塑料大棚壓膜線地錨抗拉拔性能測試

丁小明+周磊+閆俊月+周長吉+潘守江+尹義蕾+李明

【摘要】塑料大棚是中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施，目前為139萬hm2。在中國南方很多地區(qū)，塑料大棚的抗風能力在很大程度上取決于壓膜線地錨的抗拉拔力，壓膜線和地錨的破壞是造成塑料大棚在風載荷作用下破壞的主要原因之一。所以，風荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是個非常重要的設(shè)計指標。本文以中國塑料大棚常用的地錨為研究對象，研究粘土磚和螺旋地樁在不同埋深、不同土壤壓實度下的抗拉拔性能，研究結(jié)果表明，回填土保證一定的密實度，粘土磚在一定的埋深下，拉拔力能達到1.5 kN以上。而螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN。對于要求拉拔力不大于2 kN的抗風設(shè)計，可以采用經(jīng)濟性較好的粘土磚作為地錨。對于較高的抗風設(shè)計，由于粘土磚本身有極限抗拉強度，應(yīng)采取一定的保護措施，如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式，防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。此外，壓膜線地錨的設(shè)計還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強度，壓膜線地錨的抗拉強度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強度，并留出一定的安全余量。

料大棚是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的主力生產(chǎn)設(shè)施，目前為139萬hm2 [1]。在塑料大棚的設(shè)計中，風荷載作用下壓膜線地錨的抗拉拔力是2個重要的設(shè)計指標。對于壓膜線地錨的設(shè)計，機械行業(yè)標準[2]規(guī)定可采用混凝土基礎(chǔ)或其他固定形式。采用混凝土基礎(chǔ)時，預埋深度不應(yīng)小于30 cm，橫向尺寸不小于8 cm。浙江省地方標準[3]規(guī)定塑料大棚覆膜后采用專用壓膜線，每拱1根，并用螺旋樁、地拉桿等固定。江蘇省地方標準[4]規(guī)定膜線間距不大于1.6 m，兩端用地錨固定。北京市農(nóng)林科院蔬菜所大棚組[5]采用8號鉛絲拴在磚上當?shù)劐^，磚放平埋入地下50～60 cm，上面夯實，以兩人用力拉不出來為準。把8號或10號鉛絲拴在地錨上，效果很好。汪士尚[6]認為塑料壓膜線拴系在塑料大棚兩側(cè)的直徑為12 mm中碳鋼制成的螺旋形地樁上，即可壓緊棚膜，又能部分地平衡和承受風載對大棚產(chǎn)生的引力，對大棚骨架起錨固作用。黎蘭獻等[7]認為壓膜線打樁鐵樁固定，采用長50～60 cm、直徑2～3 cm的鐵條，上部做彎鉤，下部插入地里。另有一種專門的壓膜鉤，一個鐵鉤插入一個承重的磚塊。在上海、江蘇和浙江一帶，一般采用圓鋼與鐵板焊制而成的螺旋地樁，螺旋地樁由Ф10 mm圓鋼組成。在上海地區(qū)，地樁長30 cm或40 cm；在江蘇地區(qū)地樁大多長45 cm，另一種形式為60 cm。地樁直接旋轉(zhuǎn)插入土壤中，對于較難插入的地樁，再用管件作為輔助工具旋轉(zhuǎn)插入。螺旋地樁安裝后，再用鋼管或低碳鋼絲與螺旋地樁固定，壓膜線拴系在鋼管或低碳鋼絲上。優(yōu)點是施工和拆卸方便，缺點是使用3～5年后，容易生銹，失去地錨作用。云南地區(qū)的典型做法主要是用角鋼插入地下40～50 cm，壓膜線直接與角鋼連接。滄州溫室制造廠制作的塑料大棚壓膜線地錨，用8號低碳鍍鋅鋼絲拴系在1塊或2塊粘土磚上，然后將其埋入深40 cm的土中?，F(xiàn)有文獻對壓膜線地錨的描述僅限于定性描述階段，缺少必要的定量數(shù)據(jù)，為設(shè)計帶來不便。本文將針對拱桿基礎(chǔ)和壓膜線地錨設(shè)計了不同埋深、不同基礎(chǔ)形式的抗拉拔力試驗，為塑料大棚風荷載設(shè)計提供參考。

拉拔力試驗

影響拉拔力數(shù)值大小的重要影響因素，一是土層抗壓強度，受到拉拔力作用時，土壤在地錨埋入部分圓周方向?qū)ν翆佑袛D壓擴張力，當土層抗壓強度較低時，土層局部被擠壓破壞，故較容易被拔出；當土層抗壓強度較高時，土層局部未被擠壓破壞或破壞較輕，使根部的擠壓擴張力得以維持，該擠壓擴張力使得地錨與土層之間的摩擦力增大，故不容易被拔出，土層抗壓強度高時拉拔力也高。本文要試驗驗證不同強度土與最大拉拔力的關(guān)系，采用貫阻力值描述土層強度。二是埋設(shè)深度，埋設(shè)的深淺對拉拔力應(yīng)有較大的影響，目前的埋設(shè)深度大多集中在30～50 cm之間。埋設(shè)的深淺對拉拔力有較大影響，目前的埋設(shè)深度大多集中在3～45 cm之間，試驗設(shè)計從30 cm埋設(shè)深度開始，做到埋設(shè)深度50 cm為止。目前壓膜線地錨有2種方式，一種是利用鍍鋅低碳鋼絲拴系石塊或粘土磚的形式，另一種就是專用的螺旋地樁。分別驗證2種不同地錨方式對拉拔力的影響。試驗用的燒結(jié)普通磚為粘土磚，尺寸為240mm×115 mm×53 mm。埋深深度指粘土磚和混凝土塊下表面距離土層表面的距離。

