強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下巖石錨桿基礎(chǔ)試驗(yàn)研究

馮炳，謝芳

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江省紹興市312000; 2.紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江省紹興市312000)

強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下巖石錨桿基礎(chǔ)試驗(yàn)研究

馮炳1，謝芳2

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司，浙江省紹興市312000; 2.紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江省紹興市312000)

針對(duì)玉環(huán)變—樂(lè)清變500 kV雙回輸電線路工程大跨越塔建設(shè)面臨的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件，進(jìn)行了9組單錨基礎(chǔ)和6組群錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)，研究巖石錨桿基礎(chǔ)的破壞模式和承載特性，為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。在試驗(yàn)加載過(guò)程中進(jìn)行了錨筋的應(yīng)變測(cè)試，分析錨筋的內(nèi)力變化規(guī)律，得到巖石錨桿基礎(chǔ)的破壞模式和承載特性。試驗(yàn)結(jié)果表明:單錨錨筋內(nèi)力隨荷載的增大而增大，隨埋深的增加而減小，超過(guò)一定埋深范圍后逐漸消減至接近0;群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力并非單錨基礎(chǔ)極限抗拔承載力的簡(jiǎn)單疊加，而是存在“群錨效應(yīng)”問(wèn)題。該研究為巖石錨桿基礎(chǔ)在輸電線路工程中的實(shí)際應(yīng)用提供了一定的參考和依據(jù)。

巖石錨桿基礎(chǔ);極限抗拔承載力;有效錨固長(zhǎng)度;群錨效應(yīng)系數(shù)

0 引言

我國(guó)地域遼闊，巖土類別多、分布廣，輸電線路桿塔基礎(chǔ)型式多種多樣［1］。巖石錨桿基礎(chǔ)是一種通過(guò)水泥砂漿或細(xì)石混凝土在巖孔內(nèi)的膠結(jié)，使錨筋與巖體結(jié)成整體的環(huán)保型輸電線路基礎(chǔ)［2］。一方面，巖石錨桿基礎(chǔ)充分利用了原狀巖體的高強(qiáng)度、低變形力學(xué)性能，具有良好的抗拔能力，避免了人工鑿巖和爆破作業(yè)對(duì)基礎(chǔ)周圍巖石基面和林木植被的破壞，環(huán)境效益顯著;另一方面，巖石錨桿基礎(chǔ)土石方開(kāi)挖量小，基本沒(méi)有棄土，減少了基礎(chǔ)混凝土和鋼材、模板等材料的消耗量，運(yùn)輸量小，施工機(jī)械化程度高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了工程造價(jià)，縮短了施工工期，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯［3-9］。

玉環(huán)變—樂(lè)清變500 kV輸電線路工程始于臺(tái)州500 kV玉環(huán)變，止于溫州500 kV樂(lè)清變，全長(zhǎng)28.5 km，分為普通線路段和樂(lè)清灣大跨越線路段2個(gè)部分。普通線路段長(zhǎng)22 km，新建鐵塔56基。樂(lè)清灣大跨越線路南起玉環(huán)縣大連嶼，經(jīng)過(guò)小烏山、大烏山(桃花島)，北至樂(lè)清市鐘山，總長(zhǎng)度約為6.5 km，新建鐵塔7基，其中10號(hào)、11號(hào)塔高254 m，為浙江省內(nèi)500 kV第1高塔，其基礎(chǔ)作用力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)鐵塔。針對(duì)這一特點(diǎn)，結(jié)合跨越塔塔位所面臨的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件，有必要對(duì)巖石錨桿基礎(chǔ)的破壞模式和承載特性進(jìn)行研究，為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。因此，作者聯(lián)合國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，結(jié)合本工程開(kāi)展了9組單錨基礎(chǔ)和6組群錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)，并在試驗(yàn)加載過(guò)程中進(jìn)行了錨筋的應(yīng)變測(cè)試。

1 試驗(yàn)概況

1.1 巖石條件

根據(jù)地勘提資資料和抗壓強(qiáng)度、巖礦鑒定檢測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)場(chǎng)地的巖石定名為英安質(zhì)火山角礫復(fù)屑凝灰?guī)r，巖石的堅(jiān)硬程度類別屬堅(jiān)硬巖。

