1 000 mm。錨桿及承臺布置見圖2～圖4。

表1 選取自鎖錨桿基礎巖層情況

圖2 錨桿基礎及承臺效果圖

圖3 錨桿基礎及承臺平面圖

圖4 錨桿基礎及承臺立面圖

2.2 靜力試驗主要破壞形式

通過試驗得出，自鎖錨桿的破壞模式只有兩種:巖石龜裂破壞和錨桿拔斷;常規錨桿基礎的破壞模式有三種:巖石龜裂破壞、錨桿拔出和錨桿拔斷，如圖5所示。

2.3 理論計算結果與試驗對照

圖5 自鎖錨桿的破壞模式圖

各組錨桿基礎理論計算結果與試驗對照如表2所示。

表2 理論計算結果與試驗對照表

2.4 試驗結果分析

1)自鎖錨桿承載力較普通錨桿基礎顯著提高，在輸電線路基礎中應推廣應用;2)自鎖錨桿破壞模式只有兩種，提高基礎安全度。

3 自鎖錨桿設計方法

本文巖石錨桿基礎計算仍采用DL/T 5219-2005架空送電線路基礎設計技術規定中的巖石錨桿基礎承載力計算公式。

4 自鎖錨桿的施工工藝

4.1 自鎖錨桿施工主要器具

自鎖錨桿施工所用的特殊器具有擴孔鉆頭、自鎖鎖頭和深孔清孔器。

4.2 自鎖錨桿施工流程

自鎖錨桿的施工流程圖見圖6。

圖6 自鎖錨桿施工流程圖

1)用地質鉆機成孔。2)孔底放置鋼筒墊塊，確保孔底面水平。3)組裝擴孔鉆頭，擴孔鉆頭插入直孔底，將鉆頭鉆桿與鉆機相連進行擴孔，底層擴孔完畢，提起擴孔鉆頭。4)清孔，用專用的清孔器將孔中的明水和細渣清除干凈，孔中不得有明水。5)用吊車將裝有專用錨頭的精軋螺紋鋼放入錨固孔中，并將楔塊滑入錨座滑槽，將錨座錐面將其頂開達到自鎖。6)灌漿施工，灌漿料采用ICG高強無機灌漿料。7)灌漿結束后，1 d內應不使錨桿受任何擾動。

5 技術經濟分析

1)基礎設計參數選取。以輸電線路典型直線塔ZBC27153，SZC27103和典型耐張塔JC27153，SJC27103基礎作用力為例進行經濟比較(見表3)。

表3 基礎作用力

2)技術經濟比較分析。

表4 自鎖錨桿基礎和常規巖石錨桿材料量和造價比較

由表4可以看出，與常規巖石錨桿基礎相比，自鎖錨桿基礎的鋼筋用量直線塔平均減少30%，轉角塔減少32%，直線塔節省造價11%左右，轉角塔節省造價14%左右。具有良好的經濟性。

6 結論及應用的建議

本文對自鎖錨桿基礎的技術特點、破壞方式、極限承載力及施工工藝作了探討和研究，其主要結論和建議如下:1)自鎖錨桿承載力較普通錨桿基礎顯著提高，在輸電線路基礎中應推廣應用;2)自鎖錨桿破壞模式只有兩種，提高基礎安全度;3)在給定荷載及地質條件下，與常規巖石錨桿基礎相比，自鎖錨桿基礎的鋼筋用量直線塔平均減少30%，轉角塔減少32%，直線塔節省造價11%左右，轉角塔節省造價14%左右。具有良好的經濟性。

［1］DL/T 5219-2005，架空輸電線路基礎設計基礎規定［S］.

［2］高作平，陳明祥.巖石結構粘結加固技術新發展［M］.北京:水利水電出版社，1999.

［3］高作平.自鎖錨桿成套產品的研制與應用［D］.武漢:武漢大學，2011.

［4］RonaldA.Cook，Jacob Kunz，Wemer Fuehs，etc.Behavior and Design of Single Adhesive Anehors under Tensile Load in Uneraeked Conerete［J］.ACI struetural Joumal，1998，95(10):1.

［5］Cook.R.A“Behaviour of Chemieally Bonded Anchors”，Journal of Structural Engineering，Ameriean Soeiety of Civil Engineers，1993(119):9.

［6］R.A.Cook，G.T.Doerr，R.E.KLingneR.BonD Stress Model for Design of Adhesive Anehors［J］.ACI StructuraL，1993，90(8):5.

［7］劉新紅.在橫向荷載作用下自鎖錨桿抗剪性能試驗研究［D］.武漢:武漢大學碩士學位論文，2003.

［8］李 穎.在拉剪組合荷載作用下自鎖錨桿錨固性能試驗研究［D］.武漢:武漢大學碩士學位論文，2004.