架空输电杆塔用岩石锚杆基础的设计优化

架空输电杆塔用岩石锚杆基础的设计优化

王凯

安徽华电工程咨询设计有限公司 安徽 合肥 23000

摘要：通过对输电杆塔用岩石锚杆基础的适用性分析，并根据基础的构造及受力特点，从基础锚杆、基础承台以及灌浆料选用三方面提出设计优化措施。

关键词：输电杆塔、岩石锚杆、设计优化

1前言

岩石锚杆基础采用岩石钻孔机械成孔，然后将锚筋直接插入岩孔内，灌入水泥砂浆和细石混凝土，使锚筋与基岩粘结成一体，可以承受来自上部结构的作用力。此基础充分利用了岩石自身的强度，具有挖方和弃渣量少，材料运输量小，施工简单，施工周期短，节省运输成本，对周边环境影响小等特点。尤其对地形条件复杂、运输成本高的高山大岭地区更加适用

2适用岩性条件

岩石锚杆地基主要根据坚硬程度、风化程度和完整性来确定相关的计算参数，并根据相关规范定性提出适用范围：

（1）适用于岩体基本质量等级为Ⅰ～V级的岩石地基，对V级软岩地基应根据地下水进行综合判断，V级极软岩、极破碎岩不宜采用；陡峭外倾软弱结构面不宜采用。

（2）设计深度范围内不宜存在溶沟溶槽、半岩半土地质及地下水等情况，对于岩石裂隙水发育地段，应结合现场水量与岩性综合判定。

（3）覆盖层厚度不宜超过3.5m，地形坡度不应超过35°。(地形坡度35°时，覆盖层不宜超过1.5m；塔位地形坡度10°，覆盖层不超过3.5m。其他坡度覆盖层厚度插值采用。）

（4）在高烈度地区（8度以上）不宜采用，在地质灾害多发区承台应进入中风化岩层不小于0.5m。

3设计一般规定

（1）锚杆在岩层的锚固段最小构造长度可按25d(微风化)、35d(中等风化)、45d(强风化)取值，d为锚筋直径。锚杆锚固长度宜采用3m~8m。锚筋长度模数取0.5m。锚杆主要由上部传力，荷载传递不到底部，所以不需要过长。

（2）锚筋类型优先采用HRB400，直径d推荐采用36、40mm；d=36、40mm时锚孔直径推荐采用110、120mm。

（3）锚孔间距间距按3~4倍锚孔直径，不应小于2.5D。模数按照10mm增加。为充分发挥锚杆拉力，锚孔间距建议取大值4D。

（4）锚固剂采用细石混凝土或水泥砂浆，强度不低于C30。细石混凝土塌落度宜为180mm~220mm。

（5）承台厚度，按照锚筋最小锚固长度计算承台厚度，最小厚度取1.0m，最大厚度建议不超过1.4m。承台锚杆边距取300mm。岩石群锚基础承台嵌入基岩（Ⅰ～V级岩石）的深度不宜小于0.5m，采用以土（岩石）代模的方式。

4岩石锚杆基础设计优化

岩石锚杆基础由承台、锚杆、立柱等三部分组成，其中锚杆自身承受上拔力和下压力，承台底部承担偏压荷载，立柱根部承担偏拉和偏压荷载，顶部承担局部压应力。通过验算发现，设计控制荷载是上拔荷载和偏心下压荷载。因此，锚固基础的优化设计主要包括锚杆截面优化、锚杆埋深优化、承台尺寸优化、立柱尺寸优化等方面的内容。

（1）锚杆设计优化

首先以轴心上拔力初步选定锚杆数量和锚筋规格，满足锚筋自身强度要求；其次调整锚孔间距，承台偏压满足承载力的要求，确定承台底面尺寸；基桩承载力与其到桩群形心的距离成正比，因此以最外围的锚杆承担荷载对进行锚杆计算，基桩应布置于承台外围。

相关实验[1]表明，在一定的长度范围内，锚杆的摩阻力会随锚固长度增加而增大，当超出此长度，其摩阻力基本不会增加，此长度称为临界长度。较短的锚杆摩阻力分布比较均勻，较长的锚杆从顶端到底端摩阻力呈递减态势。