巖石呈灰黃色、灰紫色，厚層構(gòu)造，巖體破碎成小塊狀，風(fēng)化渲染嚴(yán)重，整體性較差，局部破碎帶夾泥層。

1.2 試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

單錨基礎(chǔ)共設(shè)計(jì)3組，錨固深度依次取為1，2，3 m，每種錨固深度的基礎(chǔ)數(shù)量均為3個(gè)，重點(diǎn)研究不同錨固深度對(duì)其抗拔承載力的影響及錨筋的有效錨固長(zhǎng)度實(shí)際取值。

由4根錨桿組成的2×2群錨基礎(chǔ)共設(shè)計(jì)2組，錨固深度依次取為2，3 m，每種錨固深度的基礎(chǔ)數(shù)量均為3個(gè)，錨樁間距分別為0.3，0.6，0.9 m，重點(diǎn)研究強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下錨樁間距對(duì)群錨基礎(chǔ)抗拔承載力的影響。

所有基礎(chǔ)型式的錨孔直徑均為95 mm，錨筋材質(zhì)均為直徑40 mm的45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，錨孔內(nèi)灌注C20細(xì)石混凝土，承臺(tái)內(nèi)灌注C25細(xì)石混凝土。

1.3 試驗(yàn)加載裝置

巖石錨桿基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，具體的加卸載方案、試驗(yàn)終止條件、極限承載力的確定方法等參見(jiàn)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)［2，10］的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，直至基礎(chǔ)發(fā)生最終破壞。

單錨基礎(chǔ)的上拔加載系統(tǒng)主要由張拉穿心頂、橫梁、上下墊板以及反力支座構(gòu)成;群錨基礎(chǔ)的試驗(yàn)上拔加載系統(tǒng)主要由傳力螺桿、油壓千斤頂、橫梁、反力支座以及錨筋連接板構(gòu)成，如圖1所示。

1.4 應(yīng)變片布置

試驗(yàn)之前在錨筋上預(yù)先設(shè)置了相應(yīng)的應(yīng)變片測(cè)試元件，以測(cè)定錨筋在試驗(yàn)加載過(guò)程中應(yīng)變應(yīng)力的變化情況，通過(guò)加載過(guò)程中應(yīng)變片數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化來(lái)研究分析巖石錨桿基礎(chǔ)的承載特性和有效錨固長(zhǎng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 單錨基礎(chǔ)

單錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)的典型荷載位移曲線如圖2所示。

單錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)的荷載位移曲線均呈突變型，故取荷載位移曲線拐點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的荷載值為單錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力。單錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表1所示。

單錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力與錨固深度的關(guān)系曲線如圖3所示。從圖3中可以看出，單錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力隨錨固深度的增加而增加，但并非呈線性遞增關(guān)系。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，所有單錨基礎(chǔ)的上拔破壞模式均為錨筋被拔出破壞，基礎(chǔ)破壞時(shí)的典型照片如圖4所示。

單錨基礎(chǔ)的錨筋內(nèi)力在試驗(yàn)加載過(guò)程中的典型變化規(guī)律如圖5所示。錨筋內(nèi)力隨荷載的增大而增大，隨埋深的增加而減小，超過(guò)一定埋深范圍后逐漸消減至接近0。根據(jù)單錨基礎(chǔ)的錨筋內(nèi)力在試驗(yàn)加載過(guò)程中的典型變化規(guī)律，可以判定錨筋的有效錨固長(zhǎng)度為2 m。

2.2 群錨基礎(chǔ)

群錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)的荷載位移曲線如圖6所示。群錨基礎(chǔ)的豎向上拔靜載荷試驗(yàn)的荷載位移曲線均呈突變型，故取荷載位移曲線拐點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的荷載值為群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力。群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表2所示。

群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力與樁間距之間的關(guān)系曲線如圖7所示，群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力隨樁間距的增加而增加，但并非呈線性遞增關(guān)系。

