对锚板基础抗拔性能的分析

钟宇

（清远市电力规划设计院有限公司　广东　清远　511517）

对锚板基础抗拔性能的分析

钟宇

（清远市电力规划设计院有限公司广东清远511517）

如今，抗拔基础的运用已经变得十分广泛，如电视通讯塔、输电线路塔以及许多抗荷载作用的基础建筑物。这些建筑的基础型式有很多，但是抗拔锚板基础是应用较多的。本文就是针对锚板在砂土中的基础抗拔性能进行研究分析。通过一个具体的工程案列，对锚板抗拔性能进行测试，利用测试的结果来研究对锚板基础抗拔性能影响比较大的因素。测试结果显示锚板所在的砂土密度以及锚板的埋置深度对锚板的抗拔性能影响比较大。同时，本文的研究结果对工程中锚板的设计提供了参考价值。

锚板；抗拔性能；分析

1　引言

近年来，许多的工程建筑中对于锚板的应用变得越来越广泛，如我们说熟知的电视通讯塔、输电线路塔、挡土墙等等。之所以锚板的应用广泛全归功于锚板的自身性能，作为一种抗拔承载力基础，它在使用过程中非常便捷，实用价值高，并且经济效益高。随着科技的发展与进步，大多数工程领域开始大量的利用悬浮式平台来开采能源、科学考察等等。但是这样的悬浮式平台比较脆弱，很容易受到大风大浪的影响，这些环境因素的冲击会产生很大的上拔荷载力，这就对锚板的抗拔性能进行了严苛的考验，这也使得锚板的抗拔性能必须达到一定的高度，只有锚板提供了牢固的抗拔承载力才能使得这些悬浮式平台的稳固，因此锚板在这一新兴的领域内应用前景还是十分广泛的。在抗拔基础工程领域中，众所周知的锚板在提供抗拔承载力的时候会对周围的土体产生很大的影响，这会使得周围土体产生一定程度的变形，利用土体的变形来提供土体的承载能力，这样的工作机理使得锚板在工程领域中经济效益变得很高。但是，在这个过程中我们也必须要考虑到土体最大的承载能力，锚板在土体中可位移距离也必须加以严格的控制。由于在工程领域中锚板的大量应用，越来越多的学者给吸引进来，他们利用了非常多的研究方法进行研究，对锚板的抗拔性能的认识也有了极大的提高，但是锚板的设计还是相当复杂，土体的研究也不容忽视，目前的设计方法还是依据以往的经验和现场试验，这样就使得工程的造价过高，精密性不够完善，因此，对锚板抗拔性能的深入研究意义重大。本文通过工程的现场试验对锚板在砂土中抗拔性能进行研究分析。

2　锚板抗拔性能工程案例

某工程为了研究锚板的抗拔性能，对工程中的某一锚板进行抗拔测试。该测试主要运用导向杆、滑动板、连接杆、锚板和锚板槽组成。数据采集装置主要工程中的精密拉力传感器、差动变压位移传感器、屏蔽连接盒，数据采集卡和一台计算机组成。拉力传感器是为了测量锚板上拉过程中的拉力；差动变压位移传感器用于测量锚板上拉过程中的位移；屏蔽连接盒可根据不同的传感器设置不同的接线方式，并通过数据线将信号传送给数据采集卡。为了对锚板上拔过程中的力和位移进行同步采集，该系统可同步控制力传感器和位移传感器，实现数据的采集同步。在测试开始前，将锚板槽底部铺上一定厚度的砂土作为垫层，然后将固定在连接杆上的圆形锚板平放在垫层上，并使其位于模型槽的中间位置，然后将砂土分层装入使锚板达到预定埋置深度，填砂时控制一定的落高。对于松砂试样分层抹平，对于密砂试样则抹平后整平压实，以保证整个试样密度一致，最后将连接杆另一端与拉力传感器固定好，砂土分别归类为松砂和密砂。对于密砂和松砂试样分别进行了9组试验，土样埋深率H/D分别为1、2、3、4、5、6、7、8和9。通过18组的测试结果得出影响锚板的抗拔性能的两大因素的作用结果。

