巖石膨脹頭錨桿抗拔試驗探究范文

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摘要：為了提高巖石錨桿抗拔承載力，本文通過對普通錨桿端部加設膨脹頭，將混凝土灌漿料注入巖孔內，使得膨脹頭錨桿和巖體結合起來形成巖石膨脹頭錨桿基礎。基于兩種不同類型的巖石錨桿進行現場抗拔試驗，并對試驗數據分析得到單根錨桿極限抗拔力，在相同試驗條件下，巖石膨脹頭錨桿的極限抗拔力較普通錨桿有較大提高。本研究具有應用價值，為巖石膨脹頭錨桿在風機基礎中的實際應用提供了參考。

關鍵詞：巖石膨脹頭錨桿；混凝土灌漿料；錨桿抗拔試驗；抗拔承載力

目前巖石錨桿基礎廣泛應用于山區工程建設中，隨著全球傳統能源緊張及生態環境逐步惡化，普通巖石錨桿基礎一些弊端問題也顯現出來：抗壓能力較強的混凝土基礎其抗彎能力非常弱，而且混凝土基礎在受力狀態中穩定性不好，導致地基與基礎之間容易發生分離現象；對于較高的建筑結構物，混凝土基礎懸挑長度較大，費用也較高；開挖量巨大，改變了原來地貌，造成了環境污染［1-2］。本文在普通巖石錨桿的基礎上，從結構上創新制作出膨脹頭巖石錨桿，通過在巖孔內注入混凝土灌漿料，使膨脹頭錨桿和巖體膠結成一個整體，形成巖石膨脹頭錨桿基礎，使其從受力形式上突破傳統巖石錨桿，通過改變普通巖石錨桿的受力形式，進而提高巖石錨桿的抗拔承載力［3］。在風力發電機基礎設計時，將新型的巖石膨脹頭錨桿技術應用其中，可以很好地發揮山區地區巖石地基承載力高的優點，具有很好的安全性，在施工工藝上可行，理念先進，顯著減少了人工開挖和爆破作業等導致周圍環境的大面積破壞，在降低工程成本的同時具有顯著的環保效益［4］。本文基于實際工程項目，通過對單根巖石膨脹頭錨桿進行抗拔破壞試驗，重點探討了影響巖石膨脹頭錨桿抗拔承載力的主要因素，在此基礎上通過對比兩種巖石錨桿的抗拔承載力，得到巖石膨脹頭錨桿的極限抗拔承載力，進一步實現了巖石膨脹頭錨桿基礎在風電項目中的運用。

1現場抗拔試驗

1.1工程試驗概況本文所選的試驗場地海拔高度為40～380m，地形起伏較大，切割深度大多數小于100m，坡度小于30°。風場場址為地形復雜的山區，場地地貌類型為微弱切割-強剝蝕丘陵，運輸條件較差，山區巖石承載力較高。本期建設規模24×2000kW風電機組，勘察期間各勘探點孔口標高介于131.98～357.81m，最大高差225.83m。本次勘探發現，在一定深度范圍內地層巖性主要由承載力相對高的巖層所組成，包括大理巖、石英巖等。為了降低土石方開挖量以及風機基礎所需要的砂石、水泥、鋼材等材料，考慮到山區巖石地基承載力高的特點，本文將巖石膨脹頭錨桿作為風力發電機的基礎，根據工程提供的設計與施工資料，在普通圓柱型巖石錨桿（如圖1）端部加設膨脹頭，膨脹頭材質為普通鋼材，研發出巖石錨桿膨脹頭。

1.2試驗裝置本次現場基本試驗采用循環加、卸荷載法，使用橫梁反力裝置和兩臺油壓千斤頂同時對巖石膨脹頭錨桿進行加荷，在加荷載過程中要逐級并且循環施加豎向荷載，在觀測錨桿的上拔位移量時要使用大量程的位移傳感器，以保證試驗結果的準確性。

1.3試驗加載本次現場抗拔試驗加載方案及加載過程依據《建筑邊坡工程技術規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《土層錨桿設計與施工規范》中相關規定進行［5-6］。采用的加載方法是循環加卸，初始荷載取預計極限抗拔承載力的0.1倍，每級加載數量按照極限抗拔荷載的0.2倍進行逐級試加。每級加載后，要在一定時間內讀取錨桿位移變化，并在規定時間內至少讀取3次位移計變化量。規定錨頭的位移變化量在0.1mm內時，可施加下一級荷載，如果不在0.1mm范圍內，要延長觀測時間，直到錨頭位移變化量在2mm而且時間在2h內，再施加下一級荷載。根據本次試驗場地的地質條件屬于山區巖層，地基承載力相對較大，考慮到錨桿桿體在此種地層情況下所能承受的極限抗拔承載力，本文將B型錨桿的最大試驗荷載取為1400kN，則其初始荷載為140kN，A型錨桿的最大試驗荷載取1680kN，其初始荷載為168kN。其他各級荷載按0.2倍的最大加荷荷載累計疊加，最后一級為0.1倍。每級加載完畢以后，位移計在穩定時間內達到穩定后，記錄三次錨頭位移讀數。

