福建湄洲湾输电线路岩石锚杆基础试验与分析

翁兰溪，赵金飞

(福建省电力勘测设计院，福州 福建 350003)

福建湄洲湾输电线路岩石锚杆基础试验与分析

翁兰溪，赵金飞

(福建省电力勘测设计院，福州 福建 350003)

对福建地区在强风化地质条件下的锚杆基础进行单锚、群锚抗拔承载力试验，研究锚杆基础的破坏模式和承载特性，通过对试验结果与现行规范进行比较，探讨适合该地质条件的岩石地质物理参数取值。扩展岩石锚杆基础在山区线路工程中的应用范围，为强风化地质条件下岩石锚杆基础设计提供参考。

岩石锚杆；试验研究；承载力。

1 概述

福建500kV湄洲湾输电线路跨海段，#18塔位使用大跨越塔SZK100，塔高128.5m，基础上拔力达10705kN。#18塔位的跨越塔所处地质条件：表层2.0m残积土，2.0m以下为强风化花岗岩(砂土状)，呈褐黄色，散体状构造，中粗粒结构，原岩结构较清晰，矿物主要成分为长石、石英，见图1。为充分利用岩土自身的强度和自稳能力，该塔位基础拟采用斜柱岩石锚桩基础进行设计。

图1 试验场地位置

福建地区输电线路工程缺乏强风化地质条件下锚杆设计经验，为了研究强风化地质条件下合理的地质参数取值，在#18跨越塔基础现场附近对单锚和群锚基础进行试验，试验场地位置见图2。

图2 试验场地位置

2 试验方案设计

#18跨越塔锚杆基础的锚桩孔数为66根，锚桩间距为0.9m，锚固深度为3.5m，锚桩直径为150mm，锚筋直径为36mm。为得到不同埋深岩石锚杆基础的承载特性，单锚埋深分别取为3m、4m与5m。群锚基础取实际工程中的两根锚杆为研究单元，并按每根锚杆所分担面积设计试验承台大小。所有混凝土均为C30级，在承台中布置上下两层构造钢筋网片。所进行的岩石锚杆试验基础型式、数量与编号等见表1，岩石地质物理参数取值拟按《架空送电线路基础设计技术规定 DL/T 5219-2005》1(以下简称《技术规定》)选用，锚桩砼采用C30级。锚筋材质HRB400，锚筋直径36mm，开槽后有效面积约600mm2，锚孔直径100mm。

2.1 应变、位移采集

应变片布置：本试验在锚筋中埋设应变片，以测定锚筋在试验加载过程中应变的变化情况，通过加载过程中应变片数据的变化来研究分析基础承载性质。基础应变片的布置根据试验锚杆的设计情况和试验研究目的确定，详见图3。

试验中各水平与上拔位移通过位移传感器测得。针对岩石锚杆基础可能的破坏型式：锚筋拉断破坏、锚筋从砂浆或细石混凝土中被拔出而破坏、锚杆沿着与岩石的结合面被拔出而破坏、上拔荷载超过岩体的抗拔能力而破坏，本试验分别在锚杆混凝土顶部、锚筋附近与周围地表布置位移测点。

2.2 加载装置

竖向加载装置和反力类型：竖向加载反力系统利用反力支座和反力梁系提供，其中反力梁为6根加固工字钢梁。竖向加载系统示意图与实景图见图4。反力梁支承点在岩石假想破裂面之外，以保证锚杆在可能出现的第四种破坏时抵抗力由全部的岩体破裂面剪切应力垂直分量提供。水平加载系统：本次试验水平荷载采用手拉葫芦，并通过滑轮组和钢丝绳组合施加，由拉力传感器显示荷载值，从而实现对施加荷载大小的显示与控制。水平加载系统示意图与实景图见图5。

2.3 试验加卸载方案

根据《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T 5219-2005)附录I关于送电线路基础上拔静载试验要点的规定，结合试验要求，试验采用维持荷载法进行试验。

3 试验结果与分析

3.1 破坏模式

根据现场试验情况，群锚基础均为单根锚筋拔断破坏，破坏型式明确，见图6。

对于单锚基础，现场试验出现两种现象：锚杆混凝土表面出现较大上拔变形、锚筋拔断，见图7。

根据试验现象，可以确定没有发生锚筋从细石混凝土中被拔出破坏与岩体中出现倒锥型破裂面破坏。所以单锚基础存在两种可能的破坏型式：①锚杆整体拔出破坏；②锚筋拔断破坏。现场试验过程中为了明确其破坏型式，在锚杆混凝土表面出现较大上拔位移后继续加载，在继续加载过程中没有出现锚杆唯一持续发展的现象，而趋于稳定，并在继续加载过程中锚筋拔断。通过锚筋应力-深度曲线的分析，试验中锚杆与周围岩壁粘结结构未发生整体破坏，见下文3.3节。综合分析，单锚基础破坏型式为锚筋拔断破坏。试验基础破坏状态、极限荷载、破坏型式见表1。

图6 群锚单根锚筋拔断

图7 单锚锚筋拔断

表1 试验基础破坏、极限荷载与位移

3.2 荷载—位移曲线

现场试验结果显示：锚杆基础周围地表位移测点数据相对很小(一般不足1mm)，且随着荷载的增大，无明显规律性变化，故可认为锚杆基础周围岩体在试验过程中未发生变形；在锚杆混凝土表面所设位移测点测试结果良好，规律性明显，作为主要分析依据；在锚筋上设置的应变测点的测试结果受锚筋自身受拉变形影响较大，作为辅助分析依据。将锚杆混凝土表面的位移测点作为主要分析对象，得出荷载－位移曲线,见图8(仅列举部分曲线)。

