岩石锚杆基础在特高压单回路直流工程中的应用

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摘 要：在特高压直流输电工程中，可以采用锚杆基础。锚杆基础可以减少人工挖孔和爆破作业对山体基面、植被的破坏。同时锚杆基础具有混凝土量少、开方量小，减少了对山区原始地形、地貌的破坏。本文结合糯扎渡送电广东±800kV直流输电线路工程中采用的锚杆基础，总结锚杆基础的设计理论，通过检测验证计算的合理性。通过对经济性进行分析，表明采用锚杆基础具有较强的经济效益和社会效益。

关键词：特高压直流；单回路；锚杆基础；岩石；混凝土

0.引言

特高压直流输电技术一般指电压等级为±800kV及以上电压等级输电技术。岩石锚杆基础具有力学性能优越，耗材少，施工相对简便，环境破坏小等良好的技术和经济效益，在输电线路中越来越被广泛应用[1-3]。岩石锚杆基础采用机械进行钻孔，可以减少人工挖孔和爆破作业对山体基面、植被的破坏。同时锚杆基础具有混凝土量少、开方量小，减少了对山区原始地形、地貌的破坏[4-5]。因此在特高压直流线路中采用锚杆基础具有非常明显的环保效益和经济效益。

本文结合糯扎渡送电广东±800kV直流输电线路工程，对锚杆基础的计算方法进行探讨，同时结合锚杆检测的结果，验证设计的合理性，同时也对锚杆基础的经济性进行了分析。

1.锚杆基础

锚杆基础是将钢制锚杆（锚筋、锚索）埋入岩（土）石孔中，再向孔中灌入混凝土将锚杆与原始地基粘结形成的基础形式，通过锚杆与下部岩土的粘结特性来承受上部荷载。

1.1锚杆基础特点

（1）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）可以减少混凝土和基础钢材等材料的用量，与岩石嵌固基础和掏挖基础相比具有较大的优势。

（3）由于采用机械化进行施工，提高了速度和效率，减轻了劳动强度。

（4）大大减少了开方量，有利于水土保持，避免山体滑坡，环保效益明显。

在线路工程中采用锚杆基础，还有以下优点：

（1）线路周边居民担心爆破影响自身房屋安全，极力反对爆破施工，采用锚杆施工是非常理想的施工方式。

（2）弃土的处理要求越来越高，随之而来的成本费用也非常高，采用锚杆基础基本上没有太大的弃土。

（3）山区的线路运输比较困难，如果采用常规的基础（岩石、掏挖基础），混凝土方量比较大，原材料比较多，运输困难，费用大。采用锚杆基础所用的原材料少，运输容易。

1.2锚杆基础特点

锚杆基础设计包括以下几个方面：

2）由多根桩组成的群锚桩，在微风化岩石中，桩间距b大于4倍桩径D时和在中等风化至强风化岩石中，间距b大于6-8倍桩径D时，或者当桩间距b大于三分之一锚桩有效锚固深度h0时，应符合式（4）的要求；当桩间距不符合上述条件时，除应符合式（4）的要求外，尚应符合式（5）的要求：

式中： 为岩石等代极限剪切强度（kPa），当无试验资料时，可参照表2采用； 为与式（3）意义相同，直锚式取 [（1（b））；承台式取承台底至锚桩底长度（m）[图1 （c）]；拉线基础取 （图1（e））； 为单根锚桩[图1（a）]，嵌固式锚桩（图1 （d））和拉线基础[图1（e）]的底径，m； 为群锚桩（图1（b））和（图1（c））外切直径（m）；当群锚为正方形布置时取 ，当群锚桩为圆形布置时，取a等于圆环轴线直径加桩径，m。

（5）群锚基础的单锚杆顶所承受的轴向力，可按式（5）及式（6）计算。

式中： N为轴心竖向力作用下任一单锚杆的竖向力设计值，kN；Ni为i锚杆杆顶承受的轴向压力，kN；F为作用于土层锚杆顶面的竖向力设计值，kN；G为承台及其上部土自重的设计值，kN；n 为土层锚杆中的锚杆根数；Mx和My分别为作用于土层锚杆上的外力对通过锚杆群重心的x和y轴的力矩设计值，kN.m；Xi和yi分别为i锚杆至通过锚杆群重心的y和x轴的距离，m。

