輸電線路巖石錨桿基礎的勘察現狀與對策分析

黃興懷，鄭衛鋒

（1.安徽省電力設計院，安徽 合肥 230001；2.中國電力科學研究院，北京 100192）

1 概 述

巖石錨桿基礎[1-4]是一種通過水泥砂漿或細石混凝土在巖孔內的膠結，使鋼筋與巖體結成整體的新型環保型輸電線路基礎。巖錨基礎具有節約混凝土量、現場施工量小等特點；通過采取機械化鉆孔作業模式，有效保證了施工的安全性；另外，巖錨基礎土方開挖量小，減小了余土外運量，降低了對周圍環境的破壞。靈紹線塔基設計比選資料表明[5]，相比于傳統的嵌固式基礎或挖孔樁基礎，巖錨基礎平均節約造價7%以上，經濟效益與環保效益顯著。目前，在輸電線路工程中正大力推廣巖石錨桿基礎。

在特高壓工程輸電線路經過的山區地質，往往存在第四系覆蓋且風化的巖體，傳統的直錨式基礎不適應大荷載等級的塔基，帶柱板的承臺式群錨基礎已成為特高壓工程中巖石錨桿基礎的主要型式[6]。大荷載、厚覆蓋層條件下的巖錨基礎設計，其參數取值至關重要，而設計參數取值對地質勘測的依賴性很強。因此，在特高壓輸電線路工程中若大規模推廣應用巖錨基礎，在勘察手段與勘測方法方面應如何加強規范，值得深入研究與探討。

2 巖錨基礎應用條件

2.1 應用巖錨基礎的判定依據

①巖性條件：在堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、軟巖中可用，極軟巖不適宜；在未風化、微風化、中等風化、強風化巖中可用，全風化巖應慎用；在完整、較完整、較破碎、破碎巖中可用，極破碎巖不采用。

②覆蓋層厚度：覆蓋層厚度不宜超過3m。

③地下水條件：鉆孔范圍內無地下水。

④塔基保護范圍：塔腿中心外側保護區10m內不存在懸崖、8m內不存在高度超過4m的陡坎。

⑤地形坡度：從錨桿基礎的經濟性分析看，地形坡度不宜超過35°。

2.2 巖錨基礎設計原則

規程[1]規定，輸電線路巖石錨桿基礎的設計主要考慮以下4種破壞模式：錨筋自身拉斷破壞、錨筋與水泥砂漿或細石混凝土結合面的粘結破壞、錨桿與巖體結合面粘結破壞、巖體自身剪切破壞。上述4種破壞模式需滿足“木桶理論”，即以最小承載力作為錨桿基礎的極限抗拔承載力[7]。

上述4種破壞模式分別對應的設計參數為fy、τa、τb、τs。含義為：fy為鋼筋的抗拉強度設計值，與鋼筋自身材質有關；τa為錨筋與水泥砂漿或細石混凝土間的粘結強度，主要受到鋼筋形狀與混凝土強度影響；τb為錨桿與巖石間的粘結強度，取值取決于巖體硬度與風化程度；τs為巖石等待剪切強度，不屬于基本巖石地基物理力學性質參數，無法通過常規巖土工程勘測手段，取值也與巖體硬度、風化程度密切相關。

上述參數取值直接受到勘測手段與方法、勘測人員素質的影響，其取值大小又直接影響巖錨基礎設計的經濟性。因此，有必要統一規范勘測手段與方法，對參數取值建立統一的判定標準。

3 巖錨基礎勘察現狀

規程[8,9]規定：巖石錨桿的地基應逐基鑒定；對于丘陵與山區的巖石地基，應查明巖石的類別、地層產狀、節理裂隙發育程度、風化程度與風化厚度。

丘陵與山區勘察重點應圍繞塔位穩定開展現場工作，有針對性地采取地質調查、鉆探、地質測繪、物探等勘探手段，勘測深度應滿足塔位穩定性評價、基礎設計的要求，具體應符合下列規定：

①對位于工程地質條件簡單、基巖裸露或覆蓋層較薄的塔位，勘測一般以地質調查為主，重點描述其巖性、結構構造及產狀、軟弱結構面的發育特征，確定其風化程度并進行巖體結構分類；

②對位于第四系覆蓋的塔位逐腿勘探，必要時進行一腿多點勘探，查明第四系覆蓋層厚度與性質及下伏基巖的性質，勘探深度一般應至基巖頂板，并準確判定下伏巖體的工程特性。

4 巖錨基礎勘察主要問題

4.1 設計、勘察規范的不協調

設計規程[1]規定，巖錨設計中的關鍵設計參數τb、τs與巖石強度及風化程度密切相關。巖石地基的劃分方法為：首先按照巖石堅硬程度（定性判斷或根據飽和單軸抗壓強度值來確定）劃分為硬質巖、軟質巖；其次根據巖石自身結構特性定性劃分為未風化、微風化、中等風化、強風化、全風化；最后，根據巖石基礎的堅硬程度與風化程度，確定巖石錨桿基礎的相關計算參數。

勘察規范[10]規定，巖石堅硬程度的劃分應根據飽和單軸抗壓強度或點荷載試驗強度算確定。在定性分類時，中等風化的堅硬巖或較硬巖歸為較軟巖，強風化的堅硬巖或較硬巖歸為軟巖，即風化程度較高的硬質巖可歸類為軟質巖。

