丁小明+周磊+閆俊月+周長(zhǎng)吉+潘守江+尹義蕾+李明

【摘要】塑料大棚是中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施，目前為139萬hm2。在中國(guó)南方很多地區(qū)，塑料大棚的抗風(fēng)能力在很大程度上取決于壓膜線地錨的抗拉拔力，壓膜線和地錨的破壞是造成塑料大棚在風(fēng)載荷作用下破壞的主要原因之一。所以，風(fēng)荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文以中國(guó)塑料大棚常用的地錨為研究對(duì)象，研究粘土磚和螺旋地樁在不同埋深、不同土壤壓實(shí)度下的抗拉拔性能，研究結(jié)果表明，回填土保證一定的密實(shí)度，粘土磚在一定的埋深下，拉拔力能達(dá)到1.5 kN以上。而螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN。對(duì)于要求拉拔力不大于2 kN的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，可以采用經(jīng)濟(jì)性較好的粘土磚作為地錨。對(duì)于較高的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，由于粘土磚本身有極限抗拉強(qiáng)度，應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式，防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。此外，壓膜線地錨的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強(qiáng)度，壓膜線地錨的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強(qiáng)度，并留出一定的安全余量。

料大棚是我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施，目前為139萬hm2 [1]。在塑料大棚的設(shè)計(jì)中，風(fēng)荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是2個(gè)重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)于壓膜線地錨的設(shè)計(jì)，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]規(guī)定可采用混凝土基礎(chǔ)或其他固定形式。采用混凝土基礎(chǔ)時(shí)，預(yù)埋深度不應(yīng)小于30 cm，橫向尺寸不小于8 cm。浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)[3]規(guī)定塑料大棚覆膜后采用專用壓膜線，每拱1根，并用螺旋樁、地拉桿等固定。江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)[4]規(guī)定膜線間距不大于1.6 m，兩端用地錨固定。北京市農(nóng)林科院蔬菜所大棚組[5]采用8號(hào)鉛絲拴在磚上當(dāng)?shù)劐^，磚放平埋入地下50～60 cm，上面夯實(shí)，以兩人用力拉不出來為準(zhǔn)。把8號(hào)或10號(hào)鉛絲拴在地錨上，效果很好。汪士尚[6]認(rèn)為塑料壓膜線拴系在塑料大棚兩側(cè)的直徑為12 mm中碳鋼制成的螺旋形地樁上，即可壓緊棚膜，又能部分地平衡和承受風(fēng)載對(duì)大棚產(chǎn)生的引力，對(duì)大棚骨架起錨固作用。黎蘭獻(xiàn)等[7]認(rèn)為壓膜線打樁鐵樁固定，采用長(zhǎng)50～60 cm、直徑2～3 cm的鐵條，上部做彎鉤，下部插入地里。另有一種專門的壓膜鉤，一個(gè)鐵鉤插入一個(gè)承重的磚塊。在上海、江蘇和浙江一帶，一般采用圓鋼與鐵板焊制而成的螺旋地樁，螺旋地樁由Ф10 mm圓鋼組成。在上海地區(qū)，地樁長(zhǎng)30 cm或40 cm；在江蘇地區(qū)地樁大多長(zhǎng)45 cm，另一種形式為60 cm。地樁直接旋轉(zhuǎn)插入土壤中，對(duì)于較難插入的地樁，再用管件作為輔助工具旋轉(zhuǎn)插入。螺旋地樁安裝后，再用鋼管或低碳鋼絲與螺旋地樁固定，壓膜線拴系在鋼管或低碳鋼絲上。優(yōu)點(diǎn)是施工和拆卸方便，缺點(diǎn)是使用3～5年后，容易生銹，失去地錨作用。云南地區(qū)的典型做法主要是用角鋼插入地下40～50 cm，壓膜線直接與角鋼連接。滄州溫室制造廠制作的塑料大棚壓膜線地錨，用8號(hào)低碳鍍鋅鋼絲拴系在1塊或2塊粘土磚上，然后將其埋入深40 cm的土中?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)壓膜線地錨的描述僅限于定性描述階段，缺少必要的定量數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)帶來不便。本文將針對(duì)拱桿基礎(chǔ)和壓膜線地錨設(shè)計(jì)了不同埋深、不同基礎(chǔ)形式的抗拉拔力試驗(yàn)，為塑料大棚風(fēng)荷載設(shè)計(jì)提供參考。

拉拔力試驗(yàn)

影響拉拔力數(shù)值大小的重要影響因素，一是土層抗壓強(qiáng)度，受到拉拔力作用時(shí)，土壤在地錨埋入部分圓周方向?qū)ν翆佑袛D壓擴(kuò)張力，當(dāng)土層抗壓強(qiáng)度較低時(shí)，土層局部被擠壓破壞，故較容易被拔出；當(dāng)土層抗壓強(qiáng)度較高時(shí)，土層局部未被擠壓破壞或破壞較輕，使根部的擠壓擴(kuò)張力得以維持，該擠壓擴(kuò)張力使得地錨與土層之間的摩擦力增大，故不容易被拔出，土層抗壓強(qiáng)度高時(shí)拉拔力也高。本文要試驗(yàn)驗(yàn)證不同強(qiáng)度土與最大拉拔力的關(guān)系，采用貫阻力值描述土層強(qiáng)度。二是埋設(shè)深度，埋設(shè)的深淺對(duì)拉拔力應(yīng)有較大的影響，目前的埋設(shè)深度大多集中在30～50 cm之間。埋設(shè)的深淺對(duì)拉拔力有較大影響，目前的埋設(shè)深度大多集中在3～45 cm之間，試驗(yàn)設(shè)計(jì)從30 cm埋設(shè)深度開始，做到埋設(shè)深度50 cm為止。目前壓膜線地錨有2種方式，一種是利用鍍鋅低碳鋼絲拴系石塊或粘土磚的形式，另一種就是專用的螺旋地樁。分別驗(yàn)證2種不同地錨方式對(duì)拉拔力的影響。試驗(yàn)用的燒結(jié)普通磚為粘土磚，尺寸為240mm×115 mm×53 mm。埋深深度指粘土磚和混凝土塊下表面距離土層表面的距離。