進(jìn)一步對(duì)比分析相同錨固深度下的單錨基礎(chǔ)與群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力可知:群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力并非單錨基礎(chǔ)極限抗拔承載力的簡(jiǎn)單疊加，而是存在“群錨效應(yīng)”問(wèn)題，群錨效應(yīng)系數(shù)計(jì)算如表3所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，所有群錨基礎(chǔ)的上拔破壞模式均為單根錨筋被拔出破壞，基礎(chǔ)破壞時(shí)的典型照片如圖8所示。

3 結(jié)論

(1)強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下，錨固深度為1，2，3 m的單錨基礎(chǔ)的上拔破壞模式均為錨筋被拔出破壞。單錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力隨錨固深度的增加而增加，但并非呈線性遞增關(guān)系，錨筋的有效錨固長(zhǎng)度為2 m。

(2)強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下，錨固深度為2，3 m的群錨基礎(chǔ)的破壞模式均為單根錨筋被拔出破壞。群錨基礎(chǔ)的極限抗拔承載力并非同條件下單錨基礎(chǔ)極限抗拔承載力的簡(jiǎn)單疊加，而是存在“群錨效應(yīng)”問(wèn)題。強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r地質(zhì)條件下的群錨基礎(chǔ)的樁間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程需要通過(guò)優(yōu)化分析確定。

［1］魯先龍，程永鋒.我國(guó)輸電線路基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀與展望［J］.電力建設(shè)，2005，26(11):25-27.

［2］DL/T 5219—2005.架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.

［3］費(fèi)香澤，程永鋒，蘇秀成，等.華北地區(qū)輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)試驗(yàn)研究［J］.電力建設(shè)，2007，28(1):26-28.

［4］秦慶芝，毛彤宇，劉學(xué)軍，等.華北地區(qū)巖石錨桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究［J］.電力建設(shè)，2007，28(1):22-33.

［5］于泓，高毅，秦慶芝，等.巖石錨桿基礎(chǔ)應(yīng)用及效益分析［J］.電力建設(shè)，2007，28(4):34-35.

［6］鄭衛(wèi)鋒，魯先龍，程永鋒，等.輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)工程臨界錨固長(zhǎng)度的研究［J］.電力建設(shè)，2009，30(9):12-14.

［7］丁士君，魯先龍.輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)載荷試驗(yàn)［J］.電力建設(shè)，2010，31(11):1-5.

［8］程永鋒，魯先龍，鄭衛(wèi)鋒.輸電線路工程巖石錨桿基礎(chǔ)的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2012，33(5):12-16.

［9］鄭衛(wèi)鋒，魯先龍，程永鋒，等.輸電線路巖石嵌固式基礎(chǔ)抗拔試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(1):152-157.

［10］GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

(編輯:張媛媛)

Experimental Study on Rock Anchor Foundations under Strongly Weathered Tuff Geological Condition

FENG Bing1，XIE Fang2
(1.State Grid Shaoxing Electric Power Bureau，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China; 2.Shaoxing Universty Yuanpei College，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China)

Strongly weathered tuff geological condition was encountered under the construction of large crossing towers in the Yuhuan Substation–Yueqing Substation 500 kV double-circuit power transmission line project.Static pullout tests were conducted for nine single anchor foundations and six group anchors foundations.The variation of internal force and strain of anchors were tested and analyzed.Meanwhile，the failure modes and bearing characteristics of the rock anchor foundations were obtained.The experimental results show that the internal force of single anchor increases with the increase of load.The internal force decreases with the increase of buried depth，and reduces to zero beyond certain berried depth. The ultimate pullout capacity of group anchor foundation is not the simple sum of that of single anchor foundation，in which the group anchor effect exists.This study also provides a reference and basis for practical engineering application.

rock anchor foundation;ultimate uplift capacity;effective anchorage length;coefficient of group anchor effect

TM 75

A

1000－7229(2014)01－0046－04

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.009［HT］

國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司群創(chuàng)項(xiàng)目(5211SX13502S)。

2013-07-14

2013-08-17

馮炳(1982)，男，碩士，工程師，主要從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，E-mail:zepdifb@163.com;

謝芳(1981)，女，碩士，講師，主要從事地基基礎(chǔ)研究和教學(xué)工作，E-mail:xiefangyp@163.com。