输电线路岩石锚杆基础的勘察现状与对策分析

黄兴怀，郑卫锋

（1.安徽省电力设计院，安徽 合肥 230001；2.中国电力科学研究院，北京 100192）

1 概 述

岩石锚杆基础[1-4]是一种通过水泥砂浆或细石混凝土在岩孔内的胶结，使钢筋与岩体结成整体的新型环保型输电线路基础。岩锚基础具有节约混凝土量、现场施工量小等特点；通过采取机械化钻孔作业模式，有效保证了施工的安全性；另外，岩锚基础土方开挖量小，减小了余土外运量，降低了对周围环境的破坏。灵绍线塔基设计比选资料表明[5]，相比于传统的嵌固式基础或挖孔桩基础，岩锚基础平均节约造价7%以上，经济效益与环保效益显著。目前，在输电线路工程中正大力推广岩石锚杆基础。

在特高压工程输电线路经过的山区地质，往往存在第四系覆盖且风化的岩体，传统的直锚式基础不适应大荷载等级的塔基，带柱板的承台式群锚基础已成为特高压工程中岩石锚杆基础的主要型式[6]。大荷载、厚覆盖层条件下的岩锚基础设计，其参数取值至关重要，而设计参数取值对地质勘测的依赖性很强。因此，在特高压输电线路工程中若大规模推广应用岩锚基础，在勘察手段与勘测方法方面应如何加强规范，值得深入研究与探讨。

2 岩锚基础应用条件

2.1 应用岩锚基础的判定依据

①岩性条件：在坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩中可用，极软岩不适宜；在未风化、微风化、中等风化、强风化岩中可用，全风化岩应慎用；在完整、较完整、较破碎、破碎岩中可用，极破碎岩不采用。

②覆盖层厚度：覆盖层厚度不宜超过3m。

③地下水条件：钻孔范围内无地下水。

④塔基保护范围：塔腿中心外侧保护区10m内不存在悬崖、8m内不存在高度超过4m的陡坎。

⑤地形坡度：从锚杆基础的经济性分析看，地形坡度不宜超过35°。

2.2 岩锚基础设计原则

规程[1]规定，输电线路岩石锚杆基础的设计主要考虑以下4种破坏模式：锚筋自身拉断破坏、锚筋与水泥砂浆或细石混凝土结合面的粘结破坏、锚杆与岩体结合面粘结破坏、岩体自身剪切破坏。上述4种破坏模式需满足“木桶理论”，即以最小承载力作为锚杆基础的极限抗拔承载力[7]。

上述4种破坏模式分别对应的设计参数为fy、τa、τb、τs。含义为：fy为钢筋的抗拉强度设计值，与钢筋自身材质有关；τa为锚筋与水泥砂浆或细石混凝土间的粘结强度，主要受到钢筋形状与混凝土强度影响；τb为锚杆与岩石间的粘结强度，取值取决于岩体硬度与风化程度；τs为岩石等待剪切强度，不属于基本岩石地基物理力学性质参数，无法通过常规岩土工程勘测手段，取值也与岩体硬度、风化程度密切相关。

上述参数取值直接受到勘测手段与方法、勘测人员素质的影响，其取值大小又直接影响岩锚基础设计的经济性。因此，有必要统一规范勘测手段与方法，对参数取值建立统一的判定标准。

3 岩锚基础勘察现状

规程[8,9]规定：岩石锚杆的地基应逐基鉴定；对于丘陵与山区的岩石地基，应查明岩石的类别、地层产状、节理裂隙发育程度、风化程度与风化厚度。

丘陵与山区勘察重点应围绕塔位稳定开展现场工作，有针对性地采取地质调查、钻探、地质测绘、物探等勘探手段，勘测深度应满足塔位稳定性评价、基础设计的要求，具体应符合下列规定：

①对位于工程地质条件简单、基岩裸露或覆盖层较薄的塔位，勘测一般以地质调查为主，重点描述其岩性、结构构造及产状、软弱结构面的发育特征，确定其风化程度并进行岩体结构分类；

②对位于第四系覆盖的塔位逐腿勘探，必要时进行一腿多点勘探，查明第四系覆盖层厚度与性质及下伏基岩的性质，勘探深度一般应至基岩顶板，并准确判定下伏岩体的工程特性。

4 岩锚基础勘察主要问题

4.1 设计、勘察规范的不协调

设计规程[1]规定，岩锚设计中的关键设计参数τb、τs与岩石强度及风化程度密切相关。岩石地基的划分方法为：首先按照岩石坚硬程度（定性判断或根据饱和单轴抗压强度值来确定）划分为硬质岩、软质岩；其次根据岩石自身结构特性定性划分为未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化；最后，根据岩石基础的坚硬程度与风化程度，确定岩石锚杆基础的相关计算参数。

勘察规范[10]规定，岩石坚硬程度的划分应根据饱和单轴抗压强度或点荷载试验强度算确定。在定性分类时，中等风化的坚硬岩或较硬岩归为较软岩，强风化的坚硬岩或较硬岩归为软岩，即风化程度较高的硬质岩可归类为软质岩。

