岩石锚杆群锚基础现场抗拔试验研究
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作者:邓杰文 杨明双
[ 作者简介 ]
邓杰文，男，贵州瓮安人，中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，高级工程师，硕士，研究方向：岩土工程。
杨明双，男，贵州务川人，中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，助理工程师，本科，研究方向：岩土体稳定性。
[ 摘要 ]
群锚岩石锚杆基础抗拔承载力影响因素众多，锚筋抗拉强度、锚固剂强度、岩石强度、锚孔间距等都是其设计过程中需要重点考虑的控制性因素。群锚岩石锚杆基础破坏形式多样，文章旨在通过理论计算结合现场试验分析探讨锚孔间距、锚筋直径、岩石种类对岩石锚杆群锚基础破坏模式的影响。通过研究分析，得出不同强度岩石、锚孔间距、钢筋直径对群锚基础变形及破坏模式影响的相关结论，以丰富岩石锚杆基础设计理论，为岩石锚杆技术的发展提供经验借鉴。
[ 关键词 ]
群锚;岩石锚杆;现场试验;破坏模式
随着岩土工程技术的不断发展，岩石锚杆基础在工程建设中得到了很好的推广应用。输电线路建设具有路经长、沿线地形地貌及地质条件差异大、铁塔基础形式多样的特点，岩石锚杆基础具有能大大减少土石开挖量、降低施工难度、节约造价的优点，是一种资源节约、环境友好的基础形式，深受广大电力建设工程技术人员的青睐。
由于输电线路建设的独有特点，铁塔岩石锚杆基础在山区的应用除受铁塔荷载、覆盖层厚度、地形条件影响较大外，群锚岩石锚杆基础还受岩石强度、锚孔间距、锚孔直径、锚筋直径等的影响。笔者主要通过理论计算和现场试验探究锚孔间距、锚孔直径、锚筋直径、岩石强度对群锚岩石锚杆基础破坏形式的影响。
1 研究思路及目的
本次研究以实际电力工程建设项目为依托，选取了西南山区灰岩、砂岩、砂质泥岩三种不同强度的代表性岩石，通过对群锚岩石锚杆基础极限抗拔承载力进行理论计算，然后与现场抗拔试验结果进行对比分析，探索不同的岩石、锚孔大小及间距对群锚岩石锚杆基础极限抗拔承载力的影响，并初步探索群锚岩石锚杆基础的破环形式。
对于输电线路岩石锚杆基础群锚抗拔极限承载力理论计算方法，主要采用的是单根锚杆的抗拔极限承载力之和，再乘一定的群锚效应系数，根据《架空输电线路锚杆基础设计规程》（DL/T 5544-2018），群锚效应系数一般取0.7～0.9。
2 现场试验
由于本次试验采用4根直锚式群锚杆，最大试验荷载预估值为4乘钢筋抗拉强度承载力、锚筋与锚固剂间的黏结承载力、锚杆与岩土层间的极限黏结承载力中最小值的1.0～1.5倍。
本次现场群锚抗拔试验加载装置由加荷设备和位移测量装置组成。由于群锚需要的加载荷载较大，本次采用柴油机发电，柴油机连接到千斤顶上，利用柴油机发电提供动力系统。采用XH-75/0.01毫米位移计为测量位移装置对4根岩石锚杆同时施加轴向拉力进行试验。本次群锚试验的竖向加载反力是利用平整的地面提供，反力装置能够保证锚杆基础可能出现的4种破坏而结束试验，即锚筋拉断破坏、锚筋从砂浆混凝土中被拔出后破坏、锚筋与砂浆或细石混凝土形成一个整体后被拔出破坏、上拔荷载施压过大导致周围岩体发生破坏而结束试验。现场试验照片如图1、图2所示。
3 试验结果分析
锚孔间距分别为300毫米、400毫米、500毫米、600毫米，对于不同钻孔间距的群锚岩石锚杆，根据预估最大荷载进行竖向抗拔加载，直至达到终止加载条件，试验结果分析如下。
3.1 中风化灰岩群锚抗拔试验变形及破坏特点
对于灰岩群锚岩石锚杆，当分别加载到330千牛、360千牛、650千牛荷载时，各级的位移增量变化较小，在1.05毫米～4.00毫米。锚孔间距为300毫米时，当继续加载至预估最大荷载1 100千牛时，位移未发生明显急剧增大的现象，锚杆未发生明显破坏，未能加载至破坏。锚孔间距400毫米、500毫米时，当继续分别加载到1 200千牛、1 170千牛时位移增急剧增大，位移分别达到32.55毫米、20.45毫米，由此得出极限荷载分别为前一级荷载值1 080千牛、1 040千牛。继续加载至破坏，破坏形式为钢筋被拔出，锚固体及岩体未发生明显变形破坏。荷载（千牛）-位移（毫米）曲线见图3。
