對錨板基礎(chǔ)抗拔性能的分析

鐘宇

（清遠(yuǎn)市電力規(guī)劃設(shè)計院有限公司　廣東　清遠(yuǎn)　511517）

對錨板基礎(chǔ)抗拔性能的分析

鐘宇

（清遠(yuǎn)市電力規(guī)劃設(shè)計院有限公司廣東清遠(yuǎn)511517）

如今，抗拔基礎(chǔ)的運用已經(jīng)變得十分廣泛，如電視通訊塔、輸電線路塔以及許多抗荷載作用的基礎(chǔ)建筑物。這些建筑的基礎(chǔ)型式有很多，但是抗拔錨板基礎(chǔ)是應(yīng)用較多的。本文就是針對錨板在砂土中的基礎(chǔ)抗拔性能進(jìn)行研究分析。通過一個具體的工程案列，對錨板抗拔性能進(jìn)行測試，利用測試的結(jié)果來研究對錨板基礎(chǔ)抗拔性能影響比較大的因素。測試結(jié)果顯示錨板所在的砂土密度以及錨板的埋置深度對錨板的抗拔性能影響比較大。同時，本文的研究結(jié)果對工程中錨板的設(shè)計提供了參考價值。

錨板；抗拔性能；分析

1　引言

近年來，許多的工程建筑中對于錨板的應(yīng)用變得越來越廣泛，如我們說熟知的電視通訊塔、輸電線路塔、擋土墻等等。之所以錨板的應(yīng)用廣泛全歸功于錨板的自身性能，作為一種抗拔承載力基礎(chǔ)，它在使用過程中非常便捷，實用價值高，并且經(jīng)濟效益高。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，大多數(shù)工程領(lǐng)域開始大量的利用懸浮式平臺來開采能源、科學(xué)考察等等。但是這樣的懸浮式平臺比較脆弱，很容易受到大風(fēng)大浪的影響，這些環(huán)境因素的沖擊會產(chǎn)生很大的上拔荷載力，這就對錨板的抗拔性能進(jìn)行了嚴(yán)苛的考驗，這也使得錨板的抗拔性能必須達(dá)到一定的高度，只有錨板提供了牢固的抗拔承載力才能使得這些懸浮式平臺的穩(wěn)固，因此錨板在這一新興的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用前景還是十分廣泛的。在抗拔基礎(chǔ)工程領(lǐng)域中，眾所周知的錨板在提供抗拔承載力的時候會對周圍的土體產(chǎn)生很大的影響，這會使得周圍土體產(chǎn)生一定程度的變形，利用土體的變形來提供土體的承載能力，這樣的工作機理使得錨板在工程領(lǐng)域中經(jīng)濟效益變得很高。但是，在這個過程中我們也必須要考慮到土體最大的承載能力，錨板在土體中可位移距離也必須加以嚴(yán)格的控制。由于在工程領(lǐng)域中錨板的大量應(yīng)用，越來越多的學(xué)者給吸引進(jìn)來，他們利用了非常多的研究方法進(jìn)行研究，對錨板的抗拔性能的認(rèn)識也有了極大的提高，但是錨板的設(shè)計還是相當(dāng)復(fù)雜，土體的研究也不容忽視，目前的設(shè)計方法還是依據(jù)以往的經(jīng)驗和現(xiàn)場試驗，這樣就使得工程的造價過高，精密性不夠完善，因此，對錨板抗拔性能的深入研究意義重大。本文通過工程的現(xiàn)場試驗對錨板在砂土中抗拔性能進(jìn)行研究分析。

2　錨板抗拔性能工程案例

某工程為了研究錨板的抗拔性能，對工程中的某一錨板進(jìn)行抗拔測試。該測試主要運用導(dǎo)向桿、滑動板、連接桿、錨板和錨板槽組成。數(shù)據(jù)采集裝置主要工程中的精密拉力傳感器、差動變壓位移傳感器、屏蔽連接盒，數(shù)據(jù)采集卡和一臺計算機組成。拉力傳感器是為了測量錨板上拉過程中的拉力；差動變壓位移傳感器用于測量錨板上拉過程中的位移；屏蔽連接盒可根據(jù)不同的傳感器設(shè)置不同的接線方式，并通過數(shù)據(jù)線將信號傳送給數(shù)據(jù)采集卡。為了對錨板上拔過程中的力和位移進(jìn)行同步采集，該系統(tǒng)可同步控制力傳感器和位移傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集同步。在測試開始前，將錨板槽底部鋪上一定厚度的砂土作為墊層，然后將固定在連接桿上的圓形錨板平放在墊層上，并使其位于模型槽的中間位置，然后將砂土分層裝入使錨板達(dá)到預(yù)定埋置深度，填砂時控制一定的落高。對于松砂試樣分層抹平，對于密砂試樣則抹平后整平壓實，以保證整個試樣密度一致，最后將連接桿另一端與拉力傳感器固定好，砂土分別歸類為松砂和密砂。對于密砂和松砂試樣分別進(jìn)行了9組試驗，土樣埋深率H/D分別為1、2、3、4、5、6、7、8和9。通過18組的測試結(jié)果得出影響錨板的抗拔性能的兩大因素的作用結(jié)果。

