錨固技術(shù)在線路塔基中的應(yīng)用研究

戴如金 薛宏 宋穩(wěn)海

摘要：錨固技術(shù)目前廣泛用于井巷工程及工業(yè)民用建筑領(lǐng)域，在地面軟土層、松散基巖中技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)相對(duì)薄弱，其應(yīng)用也不甚廣泛。文章闡述了錨固技術(shù)在地面軟土層及松散基巖里線路基塔加固中的應(yīng)用，為克服地面基塔加固中錨桿施工的盲目性及隨意性做出了巨大貢獻(xiàn)，為以后相同或類似的工程提供了有力的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：錨固技術(shù);線路塔基;剪切力;拉拔力;井巷工程;工業(yè)民用建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM75 文章編號(hào)：1009-2374（2016）04-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.015

1 概況

新疆庫(kù)車縣夏闊坦礦位于庫(kù)車縣以北阿格鄉(xiāng)夏闊坦村。地表為裸露三疊系、侏羅系基巖，地貌為山地，起伏很大，坡度陡峻，溝谷幽深。我礦35kV送電線路俄夏線有6根線桿的基礎(chǔ)因前期施工質(zhì)量問(wèn)題存在基礎(chǔ)裸露缺陷，后期又受風(fēng)雨侵蝕而導(dǎo)致塔基基礎(chǔ)、局部裸露嚴(yán)重，需要維護(hù)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查和分析，提出了多種施工方案，最后確定了錨桿作為地拱的加固方案，利用野外空壓機(jī)施工錨桿，后期用霸線與塔體連接固定。

2 施工方案對(duì)比

6根線桿均處在山地內(nèi)，經(jīng)過(guò)多次勘察，無(wú)通車道路，運(yùn)送材料成為最大難題，需要人工搬運(yùn)物料?；炷翝补嗉夹g(shù)加固塔基，無(wú)疑需花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。

加固 錨桿錨固劑 錨桿規(guī)格20×2200mm 24 600 400

通過(guò)方案比較，混凝土澆筑線桿基礎(chǔ)，所需材料費(fèi)用及運(yùn)輸費(fèi)用遠(yuǎn)高于錨固技術(shù)加固塔基，另外，結(jié)構(gòu)澆筑所花費(fèi)的工數(shù)多，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。時(shí)值冬期，天氣寒冷，白天最高氣溫低于5℃，夜晚氣溫均低于-10℃。持續(xù)的低溫嚴(yán)重影響混凝土的凝固，線桿基礎(chǔ)質(zhì)量難以保證。錨固技術(shù)加固基塔方案成功地避免了以上困難。

3 錨固技術(shù)加固塔基方案設(shè)計(jì)

線桿塔基所處區(qū)域地表由碎石土、堅(jiān)硬狀粉質(zhì)黏土、堅(jiān)硬狀黏土構(gòu)成。地表土層厚度不超過(guò)400mm。土層以下為粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖。巖層普氏系數(shù)為7，無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造，巖層局部破碎有裂隙。錨桿角度基本平行于霸線延伸方向，選擇基巖較完整區(qū)域，霸線基本與線路方向垂直。每根線桿施工2根霸線，霸線每個(gè)底腳兩根錨桿，間距約0.5m。

3.1 錨固參數(shù)選型數(shù)值模擬分析

巖體錨固參數(shù)偏重于錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑，錨桿長(zhǎng)度和錨桿直徑都存在著極限值，并不是通常認(rèn)為的愈長(zhǎng)愈好和愈粗愈好。對(duì)非全長(zhǎng)錨固錨桿的極限長(zhǎng)度宜大于塑性區(qū)厚度且不宜過(guò)多地超出塑性區(qū)范圍，其理論依據(jù)是，在塑性區(qū)錨桿產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性區(qū)，錨桿過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)作用效率降低且不經(jīng)濟(jì);對(duì)錨桿直徑，其僅與最大剪應(yīng)力有關(guān)，由于粘結(jié)層強(qiáng)度的限制，故錨桿存在著極限直徑。

錨桿深入巖石中，其端部承受拉拔力，假設(shè)錨固劑與巖體為性質(zhì)相同的彈性材料，錨桿所作用的巖體可視為半空間，深度z處作用—集中力，如圖1所示：

在任意點(diǎn)C（x，y，z）處的垂直位移分量W可由Mindlin位移解確定：

為避免錨桿頭由其所承受的拉拔力造成橫向的剪切力，施工錨桿與霸線拉伸方向一致。在Mindlin假設(shè)坐標(biāo)中，y軸分量為0，x軸為L(zhǎng)×cosβ，z軸為L(zhǎng)×sinβ。L為錨桿長(zhǎng)度，β為錨桿與巖層夾角。從式（5）、式（6）可以看出，當(dāng)圍巖性質(zhì)、錨桿參數(shù)確定的情況下，錨桿桿體所受的剪切力與錨桿施工夾角成反比。角度越大剪切力越小，反之增加。

