强风化凝灰岩地质条件下岩石锚杆基础试验研究

冯炳，谢芳

(1.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江省绍兴市312000; 2.绍兴文理学院元培学院，浙江省绍兴市312000)

强风化凝灰岩地质条件下岩石锚杆基础试验研究

冯炳1，谢芳2

(1.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江省绍兴市312000; 2.绍兴文理学院元培学院，浙江省绍兴市312000)

针对玉环变—乐清变500 kV双回输电线路工程大跨越塔建设面临的强风化凝灰岩地质条件，进行了9组单锚基础和6组群锚基础的竖向上拔静载荷试验，研究岩石锚杆基础的破坏模式和承载特性，为设计提供参考依据。在试验加载过程中进行了锚筋的应变测试，分析锚筋的内力变化规律，得到岩石锚杆基础的破坏模式和承载特性。试验结果表明:单锚锚筋内力随荷载的增大而增大，随埋深的增加而减小，超过一定埋深范围后逐渐消减至接近0;群锚基础的极限抗拔承载力并非单锚基础极限抗拔承载力的简单叠加，而是存在“群锚效应”问题。该研究为岩石锚杆基础在输电线路工程中的实际应用提供了一定的参考和依据。

岩石锚杆基础;极限抗拔承载力;有效锚固长度;群锚效应系数

0 引言

我国地域辽阔，岩土类别多、分布广，输电线路杆塔基础型式多种多样［1］。岩石锚杆基础是一种通过水泥砂浆或细石混凝土在岩孔内的胶结，使锚筋与岩体结成整体的环保型输电线路基础［2］。一方面，岩石锚杆基础充分利用了原状岩体的高强度、低变形力学性能，具有良好的抗拔能力，避免了人工凿岩和爆破作业对基础周围岩石基面和林木植被的破坏，环境效益显著;另一方面，岩石锚杆基础土石方开挖量小，基本没有弃土，减少了基础混凝土和钢材、模板等材料的消耗量，运输量小，施工机械化程度高，降低了劳动强度，节约了工程造价，缩短了施工工期，社会经济效益明显［3-9］。

玉环变—乐清变500 kV输电线路工程始于台州500 kV玉环变，止于温州500 kV乐清变，全长28.5 km，分为普通线路段和乐清湾大跨越线路段2个部分。普通线路段长22 km，新建铁塔56基。乐清湾大跨越线路南起玉环县大连屿，经过小乌山、大乌山(桃花岛)，北至乐清市钟山，总长度约为6.5 km，新建铁塔7基，其中10号、11号塔高254 m，为浙江省内500 kV第1高塔，其基础作用力也远远大于常规铁塔。针对这一特点，结合跨越塔塔位所面临的强风化凝灰岩地质条件，有必要对岩石锚杆基础的破坏模式和承载特性进行研究，为设计提供参考依据。因此，作者联合国网电力科学研究院，结合本工程开展了9组单锚基础和6组群锚基础的竖向上拔静载荷试验，并在试验加载过程中进行了锚筋的应变测试。

1 试验概况

1.1 岩石条件

根据地勘提资资料和抗压强度、岩矿鉴定检测结果，试验场地的岩石定名为英安质火山角砾复屑凝灰岩，岩石的坚硬程度类别属坚硬岩。

岩石呈灰黄色、灰紫色，厚层构造，岩体破碎成小块状，风化渲染严重，整体性较差，局部破碎带夹泥层。

1.2 试验基础设计

单锚基础共设计3组，锚固深度依次取为1，2，3 m，每种锚固深度的基础数量均为3个，重点研究不同锚固深度对其抗拔承载力的影响及锚筋的有效锚固长度实际取值。

由4根锚杆组成的2×2群锚基础共设计2组，锚固深度依次取为2，3 m，每种锚固深度的基础数量均为3个，锚桩间距分别为0.3，0.6，0.9 m，重点研究强风化凝灰岩地质条件下锚桩间距对群锚基础抗拔承载力的影响。

所有基础型式的锚孔直径均为95 mm，锚筋材质均为直径40 mm的45号优质碳素钢，锚孔内灌注C20细石混凝土，承台内灌注C25细石混凝土。

1.3 试验加载装置

岩石锚杆基础的竖向上拔静载荷试验采用慢速维持荷载法，具体的加卸载方案、试验终止条件、极限承载力的确定方法等参见相关规范标准［2，10］的有关规定执行，直至基础发生最终破坏。

单锚基础的上拔加载系统主要由张拉穿心顶、横梁、上下垫板以及反力支座构成;群锚基础的试验上拔加载系统主要由传力螺杆、油压千斤顶、横梁、反力支座以及锚筋连接板构成，如图1所示。

1.4 应变片布置

试验之前在锚筋上预先设置了相应的应变片测试元件，以测定锚筋在试验加载过程中应变应力的变化情况，通过加载过程中应变片数据的动态变化来研究分析岩石锚杆基础的承载特性和有效锚固长度。

2 试验结果分析

2.1 单锚基础

单锚基础的竖向上拔静载荷试验的典型荷载位移曲线如图2所示。

单锚基础的竖向上拔静载荷试验的荷载位移曲线均呈突变型，故取荷载位移曲线拐点处所对应的荷载值为单锚基础的极限抗拔承载力。单锚基础的极限抗拔承载力统计分析结果如表1所示。

