塑料大棚压膜线地锚抗拉拔性能测试

丁小明+周磊+闫俊月+周长吉+潘守江+尹义蕾+李明

【摘要】塑料大棚是中国设施农业的主力生产设施，目前为139万hm2。在中国南方很多地区，塑料大棚的抗风能力在很大程度上取决于压膜线地锚的抗拉拔力，压膜线和地锚的破坏是造成塑料大棚在风载荷作用下破坏的主要原因之一。所以，风荷载作用下压膜线地锚的抗拉拔力是个非常重要的设计指标。本文以中国塑料大棚常用的地锚为研究对象，研究粘土砖和螺旋地桩在不同埋深、不同土壤压实度下的抗拉拔性能，研究结果表明，回填土保证一定的密实度，粘土砖在一定的埋深下，拉拔力能达到1.5 kN以上。而螺旋地桩的抗拉拔力一般只有0.5 kN。对于要求拉拔力不大于2 kN的抗风设计，可以采用经济性较好的粘土砖作为地锚。对于较高的抗风设计，由于粘土砖本身有极限抗拉强度，应采取一定的保护措施，如在粘土砖与钢丝接触面增加垫片等方式，防止粘土砖被镀锌低碳钢丝拉断。此外，压膜线地锚的设计还应考虑压膜线的抗拉强度，压膜线地锚的抗拉强度应大于压膜线的抗拉强度，并留出一定的安全余量。

料大棚是我国设施农业的主力生产设施，目前为139万hm2 [1]。在塑料大棚的设计中，风荷载作用下压膜线地锚的抗拉拔力是2个重要的设计指标。对于压膜线地锚的设计，机械行业标准[2]规定可采用混凝土基础或其他固定形式。采用混凝土基础时，预埋深度不应小于30 cm，横向尺寸不小于8 cm。浙江省地方标准[3]规定塑料大棚覆膜后采用专用压膜线，每拱1根，并用螺旋桩、地拉杆等固定。江苏省地方标准[4]规定膜线间距不大于1.6 m，两端用地锚固定。北京市农林科院蔬菜所大棚组[5]采用8号铅丝拴在砖上当地锚，砖放平埋入地下50～60 cm，上面夯实，以两人用力拉不出来为准。把8号或10号铅丝拴在地锚上，效果很好。汪士尚[6]认为塑料压膜线拴系在塑料大棚两侧的直径为12 mm中碳钢制成的螺旋形地桩上，即可压紧棚膜，又能部分地平衡和承受风载对大棚产生的引力，对大棚骨架起锚固作用。黎兰献等[7]认为压膜线打桩铁桩固定，采用长50～60 cm、直径2～3 cm的铁条，上部做弯钩，下部插入地里。另有一种专门的压膜钩，一个铁钩插入一个承重的砖块。在上海、江苏和浙江一带，一般采用圆钢与铁板焊制而成的螺旋地桩，螺旋地桩由Ф10 mm圆钢组成。在上海地区，地桩长30 cm或40 cm；在江苏地区地桩大多长45 cm，另一种形式为60 cm。地桩直接旋转插入土壤中，对于较难插入的地桩，再用管件作为辅助工具旋转插入。螺旋地桩安装后，再用钢管或低碳钢丝与螺旋地桩固定，压膜线拴系在钢管或低碳钢丝上。优点是施工和拆卸方便，缺点是使用3～5年后，容易生锈，失去地锚作用。云南地区的典型做法主要是用角钢插入地下40～50 cm，压膜线直接与角钢连接。沧州温室制造厂制作的塑料大棚压膜线地锚，用8号低碳镀锌钢丝拴系在1块或2块粘土砖上，然后将其埋入深40 cm的土中。现有文献对压膜线地锚的描述仅限于定性描述阶段，缺少必要的定量数据，为设计带来不便。本文将针对拱杆基础和压膜线地锚设计了不同埋深、不同基础形式的抗拉拔力试验，为塑料大棚风荷载设计提供参考。

拉拔力试验

影响拉拔力数值大小的重要影响因素，一是土层抗压强度，受到拉拔力作用时，土壤在地锚埋入部分圆周方向对土层有挤压扩张力，当土层抗压强度较低时，土层局部被挤压破坏，故较容易被拔出；当土层抗压强度较高时，土层局部未被挤压破坏或破坏较轻，使根部的挤压扩张力得以维持，该挤压扩张力使得地锚与土层之间的摩擦力增大，故不容易被拔出，土层抗压强度高时拉拔力也高。本文要试验验证不同强度土与最大拉拔力的关系，采用贯阻力值描述土层强度。二是埋设深度，埋设的深浅对拉拔力应有较大的影响，目前的埋设深度大多集中在30～50 cm之间。埋设的深浅对拉拔力有较大影响，目前的埋设深度大多集中在3～45 cm之间，试验设计从30 cm埋设深度开始，做到埋设深度50 cm为止。目前压膜线地锚有2种方式，一种是利用镀锌低碳钢丝拴系石块或粘土砖的形式，另一种就是专用的螺旋地桩。分别验证2种不同地锚方式对拉拔力的影响。试验用的烧结普通砖为粘土砖，尺寸为240mm×115 mm×53 mm。埋深深度指粘土砖和混凝土块下表面距离土层表面的距离。