2抗拔試驗成果分析

2.1巖石錨桿的抗拔承載力分析對兩組巖石錨桿分別進行加載并記錄其實測數據，將實測數據輸入計算機經過計算，繪制兩組巖石錨桿上拔荷載Q和錨桿位移S之間的關系曲線、荷載Q-彈性位移Se曲線以及荷載Q-塑性位移Sp曲線。

2.1.1A型錨桿（澆灌混凝土且加設膨脹頭）試驗數據分析

2.3巖石錨桿破壞形式分析

2.3.1普通巖石錨桿的破壞形式根據現場試驗實際情況發現，試驗B組的三根普通巖石錨桿的破壞都是因為桿體和混凝土灌漿料所構成的錨固體與圍巖體之間的黏結摩阻力不夠，進而使得巖孔內的整個錨固體被拔出。2.3.2膨脹頭巖石錨桿的破壞形式從常見的破壞形式上來看，新型巖石膨脹頭錨桿的破壞形式理論上也會存在的，根據現場試驗實際情況發現，試驗A組的三根膨脹頭巖石錨桿有兩根是因為桿體和混凝土灌漿料所構成的錨固體與圍巖體之間的黏結摩阻力不夠，導致整個錨固體從巖孔中被拔出，而另一根是因為錨桿桿體自身強度不足，錨桿桿體被拉斷。

2.3.3兩種破壞情況對比分析通過兩組巖石錨桿的現場破壞情況以及對地面裂縫的測量發現，在相同錨固條件下相同幾何參數的兩種巖石錨桿，膨脹頭巖石錨桿破壞時上拔角平均為15°，而普通巖石錨桿破壞時的上拔角平均為10.2°。這說明相比較普通巖石錨桿，膨脹頭巖石錨桿通過改變受力形式增大了上拔角度，增加了膨脹頭錨桿錨固體和周圍巖體相互之間的作用力，提高了巖石錨桿的極限抗拔承載力。

3結語

本研究通過對普通錨桿端部加設膨脹頭，將混凝土灌漿料注入巖孔內，使得膨脹頭錨桿與巖體膠結成整體，形成巖石膨脹頭錨桿，以某風機基礎項目為背景，研究了普通巖石錨桿和膨脹頭巖石錨桿的現場抗拔試驗，從而得到了兩組巖石錨桿的極限抗拔承載力與其對應的位移關系曲線，經過對試驗數據的分析，探討了新型的巖石膨脹頭錨桿在風電基礎中的應用，得到以下結論：（1）膨脹頭巖石錨桿所承受的剪應力要比普通巖石錨桿所承受的剪應力大，膨脹頭巖石錨桿有更高的極限抗拔承載力；（2）對于新型巖石錨桿膨脹頭巖石錨桿的破壞形式是因為桿體和混凝土灌漿料所構成的錨固體與圍巖體之間的黏結摩阻力不夠造成；（3）在其他條件相同的情況下，膨脹頭巖石錨桿的極限抗拔承載力要比普通巖石錨桿的極限抗拔承載力要大，膨脹頭巖石錨桿從結構形式上的改變，有效地提高了巖石錨桿抗拔承載力。（4）相對普通巖石錨桿，膨脹頭巖石錨桿更不容易出現應力集中現象，膨脹頭巖石錨桿要比普通巖石錨桿更能很好地發揮錨桿抗拔能力。膨脹頭巖石錨桿通過改變受力形式增大了上拔角度，使得膨脹頭錨桿錨固體與周圍巖體之間的作用力加大，有效地提高了巖石錨桿的極限抗拔承載力。

參考文獻：

［1］文鵬宇.擴大頭抗拔錨桿承載特性試驗研究［D］.鄭州：鄭州大學，2016.

［2］高雅靜.巖石錨桿在風機基礎中的應用研究［D］.石家莊：石家莊鐵道大學，2016.

［3］張志平.風機塔架巖石錨桿基礎力學特性分析及其試驗研究［D］.南昌：南昌大學，2017.

［4］張文勇.巖石錨桿基礎在風電基礎工程中的應用與研究［D］.湘潭：湖南科技大學，2015.

［5］孫長帥，楊海巍，徐光黎.巖石錨桿基礎抗拔承載力計算方法探究［J］.巖土力學，2009，30（S1）：75-78.

［6］程鵬，鄧德全.巖石錨桿在風輪機基礎設計中的應用［J］.武漢大學學報（工學版），2012，45（S1）：158-161.

作者：趙儉斌1，趙中華2，馬麗珠2，郭丙善3 單位：1.沈陽建筑大學，2.沈陽城市建設學院，3.協合新能源集團有限公司