锚固技术在线路塔基中的应用研究

戴如金 薛宏 宋稳海

摘要：锚固技术目前广泛用于井巷工程及工业民用建筑领域，在地面软土层、松散基岩中技术、经验相对薄弱，其应用也不甚广泛。文章阐述了锚固技术在地面软土层及松散基岩里线路基塔加固中的应用，为克服地面基塔加固中锚杆施工的盲目性及随意性做出了巨大贡献，为以后相同或类似的工程提供了有力的技术及经验借鉴。

关键词：锚固技术;线路塔基;剪切力;拉拔力;井巷工程;工业民用建筑 文献标识码：A

中图分类号：TM75 文章编号：1009-2374（2016）04-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.015

1 概况

新疆库车县夏阔坦矿位于库车县以北阿格乡夏阔坦村。地表为裸露三叠系、侏罗系基岩，地貌为山地，起伏很大，坡度陡峻，沟谷幽深。我矿35kV送电线路俄夏线有6根线杆的基础因前期施工质量问题存在基础裸露缺陷，后期又受风雨侵蚀而导致塔基基础、局部裸露严重，需要维护。经过现场勘查和分析，提出了多种施工方案，最后确定了锚杆作为地拱的加固方案，利用野外空压机施工锚杆，后期用霸线与塔体连接固定。

2 施工方案对比

6根线杆均处在山地内，经过多次勘察，无通车道路，运送材料成为最大难题，需要人工搬运物料。混凝土浇灌技术加固塔基，无疑需花费大量的人力、物力、财力。

加固 锚杆锚固剂 锚杆规格20×2200mm 24 600 400

通过方案比较，混凝土浇筑线杆基础，所需材料费用及运输费用远高于锚固技术加固塔基，另外，结构浇筑所花费的工数多，耗费时间长。时值冬期，天气寒冷，白天最高气温低于5℃，夜晚气温均低于-10℃。持续的低温严重影响混凝土的凝固，线杆基础质量难以保证。锚固技术加固基塔方案成功地避免了以上困难。

3 锚固技术加固塔基方案设计

线杆塔基所处区域地表由碎石土、坚硬状粉质黏土、坚硬状黏土构成。地表土层厚度不超过400mm。土层以下为粉砂岩、细砂岩、中砂岩。岩层普氏系数为7，无大的地质构造，岩层局部破碎有裂隙。锚杆角度基本平行于霸线延伸方向，选择基岩较完整区域，霸线基本与线路方向垂直。每根线杆施工2根霸线，霸线每个底脚两根锚杆，间距约0.5m。

3.1 锚固参数选型数值模拟分析

岩体锚固参数偏重于锚杆长度和锚杆直径，锚杆长度和锚杆直径都存在着极限值，并不是通常认为的愈长愈好和愈粗愈好。对非全长锚固锚杆的极限长度宜大于塑性区厚度且不宜过多地超出塑性区范围，其理论依据是，在塑性区锚杆产生的拉应力远远大于弹性区，锚杆过长带来作用效率降低且不经济;对锚杆直径，其仅与最大剪应力有关，由于粘结层强度的限制，故锚杆存在着极限直径。

锚杆深入岩石中，其端部承受拉拔力，假设锚固剂与岩体为性质相同的弹性材料，锚杆所作用的岩体可视为半空间，深度z处作用—集中力，如图1所示：

在任意点C（x，y，z）处的垂直位移分量W可由Mindlin位移解确定：

为避免锚杆头由其所承受的拉拔力造成横向的剪切力，施工锚杆与霸线拉伸方向一致。在Mindlin假设坐标中，y轴分量为0，x轴为L×cosβ，z轴为L×sinβ。L为锚杆长度，β为锚杆与岩层夹角。从式（5）、式（6）可以看出，当围岩性质、锚杆参数确定的情况下，锚杆杆体所受的剪切力与锚杆施工夹角成反比。角度越大剪切力越小，反之增加。

3.2 锚固长度确定

锚杆从锚固段至外段的长度范围内承担了绝大部分的剪应力和轴向应力，可将该段长度称为锚杆体的有效锚固长度。锚杆与岩体的弹模之比越小，即岩体越硬，锚杆所受的剪应力峰值越大，剪应力、轴向应力分布范围越小，应力集中程度越大，则锚杆的有效锚固长度就越小。Ec/E比值越大，即岩体越软，锚杆所受的剪应力峰值越小，剪应力、轴向应力的分布范围越大、越均匀，则锚杆的有效锚固长度也就越大，从某种意义上说，用预应力锚杆加固软岩的效果比加固硬岩的效果更好，因此锚杆直径、围岩性质及锚杆长度决定锚固长度。

式中：P为锚固长度;N为设计轴向力;d为锚杆直径;q为锚固体与周围岩土的粘结强度，取25kPa。N=P/K，K为锚杆安全系数。根据危害的轻重、临时锚杆或永久锚杆选择K（1.4～2.2），取K=2.0.可得出锚固长度L：L=80×2.0/（3.14×0.02×25）=101.91mm。考虑到一定富余量，用4根ZK2335锚固剂能满足设计要求。

3.3 线杆霸线拉力分析

霸线所受拉力为锚杆拉拔力，大小相等方向相反。水平方向的拉力在固定线杆，防止线杆摇摆上起到主要作用。F水平=F×sinβ，角度越小，线杆所受水平拉力越大，固定作用越强。但随着角度的减小，锚杆杆体所受剪切力增大，会严重影响锚固体的使用寿命，降低承载强度。

令τ=F水平，即F×sinβ，可得出β=48°27′，取实际有效值为48°27′。如图2可以看出，锚杆施工角度为48°27′时，锚固体所受剪切力与线杆水平拉力大小相等，达到最优固定效果。

4 方案分析

利用锚固技术对35kV电路线杆加固，充分利用锚杆拉拔力固定线杆。线杆在风力的作用下，有基于基点向四周摆动趋势，此时可以利锚固体的抗拔作用力来进行抵抗。锚固体所受轴向应力及剪应力随着角度的增大而减小，但线杆霸线所受水平拉力减小，对线杆的固定达不到预期效果，并且锚杆外端部所受剪力会徒然增加，严重破坏锚固体结构，影响锚杆使用寿命。根据经验及公式计算，线杆霸线伸展方向应于锚杆施工方向一致，施工角度为48°27′时最优。采用长度2.2m、直径20mm的锚杆，每孔4块ZK2335型树脂药卷，依靠锚杆周围的地层的抗剪强度来传递锚固体的拉力并保持地层自身的稳定。线杆基塔工程中采用锚固技术，大大缩小结构物体积，节约工程材料，有利于施工安全，并且能够满足线杆稳定所需的外力作用。

5 结语

我单位使用锚固技术加固35kV线杆基塔，是一项重大的技术革新，减少了传统基塔固定技术所需的材料费用及其运输费用，简化了施工工序，大幅降低造价及人工费用，为以后同类工程的施工提供了重要的参考依据。

（责任编辑：周 琼）