试验仪器

用锚杆拉拔仪（图1）进行锚杆拉拔试验。动力为液压油缸，可以将埋在土壤中的地锚拉拔出来，并记录最大力。

填土密实度现场检测仪，用于检测回填土的干密度和均匀性，可取代环刀法灌沙灌水法全方位地检查填土质量。电子智能填土密实度监测仪技术指标：测量范围：0～1000 N；测试深度：0～30 cm；被测介质：碾压后的各种回填土、粘土、砂土、混合土；相应测试结果：填土的干容重、土的压实系数；精度：≤0.5%；仪器重量：3 kg。

试验方法

镀锌钢管浇砼埋深拉拔力试验，将不同浇灌砼方式的镀锌钢管埋深40、50 cm，分不同的夯实力，进行拉拔力试验。螺旋地桩埋深拉拔力试验，将螺旋地桩埋入土壤中，分不同的夯实力，进行拉拔力试验。粘土砖埋深拉拔力试验，将2种不同拴系规格的粘土砖埋入不同埋深，分不同的夯实力，进行拉拔试验。

压膜线地锚抗拉拔力试验结果分析

以粘土磚为地锚的测试结果

压膜线地锚用砖时的测试结果见表1。根据表1绘制出最大拉拔力随贯入力值的变化图。

试验结果表明，拉拔力与贯阻力值成线性关系，从线性回归方程看，线性关系较好。另外，随着埋设深度的增大，拉拔力逐渐增大。但有一点需要指出，粘土砖有一定的抗拉强度，当抗拔力超过粘土砖的抗拉强度时，粘土砖会被拉断。所以，对于一定规格的粘土砖，并不是埋得越深，抗拉拔力越大，埋设深度到一定深度后，该值将达到一极限值。从图2可以看出，2条拟合线随着贯入力值的增加最终相交，此时，粘土砖被拉断，抗拉拔力达到最大值。根据图2拟合所得线性回归公式计算，当贯入力值为85 N时，抗拉拔力分别为1.69、1.93 kN。

以螺旋地桩为地锚的测试结果

压膜线地锚用螺旋地桩时的测试结果见表2。根据表2绘制出最大拉拔力随贯入力值的变化图。由图3可知，以螺旋地桩为地锚的抗拉拔力随着贯入力的增大而线性增大。根据回归公式计算，当贯入力值为85 N时，抗拉拔力仅为0.53 kN。

由图4可见，以粘土砖和螺旋地桩为压膜线地锚的测试结果表明，压膜线地锚的抗拉拔力与贯入力成线性关系。目前工程上常用的2种压膜线地锚，以粘土砖为地锚的抗拉拔力明显高于以螺旋地桩为地锚的抗拉拔力。根据拟合线性回归方程，当贯入力值为85 N时，前者抗拉拔力分别为1.69、1.93 kN，而后者仅为0.53 kN。以粘土砖为压膜线地锚的最大抗拉拔力不仅取决于埋设深度、貫入力值，还取决于粘土砖本身的抗拉强度，以粘土砖为压膜线地锚的极限抗拉拔力值发生在粘土砖被拉断时。

结论与建议

对于塑料大棚压膜线地锚，回填土保证一定的密实度，粘土砖在一定的埋深下，拉拔力能达到1.5 kN以上。但目前工程中用的螺旋地桩的抗拉拔力一般只有0.5 kN，对于需要抗风较大的地区，螺旋地桩不是很好的选择，虽然可以通过增加螺旋地桩的截面积提高抗拉拔力，但增加截面积又增加了旋入的工程难度，应综合加以考虑。此外，螺旋地桩在旋入的过程中，会破坏螺旋地桩表面的防锈漆，螺旋叶片失去防锈保护，使用寿命大大降低。根据试验结果，2种不同的地锚方式抗拉拔力值的参考值见表3。对于要求拉拔力不大于2 kN的抗风设计，可以采用经济性较好的粘土砖作为地锚。对于较高的抗风设计，由于粘土砖本身有极限抗拉强度，应采取一定的保护措施，如在粘土砖与钢丝接触面增加垫片等方式，防止粘土砖被镀锌低碳钢丝拉断。压膜线地锚的设计还应考虑压膜线的抗拉强度，压膜线地锚的抗拉强度应大于压膜线的抗拉强度，并留出一定的安全余量。现场试验表明，回填土压实不用专业工具，直接踩实，以粘土砖为地锚也能保证1.5kN以上的抗拉拔力。

参考文献

[1] 设施农业数据库在线管理系统.http：//www.greenhousedata.cn/

AreaData/.

[2] 国家质量监督检验检疫总局.日光温室和塑料大棚结构与性能

要求：GB/T19165-2003[S].2003.

[3] 浙江省质量技术监督局.农用单体钢架大棚安全技术规范（浙

江）：DB33/T 865-2012[S].2012.

[4] 江苏省质量技术监督局.钢管塑料大棚（单体）通用技术要求

（江苏）：DB32/T1590-2010[S].2010.

[5] 北京市农科院气象室大棚组.关于建造抗风大棚的结构问题[J].

农业新技术，1977（5）：80-82.

[6] 汪士尚.PGP5-1型农用管式单栋塑料大棚[J].农业工程.

1982（02）：24-26.

[7] 黎兰献，余科秀，辛复林，等.武汉地区GP-C825型农用单

栋钢架大棚的建造要点[J].长江蔬菜，2011（20）：22-23.

*项目支持：国家标准《种植塑料大棚工程技术规范》项目。