通过对单锚和群锚进行上拔实验[2]，得到的锚筋应力-深度曲线可知：单锚基础锚筋在埋深范围内受力，在锚固深度底部2.6m应力消减为零；群锚基础锚筋在4m处应力消减为零。规范中规定岩石锚杆的锚固长度宜为3m~8m，且构造长度不小于35d（中风化）、45d（强风化），即不得小于1260mm、1620mm。设计建议：锚筋选用36mm及以上规格，锚孔直径不小于100mm，锚固深度不小于4.5m。

（2）承台设计优化

岩石锚杆基础承台混凝土量占基础混凝土总量的比例较大，因此，对于承台尺寸的优化，经济效益显著。承台平面尺寸受制于锚杆间距的确定，其受偏心下压承载力制约；承台厚度计算时，除应满足受剪承载力计算和受冲切承载力计算要求外，承台厚度主要受限于锚筋在承台内锚固长度的要求。

锚筋在承台内的锚固长度计算可按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）及《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219-2014）计算并取大值。

假定：锚筋采用HRB400级螺纹钢筋，直径d=36mm，混凝土等级为C30，承台上部主筋直径d=25mm，保护层厚度50mm，其基本锚固长度为：lab=0.14×360×36/1.43=1269mm，《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）中规定，锚筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度可取为基本锚固长度的60%，即la=0.6×

lab=0.6×1269=761mm，《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219-2014）中规定，锚筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度可取为基本锚固长度的70%，即la=0.7×lab=0.7×1269=888mm，综合两本规范中规定并取大值，可得la=888mm，再考虑承台上部主筋及保护层厚度，承台厚度可取为888+25+50=963mm，可取为整数1000mm。建议设计承台厚度不小于1000mm。

因此锚杆承台设计优化措施可从以下方面入手：

1）承台立柱设计成直柱偏心或地脚螺栓斜柱直插方式，使各锚杆受力趋于均匀，减小受控锚杆的规格及埋深。

2）地脚螺栓伸入承台底板中以减小承台立柱长度，可以减少基础水平作用力对立柱的效应，降低钢筋耗量和承台开挖土方量。

3）锚筋端部采用弯钩或机械锚固措施减少承台高度并保证锚入承台内钢筋的锚固要求。

（3）水泥基灌浆料的应用

水泥基灌浆料是以水泥为基本材料，适当加入天然骨料、多种混凝土外加剂等组成的干混材料，加水拌合后具有高流动性、早强、高强、粘结强度搞、无收缩等特性，非常适合用于锚杆，避免细石混凝土现场拌制质量难以控制，浇筑不宜振捣、密实性差等问题，在新能源锚杆基础、地下室抗浮锚杆、设备基础、后锚固加固等领域应用较为广泛。材料性能应满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T 50448-2015）中的II类指标要求，其28d抗压强度不小于60Mpa，3d抗压强度不小于40Mpa，一般7d即可达到相当强度，可以极大缩短锚杆现场检测的养护时间。若在输电线路岩石锚杆基础中采用，一般可采用为植筋型或设备基础型水泥基灌浆料，并应根据塔位区域进行基本试验验证设计参数的安全性和合理性。

采用水泥基灌浆料锚杆与岩层间的极限粘结强度标准值较采用细石混凝土增加约1.3~2.0倍。能较大的提高锚杆与岩层间的限粘结承载力。

5结语

综上所述，锚杆基础主要优化措施如下：

（1）锚杆应布置于承台外围；锚筋可选用36mm及以上规格，锚孔直径不小于100mm，锚固深度不小于4.5m。

（2）承台立柱设计成直柱偏心或地脚螺栓斜柱直插方式，有效减小受控锚杆的规格及埋深；地脚螺栓伸入承台底板中以减小承台立柱长度，降低钢筋耗量和承台开挖土方量；锚筋端部采用弯钩或机械锚固措施减少承台高度并保证锚入承台内钢筋的锚固要求。

（3）采用水泥基灌浆料能较大的提高锚杆与岩层间的限粘结承载力。

参考文献：

 [1]夏谦,李强,高斐略.特高压输电线路岩石锚杆基础试验研究[C].中国电力规划设计协会送变电设计技术交流会暨送变电专家委员会2015年工作会议论文集.2015:461-464.

[2]吴登峰.湄洲湾输电线路岩石锚杆试验及其基础设计[J].福建建筑,2010,(9):60-63.