（6）受水平力作用的复合土层锚杆，应按《建筑桩基技术规范》中规定的m值方法计算单锚杆的内力和变位。并按《混凝土结构设计规范》有关规定验算锚杆自身强度计算。

2.锚杆检测

2.1检测装置

加载装置示意见图2所示。荷载与沉降的量测仪表通过高压油泵联动加载，采用连接于千斤顶的高精度油压表测定油压。根据千斤顶率定曲线换算荷载，荷载量由精密压力表控制。

2.2试验分级

（1）验收试验采用分级加载，初始荷载宜取锚杆轴向拉力设计值的0.1倍，分级加载值宜取轴向拉力设计值的0.5、0.75、1.0、1.2、1.33、1.5倍。

根据确定的最大加载为210kN，参考《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22：2005），本次验收试验的加载分级为：

1470105140168186.221014140 （单位为kN）。

（2）试验中，每级荷载均应稳定5-10min，并记录位移增量。最后一级试验荷载应维持10min。如在1-10min内锚

头位移增量超过1.0mm，则该级荷载应再维持50min，并在15、20、25、30、45和60min时记录锚头位移增量。

（3）试验采用2次循环加载。当首次逐渐加荷至最大试验荷载并观测10min，待位移稳定后即卸荷至0.1Nt（Nt为承载力设计值），然后加荷至锁定荷载（锁定荷载为1.0Nt）锁定。绘制荷载——位移（P-S）曲线。

2.3锚杆合格标准

（1）拉力型锚杆在最大试验荷载下所测得的弹性位移量，应超过该荷载下杆体自由段理论弹性伸长值的80%，且小于杆体自由段与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长值。

（2）在最后一级荷载作用下1～10min，锚杆蠕变量不大于1mm，如超过，则6～60min内锚杆蠕变量不大于2.0mm。

2.4试验终止条件

（1）上拔量持续增加，在最后一级荷载作用下1～10min，锚索蠕变量大于1mm，在6～60min内锚杆蠕变量大于2.0mm；

（2）新增加的荷载无法施加，或者施加后无法使荷载保持稳定；

（3）锚杆破坏或拔出。

2.5检测结果分析

锚杆检测结果如图3所示。根据虎克定律可以计算自由段理论弹性伸长值和自由端与部分锚固段长度之和的理论弹性伸长值。

计算结果见表3，检测值位于两者之间，锚杆检测合格。满足工程的实际要求，同时也证明本工程锚杆设计的正确性和合理性。

采用岩石锚杆基础的地质条件和采用岩石基础的地质条件是一致的，因此可以对两种基础型式进行对比。

表4对本工程中所用的锚杆基础的本体造价同岩石基础进行比较：

通过比较可以看出，锚杆基础比岩石基础在材料上有了很大的减少，在施工费用上比岩石基础要稍多一些。总体费用有所减少，具有较好的经济效益。

采用锚杆基础，可减少施工弃土60-70%，大大减少基坑开挖量，降低工人劳动强度，对于雨量大、植被好的南方工程，更有利于减少水土流失，保护植被，符合“安全生产、环保设计”的发展趋势，具有明显的社会效益和环境效益。

4.结语

充分考虑特高压工程的重要性，在保证安全可靠的前提下，可以采用锚杆基础。

在特高压直流工程中采用锚杆基础可降低工程造价，减少材料用量和施工弃土，减低人员劳动强度，其经济效益、社会效益和环境效益显著，符合“资源节约型、环境友好型”政策。

在保证安全、降低造价的前提下，支持鼓励设计、施工企业采用锚杆新技术，提高线路行业锚杆技术整体水平。

鉴于目前送电线路中的现状，在将来的建设过程中，对于锚杆基础，设计和施工应该密切配合，在实践中逐步建立起一套适合我国国情的输电线路锚杆基础设计、监理、施工的相关标准，健全线路行业的锚杆基础设计、施工和检验验收的企业标准乃至行业规范。

参考文献

[1] 程良奎、范景伦、韩军等.岩土锚固[M].北京.中国建筑工业出版社，2003.

[2] 程永峰、鲁先龙、郑卫锋、苏秀成.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.

[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] 任宗栋、秦玮、默增禄等.岩石扩底锚桩基础试验及应用[J].电力建设，2011.32（10）：34-37.

[5] 彭宣茂、傅作新、张子明.岩基中垂直锚杆分析[J].岩土工程学报，13（5）：54-63.

[6] DL/T5219-2005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.