試驗(yàn)儀器

用錨桿拉拔儀（圖1）進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)。動(dòng)力為液壓油缸，可以將埋在土壤中的地錨拉拔出來，并記錄最大力。

填土密實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀，用于檢測(cè)回填土的干密度和均勻性，可取代環(huán)刀法灌沙灌水法全方位地檢查填土質(zhì)量。電子智能填土密實(shí)度監(jiān)測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍：0～1000 N；測(cè)試深度：0～30 cm；被測(cè)介質(zhì)：碾壓后的各種回填土、粘土、砂土、混合土；相應(yīng)測(cè)試結(jié)果：填土的干容重、土的壓實(shí)系數(shù)；精度：≤0.5%；儀器重量：3 kg。

試驗(yàn)方法

鍍鋅鋼管澆砼埋深拉拔力試驗(yàn)，將不同澆灌砼方式的鍍鋅鋼管埋深40、50 cm，分不同的夯實(shí)力，進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。螺旋地樁埋深拉拔力試驗(yàn)，將螺旋地樁埋入土壤中，分不同的夯實(shí)力，進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。粘土磚埋深拉拔力試驗(yàn)，將2種不同拴系規(guī)格的粘土磚埋入不同埋深，分不同的夯實(shí)力，進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

壓膜線地錨抗拉拔力試驗(yàn)結(jié)果分析

以粘土磚為地錨的測(cè)試結(jié)果

壓膜線地錨用磚時(shí)的測(cè)試結(jié)果見表1。根據(jù)表1繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。

試驗(yàn)結(jié)果表明，拉拔力與貫阻力值成線性關(guān)系，從線性回歸方程看，線性關(guān)系較好。另外，隨著埋設(shè)深度的增大，拉拔力逐漸增大。但有一點(diǎn)需要指出，粘土磚有一定的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)抗拔力超過粘土磚的抗拉強(qiáng)度時(shí)，粘土磚會(huì)被拉斷。所以，對(duì)于一定規(guī)格的粘土磚，并不是埋得越深，抗拉拔力越大，埋設(shè)深度到一定深度后，該值將達(dá)到一極限值。從圖2可以看出，2條擬合線隨著貫入力值的增加最終相交，此時(shí)，粘土磚被拉斷，抗拉拔力達(dá)到最大值。根據(jù)圖2擬合所得線性回歸公式計(jì)算，當(dāng)貫入力值為85 N時(shí)，抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN。

以螺旋地樁為地錨的測(cè)試結(jié)果

壓膜線地錨用螺旋地樁時(shí)的測(cè)試結(jié)果見表2。根據(jù)表2繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。由圖3可知，以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力隨著貫入力的增大而線性增大。根據(jù)回歸公式計(jì)算，當(dāng)貫入力值為85 N時(shí)，抗拉拔力僅為0.53 kN。

由圖4可見，以粘土磚和螺旋地樁為壓膜線地錨的測(cè)試結(jié)果表明，壓膜線地錨的抗拉拔力與貫入力成線性關(guān)系。目前工程上常用的2種壓膜線地錨，以粘土磚為地錨的抗拉拔力明顯高于以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力。根據(jù)擬合線性回歸方程，當(dāng)貫入力值為85 N時(shí)，前者抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN，而后者僅為0.53 kN。以粘土磚為壓膜線地錨的最大抗拉拔力不僅取決于埋設(shè)深度、貫入力值，還取決于粘土磚本身的抗拉強(qiáng)度，以粘土磚為壓膜線地錨的極限抗拉拔力值發(fā)生在粘土磚被拉斷時(shí)。

結(jié)論與建議

對(duì)于塑料大棚壓膜線地錨，回填土保證一定的密實(shí)度，粘土磚在一定的埋深下，拉拔力能達(dá)到1.5 kN以上。但目前工程中用的螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN，對(duì)于需要抗風(fēng)較大的地區(qū)，螺旋地樁不是很好的選擇，雖然可以通過增加螺旋地樁的截面積提高抗拉拔力，但增加截面積又增加了旋入的工程難度，應(yīng)綜合加以考慮。此外，螺旋地樁在旋入的過程中，會(huì)破壞螺旋地樁表面的防銹漆，螺旋葉片失去防銹保護(hù)，使用壽命大大降低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，2種不同的地錨方式抗拉拔力值的參考值見表3。對(duì)于要求拉拔力不大于2 kN的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，可以采用經(jīng)濟(jì)性較好的粘土磚作為地錨。對(duì)于較高的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，由于粘土磚本身有極限抗拉強(qiáng)度，應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式，防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。壓膜線地錨的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強(qiáng)度，壓膜線地錨的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強(qiáng)度，并留出一定的安全余量?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，回填土壓實(shí)不用專業(yè)工具，直接踩實(shí)，以粘土磚為地錨也能保證1.5kN以上的抗拉拔力。

參考文獻(xiàn)

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*項(xiàng)目支持：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《種植塑料大棚工程技術(shù)規(guī)范》項(xiàng)目。