輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)的勘察現(xiàn)狀與對策分析

黃興懷，鄭衛(wèi)鋒

（1.安徽省電力設(shè)計院，安徽 合肥 230001；2.中國電力科學(xué)研究院，北京 100192）

1 概 述

巖石錨桿基礎(chǔ)[1-4]是一種通過水泥砂漿或細石混凝土在巖孔內(nèi)的膠結(jié)，使鋼筋與巖體結(jié)成整體的新型環(huán)保型輸電線路基礎(chǔ)。巖錨基礎(chǔ)具有節(jié)約混凝土量、現(xiàn)場施工量小等特點；通過采取機械化鉆孔作業(yè)模式，有效保證了施工的安全性；另外，巖錨基礎(chǔ)土方開挖量小，減小了余土外運量，降低了對周圍環(huán)境的破壞。靈紹線塔基設(shè)計比選資料表明[5]，相比于傳統(tǒng)的嵌固式基礎(chǔ)或挖孔樁基礎(chǔ)，巖錨基礎(chǔ)平均節(jié)約造價7%以上，經(jīng)濟效益與環(huán)保效益顯著。目前，在輸電線路工程中正大力推廣巖石錨桿基礎(chǔ)。

在特高壓工程輸電線路經(jīng)過的山區(qū)地質(zhì)，往往存在第四系覆蓋且風(fēng)化的巖體，傳統(tǒng)的直錨式基礎(chǔ)不適應(yīng)大荷載等級的塔基，帶柱板的承臺式群錨基礎(chǔ)已成為特高壓工程中巖石錨桿基礎(chǔ)的主要型式[6]。大荷載、厚覆蓋層條件下的巖錨基礎(chǔ)設(shè)計，其參數(shù)取值至關(guān)重要，而設(shè)計參數(shù)取值對地質(zhì)勘測的依賴性很強。因此，在特高壓輸電線路工程中若大規(guī)模推廣應(yīng)用巖錨基礎(chǔ)，在勘察手段與勘測方法方面應(yīng)如何加強規(guī)范，值得深入研究與探討。

2 巖錨基礎(chǔ)應(yīng)用條件

2.1 應(yīng)用巖錨基礎(chǔ)的判定依據(jù)

①巖性條件：在堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、軟巖中可用，極軟巖不適宜；在未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化巖中可用，全風(fēng)化巖應(yīng)慎用；在完整、較完整、較破碎、破碎巖中可用，極破碎巖不采用。

②覆蓋層厚度：覆蓋層厚度不宜超過3m。

③地下水條件：鉆孔范圍內(nèi)無地下水。

④塔基保護范圍：塔腿中心外側(cè)保護區(qū)10m內(nèi)不存在懸崖、8m內(nèi)不存在高度超過4m的陡坎。

⑤地形坡度：從錨桿基礎(chǔ)的經(jīng)濟性分析看，地形坡度不宜超過35°。

2.2 巖錨基礎(chǔ)設(shè)計原則

規(guī)程[1]規(guī)定，輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)的設(shè)計主要考慮以下4種破壞模式：錨筋自身拉斷破壞、錨筋與水泥砂漿或細石混凝土結(jié)合面的粘結(jié)破壞、錨桿與巖體結(jié)合面粘結(jié)破壞、巖體自身剪切破壞。上述4種破壞模式需滿足“木桶理論”，即以最小承載力作為錨桿基礎(chǔ)的極限抗拔承載力[7]。

上述4種破壞模式分別對應(yīng)的設(shè)計參數(shù)為fy、τa、τb、τs。含義為：fy為鋼筋的抗拉強度設(shè)計值，與鋼筋自身材質(zhì)有關(guān)；τa為錨筋與水泥砂漿或細石混凝土間的粘結(jié)強度，主要受到鋼筋形狀與混凝土強度影響；τb為錨桿與巖石間的粘結(jié)強度，取值取決于巖體硬度與風(fēng)化程度；τs為巖石等待剪切強度，不屬于基本巖石地基物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，無法通過常規(guī)巖土工程勘測手段，取值也與巖體硬度、風(fēng)化程度密切相關(guān)。

上述參數(shù)取值直接受到勘測手段與方法、勘測人員素質(zhì)的影響，其取值大小又直接影響巖錨基礎(chǔ)設(shè)計的經(jīng)濟性。因此，有必要統(tǒng)一規(guī)范勘測手段與方法，對參數(shù)取值建立統(tǒng)一的判定標準。