3.2 錨固長(zhǎng)度確定

錨桿從錨固段至外段的長(zhǎng)度范圍內(nèi)承擔(dān)了絕大部分的剪應(yīng)力和軸向應(yīng)力，可將該段長(zhǎng)度稱為錨桿體的有效錨固長(zhǎng)度。錨桿與巖體的彈模之比越小，即巖體越硬，錨桿所受的剪應(yīng)力峰值越大，剪應(yīng)力、軸向應(yīng)力分布范圍越小，應(yīng)力集中程度越大，則錨桿的有效錨固長(zhǎng)度就越小。Ec/E比值越大，即巖體越軟，錨桿所受的剪應(yīng)力峰值越小，剪應(yīng)力、軸向應(yīng)力的分布范圍越大、越均勻，則錨桿的有效錨固長(zhǎng)度也就越大，從某種意義上說(shuō)，用預(yù)應(yīng)力錨桿加固軟巖的效果比加固硬巖的效果更好，因此錨桿直徑、圍巖性質(zhì)及錨桿長(zhǎng)度決定錨固長(zhǎng)度。

式中：P為錨固長(zhǎng)度;N為設(shè)計(jì)軸向力;d為錨桿直徑;q為錨固體與周圍巖土的粘結(jié)強(qiáng)度，取25kPa。N=P/K，K為錨桿安全系數(shù)。根據(jù)危害的輕重、臨時(shí)錨桿或永久錨桿選擇K（1.4～2.2），取K=2.0.可得出錨固長(zhǎng)度L：L=80×2.0/（3.14×0.02×25）=101.91mm?？紤]到一定富余量，用4根ZK2335錨固劑能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 線桿霸線拉力分析

霸線所受拉力為錨桿拉拔力，大小相等方向相反。水平方向的拉力在固定線桿，防止線桿搖擺上起到主要作用。F水平=F×sinβ，角度越小，線桿所受水平拉力越大，固定作用越強(qiáng)。但隨著角度的減小，錨桿桿體所受剪切力增大，會(huì)嚴(yán)重影響錨固體的使用壽命，降低承載強(qiáng)度。

令τ=F水平，即F×sinβ，可得出β=48°27′，取實(shí)際有效值為48°27′。如圖2可以看出，錨桿施工角度為48°27′時(shí)，錨固體所受剪切力與線桿水平拉力大小相等，達(dá)到最優(yōu)固定效果。

4 方案分析

利用錨固技術(shù)對(duì)35kV電路線桿加固，充分利用錨桿拉拔力固定線桿。線桿在風(fēng)力的作用下，有基于基點(diǎn)向四周擺動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)可以利錨固體的抗拔作用力來(lái)進(jìn)行抵抗。錨固體所受軸向應(yīng)力及剪應(yīng)力隨著角度的增大而減小，但線桿霸線所受水平拉力減小，對(duì)線桿的固定達(dá)不到預(yù)期效果，并且錨桿外端部所受剪力會(huì)徒然增加，嚴(yán)重破壞錨固體結(jié)構(gòu)，影響錨桿使用壽命。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及公式計(jì)算，線桿霸線伸展方向應(yīng)于錨桿施工方向一致，施工角度為48°27′時(shí)最優(yōu)。采用長(zhǎng)度2.2m、直徑20mm的錨桿，每孔4塊ZK2335型樹(shù)脂藥卷，依靠錨桿周圍的地層的抗剪強(qiáng)度來(lái)傳遞錨固體的拉力并保持地層自身的穩(wěn)定。線桿基塔工程中采用錨固技術(shù)，大大縮小結(jié)構(gòu)物體積，節(jié)約工程材料，有利于施工安全，并且能夠滿足線桿穩(wěn)定所需的外力作用。

5 結(jié)語(yǔ)

我單位使用錨固技術(shù)加固35kV線桿基塔，是一項(xiàng)重大的技術(shù)革新，減少了傳統(tǒng)基塔固定技術(shù)所需的材料費(fèi)用及其運(yùn)輸費(fèi)用，簡(jiǎn)化了施工工序，大幅降低造價(jià)及人工費(fèi)用，為以后同類工程的施工提供了重要的參考依據(jù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）