3　锚板抗拔性能分析

3.1抗拔力与锚板位移关系曲线特征

锚板的设计一般情况下有两个条件控制：①上拔力；②允许位移。本次的测试是研究发挥锚板周围的抗拔性能的最大允许设计的位移范围，所以要认真分析锚板上拔力与锚板位移曲线特征。这里我们采用的是控制变量法，图1为测试中控制埋深率为2的情况下，密砂与松砂状态下上拔力与锚板位移的关系曲线。对于松砂中的锚板，上拔力与位移关系曲线可以划分为两个阶段。第一个阶段：在这个阶段时上拔力与上拔位移增加趋近于线性增加，当锚板位移达到4mm左右时，上拔力基本增加达最大是30N；第二阶段：这个阶段上拔力趋于稳定，不再随着位移的增加而增加。从松砂的上拔力与位移曲线图中我们可以得出的结论是：在起始阶段上拔力受锚板位移的影响程度较大，这个过程主要是由于锚板在上拔时，锚板对周围土体产生的持续性的挤压，位移程度越大压缩范围也越大，这就造成了上拔力与位移几乎呈线性增加的原因，但是之后锚板周围的土体压缩程度达到一定的范围之后无法继续增大，上拔力也就无法继续攀升，因此出现的是后面曲线出现平缓的原因。对于密砂中的锚板，上拔力与位移关系曲线可以划分为三个阶段，如图1所示。第一个阶段：在这个阶段上拔力随位移趋于线性增加，该阶段的位移大约是1.8mm，同样在位移达到1.8mm的时候上拔力达到峰值为62N。第二个阶段：在这个阶段从峰值点持续到位移为12.5mm处，上拔力随上拔位移增加减小，这个阶段的曲线也比较趋近于线性，但是比较平缓。第三阶段：在这个阶段上拔力趋近于稳定的状态，不再随上拔位移的增加而变化。从密砂的上拔力与位移关系曲线图我们可以得出的结论是：在起始阶段上拔力随位移呈线性增加，说明上拔力随位移的变化影响较大，这个阶段主要是由于锚板两侧土体出现局部破坏，使得上拔力随位移增加出现这样的线性变化，当剪切面贯通时达到峰值荷载。但是在上拔力达到峰值时土体会被破坏，这时上拔力会随位移增加已经开始缓慢的下降，当位移达到12.2mm时上拔力与松砂状态相当。对比软砂和密砂中锚板位移与上拔力的曲线我们可以得出的结论是：密砂中锚板的极限上拔力明显的比松砂中锚板的极限上拔力大，所以在工程中锚板埋置的土体选择密实的为佳，但是对位移的要求极高，超过一定的位移之后，上拔力不再受土体的影响而趋于相同。所以在慎重考虑土体的情况下，对锚板的位移控制也是极其重要。

图1　上拔力与锚板位移关系曲线

图2　峰值荷载随埋深率的变化

图3　破坏系数随埋深率的变化

3.2不同埋深率下的峰值点上拔力

如图2所示，依然采用的是控制变量法的原则，控制锚板的位移不变得出极限上拔力随埋深率的变化关系图。分析图2的散点图，在松砂土体中可以分为两个阶段：第一个阶段，当埋深率在1～4时上拔力与埋深率也是趋于线性增加的，增加速度较快。第二个阶段，埋深率4～9之间上拔力随着埋深率的增加已经开始趋于平缓的状态。在密砂土体中可以分为三个阶段：第一个阶段是埋深率在1～3之间，这段曲线也是接近线性变化，但是斜率较低，可见这个阶段上拔力随埋深率的变化是相当缓慢的。第二个阶段是在3～6，这个阶段上拔力随埋深率的变化幅度较大，可见这个阶段上拔力受埋深率影响很大。第三个阶段是埋深率在6～9之间，这个阶段上拔力随埋深率依然呈线性变化，但是幅度较之第二阶段小，较之第一阶段大，但是上拔力依然处于上升的阶段。由图2可知，上拔力受埋深率的影响较大，但是在松砂土体中的影响程度远低于在密砂土体中影响，在密砂土体中上拔力在达到一定的埋深率之后是远高于松砂土体的。

3.3不同埋深率下的破坏系数

在锚板的抗拔承载力的设计中最重要的是锚板的临界埋深率。通常情况下，锚板的抗拔承载力会随着土体的密度增加而增加，由图1可知。锚板的抗拔承载力随着锚板的埋深是逐渐增加的，由图2可知。但是结合到图3的破坏系数图，我们必须考虑的时我们在考虑到上拔力的时候还应该考虑到破坏系数，所以在锚板埋深度已经土体密度的选择时应该慎重考虑，要经过精密的计算和对比才能得到最佳的选择。

4　结论

本文主要针对影响锚板抗拔性能的两大因素进行研究分析，从而可以得出的结论是在密砂中埋深率越高上拔力越大，但是埋深率越高并不代表是最佳选择，要考虑到破坏系数以及成本，更重要的是要结合工程的实际状况，当地的土体可能接受的最大破坏系数以及是否需要那么大的上拔力等等，结合这种种的因素我们才能得出最佳的设计方案。

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TU470

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1673-0038（2015）32-0015-02

2015-7-21