3 巖錨基礎(chǔ)勘察現(xiàn)狀

規(guī)程[8,9]規(guī)定：巖石錨桿的地基應(yīng)逐基鑒定；對于丘陵與山區(qū)的巖石地基，應(yīng)查明巖石的類別、地層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、風(fēng)化程度與風(fēng)化厚度。

丘陵與山區(qū)勘察重點應(yīng)圍繞塔位穩(wěn)定開展現(xiàn)場工作，有針對性地采取地質(zhì)調(diào)查、鉆探、地質(zhì)測繪、物探等勘探手段，勘測深度應(yīng)滿足塔位穩(wěn)定性評價、基礎(chǔ)設(shè)計的要求，具體應(yīng)符合下列規(guī)定：

①對位于工程地質(zhì)條件簡單、基巖裸露或覆蓋層較薄的塔位，勘測一般以地質(zhì)調(diào)查為主，重點描述其巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及產(chǎn)狀、軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育特征，確定其風(fēng)化程度并進行巖體結(jié)構(gòu)分類；

②對位于第四系覆蓋的塔位逐腿勘探，必要時進行一腿多點勘探，查明第四系覆蓋層厚度與性質(zhì)及下伏基巖的性質(zhì)，勘探深度一般應(yīng)至基巖頂板，并準確判定下伏巖體的工程特性。

4 巖錨基礎(chǔ)勘察主要問題

4.1 設(shè)計、勘察規(guī)范的不協(xié)調(diào)

設(shè)計規(guī)程[1]規(guī)定，巖錨設(shè)計中的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)τb、τs與巖石強度及風(fēng)化程度密切相關(guān)。巖石地基的劃分方法為：首先按照巖石堅硬程度（定性判斷或根據(jù)飽和單軸抗壓強度值來確定）劃分為硬質(zhì)巖、軟質(zhì)巖；其次根據(jù)巖石自身結(jié)構(gòu)特性定性劃分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強風(fēng)化、全風(fēng)化；最后，根據(jù)巖石基礎(chǔ)的堅硬程度與風(fēng)化程度，確定巖石錨桿基礎(chǔ)的相關(guān)計算參數(shù)。

勘察規(guī)范[10]規(guī)定，巖石堅硬程度的劃分應(yīng)根據(jù)飽和單軸抗壓強度或點荷載試驗強度算確定。在定性分類時，中等風(fēng)化的堅硬巖或較硬巖歸為較軟巖，強風(fēng)化的堅硬巖或較硬巖歸為軟巖，即風(fēng)化程度較高的硬質(zhì)巖可歸類為軟質(zhì)巖。

設(shè)計規(guī)程[1]與勘察規(guī)范[10]兩者分類標準雖然一致，實質(zhì)卻發(fā)生了改變。目前，電力行業(yè)的勘察單位，現(xiàn)場勘察時中執(zhí)行國家標準《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001），但關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)τb、τs取值時按電力行業(yè)設(shè)計規(guī)程《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5219-2005）執(zhí)行，造成一定程度上的混亂。

因此，建議在線路工程勘察中，定量時按飽和單軸抗壓強度或點荷載試驗強度值，定性時僅按巖石類別來確定巖石軟硬分類。

4.2 勘察手段單一、定量難

考慮到線路工程特點，結(jié)合巖石地基勘察重點，工程上目前常用的手段為工程地質(zhì)測繪、探坑探槽及鉆探手段。工程地質(zhì)調(diào)查測繪、探坑探槽操作方便，是判斷是否可采用巖錨型式的重要手段；采用鉆探能較直觀地反映巖石的完整程度、風(fēng)化程度和裂隙發(fā)育情況，是巖錨基礎(chǔ)勘察的主要手段。上述方法都依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗水平，勘察成果帶有較大的主觀性，定性成分多、定量指標少，給錨桿基礎(chǔ)設(shè)計帶來一定風(fēng)險。

因此，分析是否采用巖錨基礎(chǔ)時，建議應(yīng)以工程地質(zhì)測繪、探坑探槽手段為主；當為巖錨設(shè)計提供參數(shù)時，應(yīng)以鉆探手段為主，輔以其他勘察手段，考慮到線路工程桿塔間距大、機具搬遷困難、鉆探用水困難等，應(yīng)重點采用輕便型鉆機，同時應(yīng)分析孔徑的減小對取芯質(zhì)量的影響；另外勘察時可選用點荷載儀、波速參數(shù)測定儀等進行巖體定量判定，以積累相關(guān)數(shù)據(jù)，提高勘察工作的精度與水平。