設計規程[1]與勘察規范[10]兩者分類標準雖然一致，實質卻發生了改變。目前，電力行業的勘察單位，現場勘察時中執行國家標準《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001），但關鍵設計參數τb、τs取值時按電力行業設計規程《架空送電線路基礎設計技術規定》（DL/T 5219-2005）執行，造成一定程度上的混亂。

因此，建議在線路工程勘察中，定量時按飽和單軸抗壓強度或點荷載試驗強度值，定性時僅按巖石類別來確定巖石軟硬分類。

4.2 勘察手段單一、定量難

考慮到線路工程特點，結合巖石地基勘察重點，工程上目前常用的手段為工程地質測繪、探坑探槽及鉆探手段。工程地質調查測繪、探坑探槽操作方便，是判斷是否可采用巖錨型式的重要手段；采用鉆探能較直觀地反映巖石的完整程度、風化程度和裂隙發育情況，是巖錨基礎勘察的主要手段。上述方法都依賴于技術人員的經驗水平，勘察成果帶有較大的主觀性，定性成分多、定量指標少，給錨桿基礎設計帶來一定風險。

因此，分析是否采用巖錨基礎時，建議應以工程地質測繪、探坑探槽手段為主；當為巖錨設計提供參數時，應以鉆探手段為主，輔以其他勘察手段，考慮到線路工程桿塔間距大、機具搬遷困難、鉆探用水困難等，應重點采用輕便型鉆機，同時應分析孔徑的減小對取芯質量的影響；另外勘察時可選用點荷載儀、波速參數測定儀等進行巖體定量判定，以積累相關數據，提高勘察工作的精度與水平。

5 巖錨基礎勘察的幾點思考

5.1 注重勘察質量，加強溝通交流

勘察作為巖錨基礎設計的第一手資料來源，應提高勘察效率、注重勘察質量。

勘察前，巖土勘察專業與結構設計專業的技術人員應加強溝通交流，對照線路路徑規劃及已有資料，進行桿塔基礎類型規劃，初步確定具備巖錨基礎應用的塔位，進行相應的詳細勘察。

巖錨基礎要逐基勘察、逐腿勘探，一般鉆探入巖深度不小于8m。可采用地質雷達、高密度電法等工程物探方法提高勘察效率，可選用麻花鉆、紹爾背包鉆等進行地質鉆探，建議選用點荷載儀、波速參數測定儀等進行巖體定量判定。

5.2 加強試驗，進行設計優化

巖錨基礎的關鍵設計參數τb、τs取值范圍大，無法通過常規巖土工程勘測手段定量獲得，使得勘察技術人員對參數取值也較為保守，直接影響到巖錨基礎設計的經濟性；同時τs是與假定破壞模式相關的參數，缺乏明確的物理涵義。在目前工程實踐經驗較少的條件下，建議以現場真型試驗優化設計。

①現場真型試驗應選擇在施工圖設計之前進行，對任何一種新型錨桿，或錨桿用于未應用過的巖層，或缺乏地區應用經驗時，建議進行現場試驗。

②現場真型試驗時，為使錨筋與砂漿間或錨固體與巖體間首先破壞，可采用增加錨筋直徑或縮短錨固長度的措施；為使巖體出現剪切破壞，可采用漲殼式錨桿等結構措施、埋深淺的巖石嵌固基礎等保證出現巖體剪切破壞。

5.3 注重現場檢驗工作

由于地質條件千差萬別、勘察手段單一、鉆孔數量有限，造成巖錨基礎在施工中會產生諸多問題，因此需注重現場檢驗工作。

巖錨基礎的現場檢驗應包括施工中監督及施工后檢驗：施工中監督應注重觀察描述開挖巖體情況，包括巖性、風化程度、巖體破碎程度等；施工后檢驗應結合施工驗收要求進行，必要時應開展單錨抗拔抽樣檢驗。

6 結 論

巖錨基礎具有施工安全、經濟環保等特點，在輸電線路工程中應大力推廣。

巖錨基礎對地質條件要求較高，勘察應更精準。巖石強度判定時應按巖石類別確定，應盡量選用點荷載儀、波速參數測定儀等進行巖體定量判定；勘察時應采取多種勘察手段相結合，定性判定與定量試驗相結合；必要時應根據現場真型試驗確定關鍵設計參數；應注重加強施工中監督、施工后的檢驗工作，以確保巖錨基礎設計安全可靠、經濟合理。

[1]DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎設計技術規定[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2]黃大維，袁文可.巖石錨桿基礎在山區高壓輸電線路的試驗與應用[J].華東電力，1994（2）.

[3]宋永發.送電線路巖石錨桿基礎試驗研究[J].巖土工程學報，1995(4).

[4]程永鋒，魯先龍，鄭衛鋒.輸電線路工程巖石錨桿基礎的應用[J].電力建設，2012（5）.

[5]中國電力科學研究院.靈州-紹興±800kV特高壓直流輸電線路工程寧夏段砂巖地基巖石錨桿試驗[R].北京：中國電力科學研究院，2014.

[6]侯中偉，鄭衛鋒.特高壓輸電線路巖石錨桿基礎選型與設計[J].電力建設，2014(10).

[7]程良奎，范景倫，韓軍，等.巖土錨固[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[8]DL/T5092-1999，110～500kV架空送電線路設計技術規程[S].北京：中國電力出版社，1999.

[9]DL/T5076-2008,220kV及以下架空送電線路勘測技術規程[S].北京：中國電力出版社，2008.

[10]GB 50021-2001，巖土工程勘察規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.