王向紅 吳曉鋒 趙貞欣

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031)

輸電線路中應(yīng)用的巖石錨桿基礎(chǔ)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(chǔ)。在輸電線路中，基礎(chǔ)作用力一般以上拔為主，而錨桿基礎(chǔ)的上拔抗力主要由水泥砂漿與巖體的粘結(jié)強(qiáng)度承擔(dān)。根據(jù)規(guī)范及以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水泥砂漿和巖體的粘結(jié)強(qiáng)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(chǔ)的方法，這樣勢必造成基礎(chǔ)工程量大、施工難度大。自鎖錨桿技術(shù)的產(chǎn)生很好的彌補(bǔ)了常規(guī)錨桿基礎(chǔ)的缺陷。自鎖錨桿技術(shù)是在底部擴(kuò)成錐形的錨孔內(nèi)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(shù)，以達(dá)到錨固的效果。此技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠，與常規(guī)巖石錨桿基礎(chǔ)相比，更具明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合地質(zhì)勘察報告，對自鎖錨桿基礎(chǔ)的破壞模式、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、施工工藝和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行分析研究，從而為在工程中的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 自鎖錨桿基礎(chǔ)技術(shù)特點(diǎn)

自鎖錨桿基礎(chǔ)施工時，首先用擴(kuò)孔鉆頭將錨固孔的底部擴(kuò)成底大上小的倒錐形，然后注入無機(jī)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(kuò)錐孔內(nèi)壁、內(nèi)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(jī)械自鎖，而無機(jī)灌注材料凝固后，進(jìn)一步加強(qiáng)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(qiáng)度得以最大限度地發(fā)揮出來，并且與原留結(jié)構(gòu)具有相同的使用壽命，達(dá)到最理想的錨固效果。自鎖錨桿結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 自鎖錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

2 自鎖錨桿實(shí)驗(yàn)及理論研究情況

2.1 主要試驗(yàn)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(chǔ)設(shè)置直徑110 mm的孔，每孔內(nèi)均布4根直徑25 mm錨桿、PSB1080的精軋螺紋鋼筋。三組錨桿基礎(chǔ)依次編號為1號，2號，3號。三組基礎(chǔ)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(qiáng)無機(jī)灌漿料。同時，為了與擴(kuò)孔自鎖錨桿進(jìn)行對比分析，現(xiàn)場試驗(yàn)時增加三組非自鎖式的普通錨桿基礎(chǔ)，每組基礎(chǔ)設(shè)置直徑110 mm的孔，每孔內(nèi)均布4根直徑25 mm錨桿、PSB1080的精軋螺紋鋼筋。三組錨桿基礎(chǔ)依次編號為4號，5號，6號。三組基礎(chǔ)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(chǎn)無機(jī)微膨脹灌漿料。兩種基礎(chǔ)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(chǔ)巖層情況

圖2 錨桿基礎(chǔ)及承臺效果圖

圖3 錨桿基礎(chǔ)及承臺平面圖

圖4 錨桿基礎(chǔ)及承臺立面圖

2.2 靜力試驗(yàn)主要破壞形式

通過試驗(yàn)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(guī)錨桿基礎(chǔ)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(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)對照

圖5 自鎖錨桿的破壞模式圖

各組錨桿基礎(chǔ)理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)對照如表2所示。

表2 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)對照表

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

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

3 自鎖錨桿設(shè)計(jì)方法

本文巖石錨桿基礎(chǔ)計(jì)算仍采用DL/T 5219-2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定中的巖石錨桿基礎(chǔ)承載力計(jì)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(kuò)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(zhì)鉆機(jī)成孔。2)孔底放置鋼筒墊塊，確保孔底面水平。3)組裝擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭插入直孔底，將鉆頭鉆桿與鉆機(jī)相連進(jìn)行擴(kuò)孔，底層擴(kuò)孔完畢，提起擴(kuò)孔鉆頭。4)清孔，用專用的清孔器將孔中的明水和細(xì)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(dá)到自鎖。6)灌漿施工，灌漿料采用ICG高強(qiáng)無機(jī)灌漿料。7)灌漿結(jié)束后，1 d內(nèi)應(yīng)不使錨桿受任何擾動。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)選取。以輸電線路典型直線塔ZBC27153，SZC27103和典型耐張塔JC27153，SJC27103基礎(chǔ)作用力為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較(見表3)。

表3 基礎(chǔ)作用力

2)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析。

表4 自鎖錨桿基礎(chǔ)和常規(guī)巖石錨桿材料量和造價比較

由表4可以看出，與常規(guī)巖石錨桿基礎(chǔ)相比，自鎖錨桿基礎(chǔ)的鋼筋用量直線塔平均減少30%，轉(zhuǎn)角塔減少32%，直線塔節(jié)省造價11%左右，轉(zhuǎn)角塔節(jié)省造價14%左右。具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)論及應(yīng)用的建議

本文對自鎖錨桿基礎(chǔ)的技術(shù)特點(diǎn)、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(jié)論和建議如下:1)自鎖錨桿承載力較普通錨桿基礎(chǔ)顯著提高，在輸電線路基礎(chǔ)中應(yīng)推廣應(yīng)用;2)自鎖錨桿破壞模式只有兩種，提高基礎(chǔ)安全度;3)在給定荷載及地質(zhì)條件下，與常規(guī)巖石錨桿基礎(chǔ)相比，自鎖錨桿基礎(chǔ)的鋼筋用量直線塔平均減少30%，轉(zhuǎn)角塔減少32%，直線塔節(jié)省造價11%左右，轉(zhuǎn)角塔節(jié)省造價14%左右。具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

［1］DL/T 5219-2005，架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定［S］.

［2］高作平，陳明祥.巖石結(jié)構(gòu)粘結(jié)加固技術(shù)新發(fā)展［M］.北京:水利水電出版社，1999.

［3］高作平.自鎖錨桿成套產(chǎn)品的研制與應(yīng)用［D］.武漢:武漢大學(xué)，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(yàn)研究［D］.武漢:武漢大學(xué)碩士學(xué)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(yàn)研究［D］.武漢:武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.