单锚基础的极限抗拔承载力与锚固深度的关系曲线如图3所示。从图3中可以看出，单锚基础的极限抗拔承载力随锚固深度的增加而增加，但并非呈线性递增关系。

根据现场试验可知，所有单锚基础的上拔破坏模式均为锚筋被拔出破坏，基础破坏时的典型照片如图4所示。

单锚基础的锚筋内力在试验加载过程中的典型变化规律如图5所示。锚筋内力随荷载的增大而增大，随埋深的增加而减小，超过一定埋深范围后逐渐消减至接近0。根据单锚基础的锚筋内力在试验加载过程中的典型变化规律，可以判定锚筋的有效锚固长度为2 m。

2.2 群锚基础

群锚基础的竖向上拔静载荷试验的荷载位移曲线如图6所示。群锚基础的竖向上拔静载荷试验的荷载位移曲线均呈突变型，故取荷载位移曲线拐点处所对应的荷载值为群锚基础的极限抗拔承载力。群锚基础的极限抗拔承载力统计分析结果如表2所示。

群锚基础的极限抗拔承载力与桩间距之间的关系曲线如图7所示，群锚基础的极限抗拔承载力随桩间距的增加而增加，但并非呈线性递增关系。

进一步对比分析相同锚固深度下的单锚基础与群锚基础的极限抗拔承载力可知:群锚基础的极限抗拔承载力并非单锚基础极限抗拔承载力的简单叠加，而是存在“群锚效应”问题，群锚效应系数计算如表3所示。

根据现场试验可知，所有群锚基础的上拔破坏模式均为单根锚筋被拔出破坏，基础破坏时的典型照片如图8所示。

3 结论

(1)强风化凝灰岩地质条件下，锚固深度为1，2，3 m的单锚基础的上拔破坏模式均为锚筋被拔出破坏。单锚基础的极限抗拔承载力随锚固深度的增加而增加，但并非呈线性递增关系，锚筋的有效锚固长度为2 m。

(2)强风化凝灰岩地质条件下，锚固深度为2，3 m的群锚基础的破坏模式均为单根锚筋被拔出破坏。群锚基础的极限抗拔承载力并非同条件下单锚基础极限抗拔承载力的简单叠加，而是存在“群锚效应”问题。强风化凝灰岩地质条件下的群锚基础的桩间距应根据实际工程需要通过优化分析确定。

［1］鲁先龙，程永锋.我国输电线路基础工程现状与展望［J］.电力建设，2005，26(11):25-27.

［2］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.

［3］费香泽，程永锋，苏秀成，等.华北地区输电线路岩石锚杆基础试验研究［J］.电力建设，2007，28(1):26-28.

［4］秦庆芝，毛彤宇，刘学军，等.华北地区岩石锚杆基础设计及试验研究［J］.电力建设，2007，28(1):22-33.

［5］于泓，高毅，秦庆芝，等.岩石锚杆基础应用及效益分析［J］.电力建设，2007，28(4):34-35.

［6］郑卫锋，鲁先龙，程永锋，等.输电线路岩石锚杆基础工程临界锚固长度的研究［J］.电力建设，2009，30(9):12-14.

［7］丁士君，鲁先龙.输电线路岩石锚杆基础载荷试验［J］.电力建设，2010，31(11):1-5.

［8］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，2012，33(5):12-16.

［9］郑卫锋，鲁先龙，程永锋，等.输电线路岩石嵌固式基础抗拔试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2009，28(1):152-157.

［10］GB 50007—2011建筑地基基础设计技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

(编辑:张媛媛)

Experimental Study on Rock Anchor Foundations under Strongly Weathered Tuff Geological Condition

FENG Bing1，XIE Fang2
(1.State Grid Shaoxing Electric Power Bureau，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China; 2.Shaoxing Universty Yuanpei College，Shaoxing 312000，Zhejiang Province，China)

Strongly weathered tuff geological condition was encountered under the construction of large crossing towers in the Yuhuan Substation–Yueqing Substation 500 kV double-circuit power transmission line project.Static pullout tests were conducted for nine single anchor foundations and six group anchors foundations.The variation of internal force and strain of anchors were tested and analyzed.Meanwhile，the failure modes and bearing characteristics of the rock anchor foundations were obtained.The experimental results show that the internal force of single anchor increases with the increase of load.The internal force decreases with the increase of buried depth，and reduces to zero beyond certain berried depth. The ultimate pullout capacity of group anchor foundation is not the simple sum of that of single anchor foundation，in which the group anchor effect exists.This study also provides a reference and basis for practical engineering application.

rock anchor foundation;ultimate uplift capacity;effective anchorage length;coefficient of group anchor effect

TM 75

A

1000－7229(2014)01－0046－04

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.009［HT］

国网浙江省电力公司群创项目(5211SX13502S)。

2013-07-14

2013-08-17

冯炳(1982)，男，硕士，工程师，主要从事输电线路结构设计工作，E-mail:zepdifb@163.com;

谢芳(1981)，女，硕士，讲师，主要从事地基基础研究和教学工作，E-mail:xiefangyp@163.com。