水巖作用對巖石剪切行為影響的研究現(xiàn)狀

　　隨著巖土工程技術的不斷發(fā)展，巖石錨桿基礎在工程建設中得到了很好的推廣應用。輸電線路建設具有路經(jīng)長、沿線地形地貌及地質(zhì)條件差異大、鐵塔基礎形式多樣的特點，巖石錨桿基礎具有能大大減少土石開挖量、降低施工難度、節(jié)約造價的優(yōu)點，是一種資源節(jié)約、環(huán)境友好的基礎形式，深受廣大電力建設工程技術人員的青睞。

　　由于輸電線路建設的獨有特點，鐵塔巖石錨桿基礎在山區(qū)的應用除受鐵塔荷載、覆蓋層厚度、地形條件影響較大外，群錨巖石錨桿基礎還受巖石強度、錨孔間距、錨孔直徑、錨筋直徑等的影響。筆者主要通過理論計算和現(xiàn)場試驗探究錨孔間距、錨孔直徑、錨筋直徑、巖石強度對群錨巖石錨桿基礎破壞形式的影響。

　　1 研究思路及目的

　　本次研究以實際電力工程建設項目為依托，選取了西南山區(qū)灰?guī)r、砂巖、砂質(zhì)泥巖三種不同強度的代表性巖石，通過對群錨巖石錨桿基礎極限抗拔承載力進行理論計算，然后與現(xiàn)場抗拔試驗結(jié)果進行對比分析，探索不同的巖石、錨孔大小及間距對群錨巖石錨桿基礎極限抗拔承載力的影響，并初步探索群錨巖石錨桿基礎的破環(huán)形式。

　　對于輸電線路巖石錨桿基礎群錨抗拔極限承載力理論計算方法，主要采用的是單根錨桿的抗拔極限承載力之和，再乘一定的群錨效應系數(shù)，根據(jù)《架空輸電線路錨桿基礎設計規(guī)程》（DL/T 5544-2018），群錨效應系數(shù)一般取0.7～0.9。

　　2 現(xiàn)場試驗

　　由于本次試驗采用4根直錨式群錨桿，最大試驗荷載預估值為4乘鋼筋抗拉強度承載力、錨筋與錨固劑間的黏結(jié)承載力、錨桿與巖土層間的極限黏結(jié)承載力中最小值的1.0～1.5倍。

　　本次現(xiàn)場群錨抗拔試驗加載裝置由加荷設備和位移測量裝置組成。由于群錨需要的加載荷載較大，本次采用柴油機發(fā)電，柴油機連接到千斤頂上，利用柴油機發(fā)電提供動力系統(tǒng)。采用XH-75/0.01毫米位移計為測量位移裝置對4根巖石錨桿同時施加軸向拉力進行試驗。本次群錨試驗的豎向加載反力是利用平整的地面提供，反力裝置能夠保證錨桿基礎可能出現(xiàn)的4種破壞而結(jié)束試驗，即錨筋拉斷破壞、錨筋從砂漿混凝土中被拔出后破壞、錨筋與砂漿或細石混凝土形成一個整體后被拔出破壞、上拔荷載施壓過大導致周圍巖體發(fā)生破壞而結(jié)束試驗?，F(xiàn)場試驗照片如圖1、圖2所示。

　　3 試驗結(jié)果分析

　　錨孔間距分別為300毫米、400毫米、500毫米、600毫米，對于不同鉆孔間距的群錨巖石錨桿，根據(jù)預估最大荷載進行豎向抗拔加載，直至達到終止加載條件，試驗結(jié)果分析如下。

　　3.1 中風化灰?guī)r群錨抗拔試驗變形及破壞特點

　　對于灰?guī)r群錨巖石錨桿，當分別加載到330千牛、360千牛、650千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在1.05毫米～4.00毫米。錨孔間距為300毫米時，當繼續(xù)加載至預估最大荷載1 100千牛時，位移未發(fā)生明顯急劇增大的現(xiàn)象，錨桿未發(fā)生明顯破壞，未能加載至破壞。錨孔間距400毫米、500毫米時，當繼續(xù)分別加載到1 200千牛、1 170千牛時位移增急劇增大，位移分別達到32.55毫米、20.45毫米，由此得出極限荷載分別為前一級荷載值1 080千牛、1 040千牛。繼續(xù)加載至破壞，破壞形式為鋼筋被拔出，錨固體及巖體未發(fā)生明顯變形破壞。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖3。