由图8说明，本次试验的岩石锚杆基础荷载－位移曲线均正常，容易判断极限荷载。单锚基础与Q5-B、Q5-C基础在小荷载作用下位移随荷载逐步增大，接近极限荷载时出现位移的突变性增大，Q5-A与Q5-D基础在破坏前荷载－位移曲线均较平缓。

图9 锚筋应力－深度曲线

3.3 锚杆应力—深度曲线

基础锚筋在加载过程中不同深度的应力见图9。图例中荷载值表示实际所施加竖向上拔荷载大小，“深度”表示应变测点的埋深(仅列举部分曲线)。

由不同锚筋的应力曲线可以得出以下规律：①随着荷载的增大，锚筋应力整体增大；②同一锚筋在加载过程中，应力随深度减小；单锚基础锚筋在埋深范围内受力，至锚固深度底部受力消减至接近零；群锚基础锚筋(埋深

5m)在4m范围内有较大受力，至4m左右消减为零。③在荷载达到极限与破坏荷载状态时，锚筋应力的受力特性并没有发生锚杆整体拔出时会出现的的锚筋应力消减的现象，由此也可以判断，试验中锚杆与周围岩壁粘结结构未发生整体破坏。

3.4 试验结果分析

3.4.1 锚筋与混凝土之间的粘结强度τa推导

依据《技术规定》10.2.2条，在锚筋强度足够时，锚筋与细石混凝土的粘结承载力以及锚杆与岩石间的粘结承载力成为岩石锚杆基础的承载力主要控制因素。

锚筋与细石混凝土的粘结承载力计算方法：

按照《技术规定》10.3.3条确定有效锚固深度为l0=45d=45×0.036＝1.62(m)

故锚筋与细石混凝土的粘结承载力：

经计算得出，本次试验的锚筋与细石混凝土的粘结承载力为549kN，远远大于本次试验所得的极限承载力值，故锚筋与细石混凝土的粘结承载力不是本次试验极限承载力的控制因素。故工程设计中C30级细石混凝土τa可按《技术规定》10.2.2条取3000kPa。

3.4.2 锚固体与岩石之间的粘结强度τb推导

根据《技术规定》10.2.3条，锚杆与岩石间的粘结承载力计算方法：γfTE≤πDh0τb

由本次试验情况看来，未发生锚固体整体拔出破坏，即锚杆与岩石之间的粘结承载力满足抗拔要求。根据试验结果，单根锚杆与岩石间的粘结承载力可以认为约200kN，故：

计算表明，本次试验岩石锚杆基础在强风化地质条件下，τb大于393kPa，位于《技术规定》表10.2.3 τb推荐取值区间，故工程τb取值可以按照《技术规定》表10.2.3取400kPa。

3.4.3 岩石等代极强剪切强度τs推导

根据《技术规定》10.2.4条，岩石抗剪承载力计算公式为：

本次试验中未发生岩石剪切破坏，故可根据此计算方法得出本试验场地岩石的等代极限剪切应力τs最小值，

计算结果表明，对于本次试验岩石锚杆基础与强风化地址条件，τs大于22.9，位于《技术规定》τs推荐取值区间，故工程 τs取值可以按照《技术规定》表10.2.4取22kPa。

4 结论

通过岩石锚杆基础试验研究，得出以下主要结论：

(1)在该场地地质条件与设计情况下，岩石锚杆基础破坏状态为锚筋拔断，锚筋与细石混凝土的粘结承载力、锚杆与岩石之间的粘结强度、不是本次试验极限承载力的控制因素。荷载－位移曲线正常，锚筋应力曲线规律性明显且正常。

(2)福建地区此类强风化地质条件下锚杆设计，地质参数取值可以参考《技术规定》的取值范围。通过计算反推锚筋与细石混凝土之间的粘结强度τa、锚杆与岩石之间的粘结强度τb、岩石等代极强剪切强度τs，以上参数均在《技术规定》强风化地质条件取值范围内，即该类强风化地质条件下，参数取值可以按照《技术规定》。

(3)本试验单纯从现象判断单锚基础的破坏型式有困难，可以通过锚筋应力-深度曲线、现场试验分析综合其他数据来判断。

[1]DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定[S]．

[2]冯自霞，郑卫锋．程永锋输电线路裂隙岩体地基锚杆抗拔模型试验研究[J]．合肥工业大学学报，2009，32(10)．

[3]郑卫锋，鲁先龙，程永锋，冯自霞．输电线路岩石锚杆基础工程临界锚固长度的研究[J]．电力建设，2009，30(9)．

[4]郑卫锋，鲁先龙 程永锋．冯自霞输电线路岩石锚杆基础试验研究[J]．工程勘察，2010，(1)．

Experiment Analysis on Anchor-shaft Rock Foundation in Transmission Line of Fujian Meizhou Lay

WENG Lan-xi, ZHAO Jin-fei
(Fujian Electric Power Survey & Design Institute, Fuzhou 350003, China)

The experiments of single and vertical anchor - shaft foundations for geologic conditions of strong weathering were carried out in Fujian province. And the failure mode and load bearing capability of rock anchor foundation was analyzed. Comparison between the experimental results and the code, the suitable geological parameter for the geologic conditions of strong weathering was discussed. The results showed that the applications and design of rock anchor – shaft foundations can extend to the mountain area in Fujian.

rock anchor-shaft; experimental study; load bearing capability.

TU4

B

1671-9913(2011)03-0068-05

2011-03-07

翁兰溪(1980- )，男，福建省莆田人，工程师。