根据理论计算，中风化灰岩单根锚杆的抗拉强度受钢筋强度控制，单根锚杆32毫米钢筋抗拉极限承载力在271.26千牛左右，群锚由4根锚筋组成，如不考虑群锚效应的影响，则四根锚筋组成的岩石锚杆抗拉强度为1 085千牛，试验值与理论计算值基本吻合。
3.2 中风化砂岩群锚抗拔试验变形及破坏特点
对于中风化砂岩的群锚岩石锚杆，当分别加载到300千牛、330千牛、330千牛荷载时，各级的位移增量变化较小，在0.0毫米～5.45毫米之间。锚孔间距为300毫米时，当继续加载至预估最大荷载1 000千牛时，位移未发生明显急剧增大的现象，锚杆未发生明显破坏，未能加载至破坏。锚孔间距400毫米、500毫米时，当继续加载到1 100千牛时位移增急剧增大，位移分别达到
37.21毫米、42.21毫米，由此得出极限荷载均为前一级荷载值990千牛。继续加载至破坏，破坏形式为钢筋被拔出，锚固体及岩体未发生明显变形破坏。荷载（千牛）-位移（毫米）曲线见图4。
根据理论计算，中风化砂岩单根锚杆的抗拉强度受钢筋强度控制，单根锚杆28毫米钢筋抗拉极限承载力在246.2千牛左右，群锚由4根锚筋组成，如不考虑群锚效应的影响，则四根锚筋组成的岩石锚杆抗拉强度为984.8千牛，试验值与理论计算值基本吻合。
3.3 中风化砂质泥岩群锚抗拔试验变形及破坏特点
对于中风化砂质泥岩的群锚岩石锚杆，当分别加载到330千牛、360千牛、360千牛、360千牛荷载时，各级的位移增量变化较小，在0.36毫米～2.35毫米之间。锚孔间距分别为300毫米、400毫米、500毫米、600毫米时，当分别继续加载到1 100千牛、1 200千牛、1 200千牛、1 200千牛时位移增急剧增大，位移分别达到25.73毫米、26.62毫米、27.82毫米、25.45毫米，由此得出极限荷载分别为前一级荷载值990千牛、1 080千牛、1 080千牛、1 080千牛。继续加载至破坏，除锚孔间距为300毫米的群锚表层岩体发生斜向破坏以外，其余群锚的破坏形式均为钢筋被拔出。荷载（千牛）-位移（毫米）曲线见图5。
根据理论计算，中风化砂质泥岩单根锚杆的抗拉强度受钢筋强度控制，单根锚杆28毫米钢筋抗拉极限承载力在246.2千牛左右，群锚由4根锚筋组成，如不考虑群锚效应的影响，则四根锚筋组成的岩石锚杆抗拉强度为984.8千牛，试验值与理论计算值基本吻合。但锚孔间距为300毫米的群锚与其他锚孔间距的群锚破坏形式不同，表层岩体有明显的隆起位移迹象。
4 结论
通过本次对直锚式群锚岩石锚杆基础进行理论计算，结合现场试验研究分析，初步得出以下几点认识。
对于中风化灰岩、砂岩等硬质岩石，锚孔间距对群锚岩石锚杆基础抗拔极限承载力影响相对较小，群锚岩石锚杆基础的抗拔极限承载力主要受钢筋抗拉极限承载力控制。
对于中风化砂质泥岩等软质岩石，锚孔间距对群锚岩石锚杆基础抗拔极限承载力影响相对较大，当锚孔间距小于2倍锚孔直径时，岩石强度对其抗拔极限承载力起控制作用。
当锚孔间距大于3倍锚孔直径时，岩石强度对群锚岩石锚杆基础抗拔极限承载力影响较小，在岩石锚杆基础设计时，锚孔间距不宜小于3倍锚孔直径，但锚孔间距也不宜过大，造成上部基础尺寸增加，从而造成工程材料的浪费和开挖量的增加。
参考文献
[1]黄大维，袁文可. 输电线路岩石锚杆基础的试验与应用[J]. 电力建设，1994（7）：15-18，33.
[2]宋永发. 送电线路岩石锚杆基础试验研究[J]. 岩土工程学报，1995（4）：89-94.
[3]M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（1）：26-28.
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