设计规程[1]与勘察规范[10]两者分类标准虽然一致，实质却发生了改变。目前，电力行业的勘察单位，现场勘察时中执行国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001），但关键设计参数τb、τs取值时按电力行业设计规程《架空送电线路基础设计技术规定》（DL/T 5219-2005）执行，造成一定程度上的混乱。

因此，建议在线路工程勘察中，定量时按饱和单轴抗压强度或点荷载试验强度值，定性时仅按岩石类别来确定岩石软硬分类。

4.2 勘察手段单一、定量难

考虑到线路工程特点，结合岩石地基勘察重点，工程上目前常用的手段为工程地质测绘、探坑探槽及钻探手段。工程地质调查测绘、探坑探槽操作方便，是判断是否可采用岩锚型式的重要手段；采用钻探能较直观地反映岩石的完整程度、风化程度和裂隙发育情况，是岩锚基础勘察的主要手段。上述方法都依赖于技术人员的经验水平，勘察成果带有较大的主观性，定性成分多、定量指标少，给锚杆基础设计带来一定风险。

因此，分析是否采用岩锚基础时，建议应以工程地质测绘、探坑探槽手段为主；当为岩锚设计提供参数时，应以钻探手段为主，辅以其他勘察手段，考虑到线路工程杆塔间距大、机具搬迁困难、钻探用水困难等，应重点采用轻便型钻机，同时应分析孔径的减小对取芯质量的影响；另外勘察时可选用点荷载仪、波速参数测定仪等进行岩体定量判定，以积累相关数据，提高勘察工作的精度与水平。

5 岩锚基础勘察的几点思考

5.1 注重勘察质量，加强沟通交流

勘察作为岩锚基础设计的第一手资料来源，应提高勘察效率、注重勘察质量。

勘察前，岩土勘察专业与结构设计专业的技术人员应加强沟通交流，对照线路路径规划及已有资料，进行杆塔基础类型规划，初步确定具备岩锚基础应用的塔位，进行相应的详细勘察。

岩锚基础要逐基勘察、逐腿勘探，一般钻探入岩深度不小于8m。可采用地质雷达、高密度电法等工程物探方法提高勘察效率，可选用麻花钻、绍尔背包钻等进行地质钻探，建议选用点荷载仪、波速参数测定仪等进行岩体定量判定。

5.2 加强试验，进行设计优化

岩锚基础的关键设计参数τb、τs取值范围大，无法通过常规岩土工程勘测手段定量获得，使得勘察技术人员对参数取值也较为保守，直接影响到岩锚基础设计的经济性；同时τs是与假定破坏模式相关的参数，缺乏明确的物理涵义。在目前工程实践经验较少的条件下，建议以现场真型试验优化设计。

①现场真型试验应选择在施工图设计之前进行，对任何一种新型锚杆，或锚杆用于未应用过的岩层，或缺乏地区应用经验时，建议进行现场试验。

②现场真型试验时，为使锚筋与砂浆间或锚固体与岩体间首先破坏，可采用增加锚筋直径或缩短锚固长度的措施；为使岩体出现剪切破坏，可采用涨壳式锚杆等结构措施、埋深浅的岩石嵌固基础等保证出现岩体剪切破坏。

5.3 注重现场检验工作

由于地质条件千差万别、勘察手段单一、钻孔数量有限，造成岩锚基础在施工中会产生诸多问题，因此需注重现场检验工作。

岩锚基础的现场检验应包括施工中监督及施工后检验：施工中监督应注重观察描述开挖岩体情况，包括岩性、风化程度、岩体破碎程度等；施工后检验应结合施工验收要求进行，必要时应开展单锚抗拔抽样检验。

6 结 论

岩锚基础具有施工安全、经济环保等特点，在输电线路工程中应大力推广。

岩锚基础对地质条件要求较高，勘察应更精准。岩石强度判定时应按岩石类别确定，应尽量选用点荷载仪、波速参数测定仪等进行岩体定量判定；勘察时应采取多种勘察手段相结合，定性判定与定量试验相结合；必要时应根据现场真型试验确定关键设计参数；应注重加强施工中监督、施工后的检验工作，以确保岩锚基础设计安全可靠、经济合理。

[1]DL/T 5219-2005，架空送电线路基础设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2005.

[2]黄大维，袁文可.岩石锚杆基础在山区高压输电线路的试验与应用[J].华东电力，1994（2）.

[3]宋永发.送电线路岩石锚杆基础试验研究[J].岩土工程学报，1995(4).

[4]程永锋，鲁先龙，郑卫锋.输电线路工程岩石锚杆基础的应用[J].电力建设，2012（5）.

[5]中国电力科学研究院.灵州-绍兴±800kV特高压直流输电线路工程宁夏段砂岩地基岩石锚杆试验[R].北京：中国电力科学研究院，2014.

[6]侯中伟，郑卫锋.特高压输电线路岩石锚杆基础选型与设计[J].电力建设，2014(10).

[7]程良奎，范景伦，韩军，等.岩土锚固[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[8]DL/T5092-1999，110～500kV架空送电线路设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，1999.

[9]DL/T5076-2008,220kV及以下架空送电线路勘测技术规程[S].北京：中国电力出版社，2008.

[10]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.