　　根據(jù)理論計算，中風化灰?guī)r單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿32毫米鋼筋抗拉極限承載力在271.26千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為1 085千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。

　　3.2 中風化砂巖群錨抗拔試驗變形及破壞特點

　　對于中風化砂巖的群錨巖石錨桿，當分別加載到300千牛、330千牛、330千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在0.0毫米～5.45毫米之間。錨孔間距為300毫米時，當繼續(xù)加載至預估最大荷載1 000千牛時，位移未發(fā)生明顯急劇增大的現(xiàn)象，錨桿未發(fā)生明顯破壞，未能加載至破壞。錨孔間距400毫米、500毫米時，當繼續(xù)加載到1 100千牛時位移增急劇增大，位移分別達到

　　37.21毫米、42.21毫米，由此得出極限荷載均為前一級荷載值990千牛。繼續(xù)加載至破壞，破壞形式為鋼筋被拔出，錨固體及巖體未發(fā)生明顯變形破壞。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖4。

　　根據(jù)理論計算，中風化砂巖單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿28毫米鋼筋抗拉極限承載力在246.2千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為984.8千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。

　　3.3 中風化砂質(zhì)泥巖群錨抗拔試驗變形及破壞特點

　　對于中風化砂質(zhì)泥巖的群錨巖石錨桿，當分別加載到330千牛、360千牛、360千牛、360千牛荷載時，各級的位移增量變化較小，在0.36毫米～2.35毫米之間。錨孔間距分別為300毫米、400毫米、500毫米、600毫米時，當分別繼續(xù)加載到1 100千牛、1 200千牛、1 200千牛、1 200千牛時位移增急劇增大，位移分別達到25.73毫米、26.62毫米、27.82毫米、25.45毫米，由此得出極限荷載分別為前一級荷載值990千牛、1 080千牛、1 080千牛、1 080千牛。繼續(xù)加載至破壞，除錨孔間距為300毫米的群錨表層巖體發(fā)生斜向破壞以外，其余群錨的破壞形式均為鋼筋被拔出。荷載（千牛）-位移（毫米）曲線見圖5。

　　根據(jù)理論計算，中風化砂質(zhì)泥巖單根錨桿的抗拉強度受鋼筋強度控制，單根錨桿28毫米鋼筋抗拉極限承載力在246.2千牛左右，群錨由4根錨筋組成，如不考慮群錨效應的影響，則四根錨筋組成的巖石錨桿抗拉強度為984.8千牛，試驗值與理論計算值基本吻合。但錨孔間距為300毫米的群錨與其他錨孔間距的群錨破壞形式不同，表層巖體有明顯的隆起位移跡象。

　　4 結(jié)論

　　通過本次對直錨式群錨巖石錨桿基礎進行理論計算，結(jié)合現(xiàn)場試驗研究分析，初步得出以下幾點認識。

　　對于中風化灰?guī)r、砂巖等硬質(zhì)巖石，錨孔間距對群錨巖石錨桿基礎抗拔極限承載力影響相對較小，群錨巖石錨桿基礎的抗拔極限承載力主要受鋼筋抗拉極限承載力控制。

　　對于中風化砂質(zhì)泥巖等軟質(zhì)巖石，錨孔間距對群錨巖石錨桿基礎抗拔極限承載力影響相對較大，當錨孔間距小于2倍錨孔直徑時，巖石強度對其抗拔極限承載力起控制作用。

　　當錨孔間距大于3倍錨孔直徑時，巖石強度對群錨巖石錨桿基礎抗拔極限承載力影響較小，在巖石錨桿基礎設計時，錨孔間距不宜小于3倍錨孔直徑，但錨孔間距也不宜過大，造成上部基礎尺寸增加，從而造成工程材料的浪費和開挖量的增加。