自锁锚杆技术在输电线路基础中的应用

王向红 吴晓锋 赵贞欣

(河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050031)

输电线路中应用的岩石锚杆基础是在钻凿成型的岩孔灌注水泥、快硬水泥砂浆，同时以普通钢材为锚杆体而形成的锚杆基础。在输电线路中，基础作用力一般以上拔为主，而锚杆基础的上拔抗力主要由水泥砂浆与岩体的粘结强度承担。根据规范及以往试验数据，水泥砂浆和岩体的粘结强度一般较低，为了满足上拔抗力要求，需要锚杆锚入岩体较大的深度，但又不能超过锚固深度临界值。我们一般采取加大锚孔直径或使用群锚基础的方法，这样势必造成基础工程量大、施工难度大。自锁锚杆技术的产生很好的弥补了常规锚杆基础的缺陷。自锁锚杆技术是在底部扩成锥形的锚孔内插入自锁锚杆，施加压力使锚杆张开自锁，形成了一种快速、耐热、耐水、不易老化高效的锚固技术，以达到锚固的效果。此技术安全、经济、可靠，与常规岩石锚杆基础相比，更具明显的经济效益。本文结合地质勘察报告，对自锁锚杆基础的破坏模式、设计计算方法、施工工艺和经济技术指标等进行分析研究，从而为在工程中的应用提供理论和实践依据。

1 自锁锚杆基础技术特点

自锁锚杆基础施工时，首先用扩孔钻头将锚固孔的底部扩成底大上小的倒锥形，然后注入无机灌注材料，将带有锥头的开槽自锁锚杆插入倒锥孔中，再在锚杆尾端加轴向压力，于是锚杆头部在锥头的作用下张开，其外表面与所扩锥孔内壁、内槽面与锥头表面之间楔紧，加上锥面的挤压作用从而形成锚杆头部可靠的机械自锁，而无机灌注材料凝固后，进一步加强了锚杆与孔壁之间的粘连。这样，可使锚杆材料和孔壁材料的自身强度得以最大限度地发挥出来，并且与原留结构具有相同的使用寿命，达到最理想的锚固效果。自锁锚杆结构示意图见图1。

图1 自锁锚杆结构示意图

2 自锁锚杆实验及理论研究情况

2.1 主要试验工作

选取三组不同的入岩深度(岩层情况如表1所示)，每组基础设置直径110 mm的孔，每孔内均布4根直径25 mm锚杆、PSB1080的精轧螺纹钢筋。三组锚杆基础依次编号为1号，2号，3号。三组基础的锚杆自由段长度均为2 m(不包括承台高度)，灌浆锚固段分别为3.0 m，4.0 m，6.0 m，灌浆料采用 ICG 高强无机灌浆料。同时，为了与扩孔自锁锚杆进行对比分析，现场试验时增加三组非自锁式的普通锚杆基础，每组基础设置直径110 mm的孔，每孔内均布4根直径25 mm锚杆、PSB1080的精轧螺纹钢筋。三组锚杆基础依次编号为4号，5号，6号。三组基础的锚杆自由段长度均为2 m(不包括承台高度)，灌浆锚固段分别为3.0 m，4.0 m，6.0 m，灌入国产无机微膨胀灌浆料。两种基础分别选取一根锚杆不浇筑承台，其他两根锚杆一起浇筑面积(1×2)m2的承台，承台高度取1 000 mm。锚杆及承台布置见图2～图4。

表1 选取自锁锚杆基础岩层情况

图2 锚杆基础及承台效果图

图3 锚杆基础及承台平面图

图4 锚杆基础及承台立面图

2.2 静力试验主要破坏形式

通过试验得出，自锁锚杆的破坏模式只有两种:岩石龟裂破坏和锚杆拔断;常规锚杆基础的破坏模式有三种:岩石龟裂破坏、锚杆拔出和锚杆拔断，如图5所示。

2.3 理论计算结果与试验对照

图5 自锁锚杆的破坏模式图

各组锚杆基础理论计算结果与试验对照如表2所示。

表2 理论计算结果与试验对照表

2.4 试验结果分析

1)自锁锚杆承载力较普通锚杆基础显著提高，在输电线路基础中应推广应用;2)自锁锚杆破坏模式只有两种，提高基础安全度。

3 自锁锚杆设计方法

本文岩石锚杆基础计算仍采用DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定中的岩石锚杆基础承载力计算公式。

4 自锁锚杆的施工工艺

4.1 自锁锚杆施工主要器具

自锁锚杆施工所用的特殊器具有扩孔钻头、自锁锁头和深孔清孔器。

4.2 自锁锚杆施工流程

自锁锚杆的施工流程图见图6。

图6 自锁锚杆施工流程图

1)用地质钻机成孔。2)孔底放置钢筒垫块，确保孔底面水平。3)组装扩孔钻头，扩孔钻头插入直孔底，将钻头钻杆与钻机相连进行扩孔，底层扩孔完毕，提起扩孔钻头。4)清孔，用专用的清孔器将孔中的明水和细渣清除干净，孔中不得有明水。5)用吊车将装有专用锚头的精轧螺纹钢放入锚固孔中，并将楔块滑入锚座滑槽，将锚座锥面将其顶开达到自锁。6)灌浆施工，灌浆料采用ICG高强无机灌浆料。7)灌浆结束后，1 d内应不使锚杆受任何扰动。

5 技术经济分析

1)基础设计参数选取。以输电线路典型直线塔ZBC27153，SZC27103和典型耐张塔JC27153，SJC27103基础作用力为例进行经济比较(见表3)。

表3 基础作用力

2)技术经济比较分析。

表4 自锁锚杆基础和常规岩石锚杆材料量和造价比较

由表4可以看出，与常规岩石锚杆基础相比，自锁锚杆基础的钢筋用量直线塔平均减少30%，转角塔减少32%，直线塔节省造价11%左右，转角塔节省造价14%左右。具有良好的经济性。

6 结论及应用的建议

本文对自锁锚杆基础的技术特点、破坏方式、极限承载力及施工工艺作了探讨和研究，其主要结论和建议如下:1)自锁锚杆承载力较普通锚杆基础显著提高，在输电线路基础中应推广应用;2)自锁锚杆破坏模式只有两种，提高基础安全度;3)在给定荷载及地质条件下，与常规岩石锚杆基础相比，自锁锚杆基础的钢筋用量直线塔平均减少30%，转角塔减少32%，直线塔节省造价11%左右，转角塔节省造价14%左右。具有良好的经济性。

［1］DL/T 5219-2005，架空输电线路基础设计基础规定［S］.

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