5 巖錨基礎(chǔ)勘察的幾點思考

5.1 注重勘察質(zhì)量，加強溝通交流

勘察作為巖錨基礎(chǔ)設(shè)計的第一手資料來源，應(yīng)提高勘察效率、注重勘察質(zhì)量。

勘察前，巖土勘察專業(yè)與結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)加強溝通交流，對照線路路徑規(guī)劃及已有資料，進行桿塔基礎(chǔ)類型規(guī)劃，初步確定具備巖錨基礎(chǔ)應(yīng)用的塔位，進行相應(yīng)的詳細勘察。

巖錨基礎(chǔ)要逐基勘察、逐腿勘探，一般鉆探入巖深度不小于8m?？刹捎玫刭|(zhì)雷達、高密度電法等工程物探方法提高勘察效率，可選用麻花鉆、紹爾背包鉆等進行地質(zhì)鉆探，建議選用點荷載儀、波速參數(shù)測定儀等進行巖體定量判定。

5.2 加強試驗，進行設(shè)計優(yōu)化

巖錨基礎(chǔ)的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)τb、τs取值范圍大，無法通過常規(guī)巖土工程勘測手段定量獲得，使得勘察技術(shù)人員對參數(shù)取值也較為保守，直接影響到巖錨基礎(chǔ)設(shè)計的經(jīng)濟性；同時τs是與假定破壞模式相關(guān)的參數(shù)，缺乏明確的物理涵義。在目前工程實踐經(jīng)驗較少的條件下，建議以現(xiàn)場真型試驗優(yōu)化設(shè)計。

①現(xiàn)場真型試驗應(yīng)選擇在施工圖設(shè)計之前進行，對任何一種新型錨桿，或錨桿用于未應(yīng)用過的巖層，或缺乏地區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗時，建議進行現(xiàn)場試驗。

②現(xiàn)場真型試驗時，為使錨筋與砂漿間或錨固體與巖體間首先破壞，可采用增加錨筋直徑或縮短錨固長度的措施；為使巖體出現(xiàn)剪切破壞，可采用漲殼式錨桿等結(jié)構(gòu)措施、埋深淺的巖石嵌固基礎(chǔ)等保證出現(xiàn)巖體剪切破壞。

5.3 注重現(xiàn)場檢驗工作

由于地質(zhì)條件千差萬別、勘察手段單一、鉆孔數(shù)量有限，造成巖錨基礎(chǔ)在施工中會產(chǎn)生諸多問題，因此需注重現(xiàn)場檢驗工作。

巖錨基礎(chǔ)的現(xiàn)場檢驗應(yīng)包括施工中監(jiān)督及施工后檢驗：施工中監(jiān)督應(yīng)注重觀察描述開挖巖體情況，包括巖性、風(fēng)化程度、巖體破碎程度等；施工后檢驗應(yīng)結(jié)合施工驗收要求進行，必要時應(yīng)開展單錨抗拔抽樣檢驗。

6 結(jié) 論

巖錨基礎(chǔ)具有施工安全、經(jīng)濟環(huán)保等特點，在輸電線路工程中應(yīng)大力推廣。

巖錨基礎(chǔ)對地質(zhì)條件要求較高，勘察應(yīng)更精準。巖石強度判定時應(yīng)按巖石類別確定，應(yīng)盡量選用點荷載儀、波速參數(shù)測定儀等進行巖體定量判定；勘察時應(yīng)采取多種勘察手段相結(jié)合，定性判定與定量試驗相結(jié)合；必要時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場真型試驗確定關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)；應(yīng)注重加強施工中監(jiān)督、施工后的檢驗工作，以確保巖錨基礎(chǔ)設(shè)計安全可靠、經(jīng)濟合理。

[1]DL/T 5219-2005，架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2005.

[2]黃大維，袁文可.巖石錨桿基礎(chǔ)在山區(qū)高壓輸電線路的試驗與應(yīng)用[J].華東電力，1994（2）.

[3]宋永發(fā).送電線路巖石錨桿基礎(chǔ)試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，1995(4).

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[5]中國電力科學(xué)研究院.靈州-紹興±800kV特高壓直流輸電線路工程寧夏段砂巖地基巖石錨桿試驗[R].北京：中國電力科學(xué)研究院，2014.

[6]侯中偉，鄭衛(wèi)鋒.特高壓輸電線路巖石錨桿基礎(chǔ)選型與設(shè)計[J].電力建設(shè)，2014(10).

[7]程良奎，范景倫，韓軍，等.巖土錨固[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

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[9]DL/T5076-2008,220kV及以下架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2008.

[10]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.