铁塔岩石锚杆基础设计研究

铁塔岩石锚杆基础设计研究

郭友为

中能建湖南省电力设计院有限公司湖南长沙410007

摘要：针对湖南地区山区线路工程特点，结合正在建设的线路工程，选择4个典型的岩石锚杆基础试验点对中等风化、强风化岩石地质条件下岩石锚杆的直锚基础和单锚基础进行设计和试验研究，验证设计理论正确性和应用可行性，扩展岩石锚杆基础在山区线路工程中的应用范围。

关键词：岩石锚杆基础；中等风化；强风化岩石；有限元分析；可行性

针对湖南地区山区线路工程特点及今后工程建设发展的需要，结合正在建设的蓝山～临武220kV线路工程，进行了湖南地区岩石锚杆基础设计及试验研究工作，目的是对湖南地区山区典型的中等风化、强风化岩石地质条件下，岩石锚杆基础设计方案的可行性、合理性和塔基的稳定性，通过试验研究进行验证，扩展岩石锚杆基础的应用范围。

1.岩石锚杆基础设计特点

岩石锚杆基础采用锚杆机钻孔，避免了人凿和爆破作业对基础周围岩石基面、林木植被的损害。此种基础工艺先进，施工基面小，混凝土用量少，弃渣少，土石方开方量少，减少了对山区原始地貌的破坏，有利于植被及生态环境保护，在环保效益和经济效益上能体现出比目前山区线路工程常用的岩石嵌固（掏挖）式基础更明显的优势。

1.1岩石锚杆基础

岩石锚杆基础是采用锚杆钻机成孔，并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一种基础型式。它的特点是：

1）岩石锚杆基础充分发挥了原状岩体的力学性能，具有良好的抗拔能力。

2）减少了混凝土和基础钢材等材料的用量，岩石锚杆基础与岩石嵌固式基础相比混凝土量减少了85％左右。

3）提高了施工速度和效率，减少了施工运输量，降低了工程造价。

4）提高了施工机械化程度，缩短了施工工期。

5）避免了人凿和爆破作业对基础周围岩石基面、林木植被的损害；减轻了劳动强度，基本没有弃土。

6）避免了人凿和爆破作业对基础周围岩石基面、林木植被的损害。

1.2基础试验点的确定

经对蓝山～临武220kV输变电工程中线路工程的沿线路径岩石特点总结分析及多次到现场勘测，选定了4个典型的岩石锚杆基础试验点进行直锚基础和单锚基础的设计。

根据4个典型的岩石锚杆基础试验点的地质岩性参数及基础作用力，进行了岩石锚杆基础设计，基础施工图的主要参数如下表：

2.3岩石锚杆基础的破坏分析

总结各种加载情况，岩石锚杆基础破坏主要过程可以分为三个阶段：

1）荷载较小时，锚杆、混凝土与岩石地基共同承担上拔荷载，上拔位移量很小，地面没有明显变形；

2）随着荷载加大，靠近地表的上部承台周围与砂浆、岩石结合强度较弱的部位产生环形裂缝，岩体表面出现细小的裂纹，基础上拔位移量增大；

3）当荷载增大到一定程度时，上拔荷载沿锚杆向深部岩石地基传递，锚杆基础变形迅速增大，产生以基础为中心放射状裂缝，并向四周逐步发散，裂缝扩展的范围和宽度随着荷载的增加而增大，最终基础沿环形裂缝与岩石一同拔出。

3.设计研究总结及建议

通过4个岩石锚杆基础分别进行的直锚和单锚岩石锚杆基础有限元分析，总结分析设计及有限元分析结果，可以得出以下几点结论和建议：

1）在湖南地区山区输电线路工程中，岩石地质条件为中等风化及强风化花岗岩、片麻岩、灰岩地基中，采用岩石锚杆基础设计是可行的。

2）岩石锚杆基础有限元法分析的结果，验证了设计计算理论和试验结果基本一致。

3）锚杆基础所用的细石混凝土强度等级不应低于C30，而且要保证砂浆或混凝土有足够的养护期，至少应达到28天。

4）锚孔直径一般应取2-2.5倍的地脚螺栓直径。

5）岩石锚杆基础的抗拔极限承载力与岩石性质、风化程度、锚杆直径、锚孔间距、锚固深度等多种因素有关。

6）锚杆基础的抗拔承载力与锚杆深度不是线性增长关系。合理的锚杆深度受上部岩层的性质的影响，存在一个最优的范围，超出此范围后增加锚杆深度对于提高锚杆基础极限抗拔承载力的效果并不能很好的表现出来。

7）勘测地质专业在现场必须逐塔腿的准确的判定岩体的稳定性、覆盖层厚度、岩石的性质、风化程度及物理参数。

8）工程设计中可适当增加直锚基础锚孔间距。直锚基础中各单根锚杆的群桩效应其中之一的因素是与锚孔的间距有关，增加锚孔的间距可以充分发挥直锚基础中各单锚的群桩效应，从而提高锚杆基础的承载力和上部结构的安全稳定。

9）锚孔灌注前应将孔壁清理和冲洗干净，易风化的岩石，开孔至浇灌混凝土的时间应尽量缩短。

10）锚杆基础施工质量直接影响到锚杆基础的承载力和线路工程的安全稳定，工程应用中必须选择先进的施工工艺，混凝土灌注过程中要严格控制混凝土灌注质量，一边灌注一边插捣振密，防止在锚固段存有混凝土断层，确保施工质量。