3　錨板抗拔性能分析

3.1抗拔力與錨板位移關(guān)系曲線特征

錨板的設(shè)計一般情況下有兩個條件控制：①上拔力；②允許位移。本次的測試是研究發(fā)揮錨板周圍的抗拔性能的最大允許設(shè)計的位移范圍，所以要認(rèn)真分析錨板上拔力與錨板位移曲線特征。這里我們采用的是控制變量法，圖1為測試中控制埋深率為2的情況下，密砂與松砂狀態(tài)下上拔力與錨板位移的關(guān)系曲線。對于松砂中的錨板，上拔力與位移關(guān)系曲線可以劃分為兩個階段。第一個階段：在這個階段時上拔力與上拔位移增加趨近于線性增加，當(dāng)錨板位移達(dá)到4mm左右時，上拔力基本增加達(dá)最大是30N；第二階段：這個階段上拔力趨于穩(wěn)定，不再隨著位移的增加而增加。從松砂的上拔力與位移曲線圖中我們可以得出的結(jié)論是：在起始階段上拔力受錨板位移的影響程度較大，這個過程主要是由于錨板在上拔時，錨板對周圍土體產(chǎn)生的持續(xù)性的擠壓，位移程度越大壓縮范圍也越大，這就造成了上拔力與位移幾乎呈線性增加的原因，但是之后錨板周圍的土體壓縮程度達(dá)到一定的范圍之后無法繼續(xù)增大，上拔力也就無法繼續(xù)攀升，因此出現(xiàn)的是后面曲線出現(xiàn)平緩的原因。對于密砂中的錨板，上拔力與位移關(guān)系曲線可以劃分為三個階段，如圖1所示。第一個階段：在這個階段上拔力隨位移趨于線性增加，該階段的位移大約是1.8mm，同樣在位移達(dá)到1.8mm的時候上拔力達(dá)到峰值為62N。第二個階段：在這個階段從峰值點持續(xù)到位移為12.5mm處，上拔力隨上拔位移增加減小，這個階段的曲線也比較趨近于線性，但是比較平緩。第三階段：在這個階段上拔力趨近于穩(wěn)定的狀態(tài)，不再隨上拔位移的增加而變化。從密砂的上拔力與位移關(guān)系曲線圖我們可以得出的結(jié)論是：在起始階段上拔力隨位移呈線性增加，說明上拔力隨位移的變化影響較大，這個階段主要是由于錨板兩側(cè)土體出現(xiàn)局部破壞，使得上拔力隨位移增加出現(xiàn)這樣的線性變化，當(dāng)剪切面貫通時達(dá)到峰值荷載。但是在上拔力達(dá)到峰值時土體會被破壞，這時上拔力會隨位移增加已經(jīng)開始緩慢的下降，當(dāng)位移達(dá)到12.2mm時上拔力與松砂狀態(tài)相當(dāng)。對比軟砂和密砂中錨板位移與上拔力的曲線我們可以得出的結(jié)論是：密砂中錨板的極限上拔力明顯的比松砂中錨板的極限上拔力大，所以在工程中錨板埋置的土體選擇密實的為佳，但是對位移的要求極高，超過一定的位移之后，上拔力不再受土體的影響而趨于相同。所以在慎重考慮土體的情況下，對錨板的位移控制也是極其重要。

圖1　上拔力與錨板位移關(guān)系曲線

圖2　峰值荷載隨埋深率的變化

圖3　破壞系數(shù)隨埋深率的變化

3.2不同埋深率下的峰值點上拔力

如圖2所示，依然采用的是控制變量法的原則，控制錨板的位移不變得出極限上拔力隨埋深率的變化關(guān)系圖。分析圖2的散點圖，在松砂土體中可以分為兩個階段：第一個階段，當(dāng)埋深率在1～4時上拔力與埋深率也是趨于線性增加的，增加速度較快。第二個階段，埋深率4～9之間上拔力隨著埋深率的增加已經(jīng)開始趨于平緩的狀態(tài)。在密砂土體中可以分為三個階段：第一個階段是埋深率在1～3之間，這段曲線也是接近線性變化，但是斜率較低，可見這個階段上拔力隨埋深率的變化是相當(dāng)緩慢的。第二個階段是在3～6，這個階段上拔力隨埋深率的變化幅度較大，可見這個階段上拔力受埋深率影響很大。第三個階段是埋深率在6～9之間，這個階段上拔力隨埋深率依然呈線性變化，但是幅度較之第二階段小，較之第一階段大，但是上拔力依然處于上升的階段。由圖2可知，上拔力受埋深率的影響較大，但是在松砂土體中的影響程度遠(yuǎn)低于在密砂土體中影響，在密砂土體中上拔力在達(dá)到一定的埋深率之后是遠(yuǎn)高于松砂土體的。

3.3不同埋深率下的破壞系數(shù)

在錨板的抗拔承載力的設(shè)計中最重要的是錨板的臨界埋深率。通常情況下，錨板的抗拔承載力會隨著土體的密度增加而增加，由圖1可知。錨板的抗拔承載力隨著錨板的埋深是逐漸增加的，由圖2可知。但是結(jié)合到圖3的破壞系數(shù)圖，我們必須考慮的時我們在考慮到上拔力的時候還應(yīng)該考慮到破壞系數(shù)，所以在錨板埋深度已經(jīng)土體密度的選擇時應(yīng)該慎重考慮，要經(jīng)過精密的計算和對比才能得到最佳的選擇。

4　結(jié)論

本文主要針對影響錨板抗拔性能的兩大因素進(jìn)行研究分析，從而可以得出的結(jié)論是在密砂中埋深率越高上拔力越大，但是埋深率越高并不代表是最佳選擇，要考慮到破壞系數(shù)以及成本，更重要的是要結(jié)合工程的實際狀況，當(dāng)?shù)氐耐馏w可能接受的最大破壞系數(shù)以及是否需要那么大的上拔力等等，結(jié)合這種種的因素我們才能得出最佳的設(shè)計方案。

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