試驗儀器

用錨桿拉拔儀（圖1）進行錨桿拉拔試驗。動力為液壓油缸，可以將埋在土壤中的地錨拉拔出來，并記錄最大力。

填土密實度現(xiàn)場檢測儀，用于檢測回填土的干密度和均勻性，可取代環(huán)刀法灌沙灌水法全方位地檢查填土質(zhì)量。電子智能填土密實度監(jiān)測儀技術(shù)指標：測量范圍：0～1000 N；測試深度：0～30 cm；被測介質(zhì)：碾壓后的各種回填土、粘土、砂土、混合土；相應(yīng)測試結(jié)果：填土的干容重、土的壓實系數(shù)；精度：≤0.5%；儀器重量：3 kg。

試驗方法

鍍鋅鋼管澆砼埋深拉拔力試驗，將不同澆灌砼方式的鍍鋅鋼管埋深40、50 cm，分不同的夯實力，進行拉拔力試驗。螺旋地樁埋深拉拔力試驗，將螺旋地樁埋入土壤中，分不同的夯實力，進行拉拔力試驗。粘土磚埋深拉拔力試驗，將2種不同拴系規(guī)格的粘土磚埋入不同埋深，分不同的夯實力，進行拉拔試驗。

壓膜線地錨抗拉拔力試驗結(jié)果分析

以粘土磚為地錨的測試結(jié)果

壓膜線地錨用磚時的測試結(jié)果見表1。根據(jù)表1繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。

試驗結(jié)果表明，拉拔力與貫阻力值成線性關(guān)系，從線性回歸方程看，線性關(guān)系較好。另外，隨著埋設(shè)深度的增大，拉拔力逐漸增大。但有一點需要指出，粘土磚有一定的抗拉強度，當抗拔力超過粘土磚的抗拉強度時，粘土磚會被拉斷。所以，對于一定規(guī)格的粘土磚，并不是埋得越深，抗拉拔力越大，埋設(shè)深度到一定深度后，該值將達到一極限值。從圖2可以看出，2條擬合線隨著貫入力值的增加最終相交，此時，粘土磚被拉斷，抗拉拔力達到最大值。根據(jù)圖2擬合所得線性回歸公式計算，當貫入力值為85 N時，抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN。

以螺旋地樁為地錨的測試結(jié)果

壓膜線地錨用螺旋地樁時的測試結(jié)果見表2。根據(jù)表2繪制出最大拉拔力隨貫入力值的變化圖。由圖3可知，以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力隨著貫入力的增大而線性增大。根據(jù)回歸公式計算，當貫入力值為85 N時，抗拉拔力僅為0.53 kN。

由圖4可見，以粘土磚和螺旋地樁為壓膜線地錨的測試結(jié)果表明，壓膜線地錨的抗拉拔力與貫入力成線性關(guān)系。目前工程上常用的2種壓膜線地錨，以粘土磚為地錨的抗拉拔力明顯高于以螺旋地樁為地錨的抗拉拔力。根據(jù)擬合線性回歸方程，當貫入力值為85 N時，前者抗拉拔力分別為1.69、1.93 kN，而后者僅為0.53 kN。以粘土磚為壓膜線地錨的最大抗拉拔力不僅取決于埋設(shè)深度、貫入力值，還取決于粘土磚本身的抗拉強度，以粘土磚為壓膜線地錨的極限抗拉拔力值發(fā)生在粘土磚被拉斷時。

結(jié)論與建議

對于塑料大棚壓膜線地錨，回填土保證一定的密實度，粘土磚在一定的埋深下，拉拔力能達到1.5 kN以上。但目前工程中用的螺旋地樁的抗拉拔力一般只有0.5 kN，對于需要抗風較大的地區(qū)，螺旋地樁不是很好的選擇，雖然可以通過增加螺旋地樁的截面積提高抗拉拔力，但增加截面積又增加了旋入的工程難度，應(yīng)綜合加以考慮。此外，螺旋地樁在旋入的過程中，會破壞螺旋地樁表面的防銹漆，螺旋葉片失去防銹保護，使用壽命大大降低。根據(jù)試驗結(jié)果，2種不同的地錨方式抗拉拔力值的參考值見表3。對于要求拉拔力不大于2 kN的抗風設(shè)計，可以采用經(jīng)濟性較好的粘土磚作為地錨。對于較高的抗風設(shè)計，由于粘土磚本身有極限抗拉強度，應(yīng)采取一定的保護措施，如在粘土磚與鋼絲接觸面增加墊片等方式，防止粘土磚被鍍鋅低碳鋼絲拉斷。壓膜線地錨的設(shè)計還應(yīng)考慮壓膜線的抗拉強度，壓膜線地錨的抗拉強度應(yīng)大于壓膜線的抗拉強度，并留出一定的安全余量?，F(xiàn)場試驗表明，回填土壓實不用專業(yè)工具，直接踩實，以粘土磚為地錨也能保證1.5kN以上的抗拉拔力。

參考文獻

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*項目支持：國家標準《種植塑料大棚工程技術(shù)規(guī)范》項目。