杨德志，张金锋，李林，邹本为，尹雪超，程鑫，苏金龙
（1.国网宣城供电公司，安徽 宣城 242000；2.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 230022；3.安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230022)
0 概述
输电线路岩石锚杆基础适用于岩性较好的地基，且抗拔承载性能高。锚杆基础减少了混凝土用量和土石方开挖量，同时降低了水泥、砂石、钢筋及弃土运输量，多用于山区输电线路工程，是一种机械化程度高、资源节约、环境友好的基础形式[1～4]。
为进一步推进基建标准化建设，贯彻“两型三新”输电线路建设要求，在110～220kV输电线路通用设计铁塔部分的基础上，依据行业规程，借助锚杆基础通用设计理念，结合岩石锚杆基础相关专项研究成果，开展输电线路岩石锚杆基础标准化应用研究，内容主要包括岩土条件、基础作用力、基础型式、锚杆间距、基础露头高度等关键参数分类分级原则和主要设计参数取值、试验研究、工程应用及效益分析等[5]。
1 岩土参数组合
根据《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219）和《架空输电线路岩石基础技术规定》（Q/GDW11333）中规定的细石混凝土与岩石间的黏结强度τb、岩石等代极限剪切强度τs取值范围，将二者组合，分别对42组参数组合进行试算，计算结果见图1所示。由图1可以看出，不同上拔力作用下，锚筋长度随着地质参数组合的变化逐渐趋于稳定，取锚筋长度相对稳定时对应的地质参数取组合为合理值。
图1 地质参数组合与锚筋长度关系曲线（1.0m露头）
实际工程中，未风化和微风化岩石地基较少，因此取消对应的地质参数组合。根据试算，220kV及以下输电线路，当 τb=400kPa、τs=40kPa 时岩石锚杆基础按最小构造长度基本可满足要求。为增加地质参数的适用范围，且兼顾后续（500（750）kV）及以上地质参数组合需要，地质参数上限取值为τb=600kPa、τs=60kPa。
岩石等代极限剪切强度不属于岩石地基物理力学参数，无法通过常规地质勘察获取，一般需要根据试验结果反算得到[5～7]。相关科研单位先后开展了大量岩石锚杆基础现场试验研究，分析得到岩石等代极限剪切强度取值范围，该成果已被行业标准《架空输电线路锚杆基础设计规程》（DL/T 5544-2018）采用。当缺少试验数据且无条件进行现场试验时，可参照《架空输电线路锚杆基础设计规程》（DL/T 5544-2018）相关规定确定τs的取值。
考虑到实际工程中锚杆基础一般应用在岩石条件较好的塔位，故取τb=250 kPa、τs=25 kPa 组合为下限。
按 DL/T 5219、DL/T 5544-2018 等规程规定，根据试算结果，并兼顾与500（750）kV）及以上电压等级地质参数组合衔接，共得到地质参数组合6组，确定锚杆基础标准化设计组合参数见表1。
岩石锚杆基础标准化设计参数组合 表1
2 基础作用力划分
依据《国家电网公司输变电工程通用设计（110～220kV输电线路分册）》（2011版）铁塔通用设计，统计分析基础作用力大小的分布规律，从而划分基础作用力范围并确定荷载计算步长。
对铁塔通用设计中的各个子模块中直线塔塔型基础作用力进行统计分析，通过对比分析直线塔上拔力分布频率与累积分布图，得出各电压等级条件下涵盖90%的直线塔基础上拔力的主要分布范围（图2示例）。
针对110、220kV电压等级的输电线路直线塔基础上拔力采用不同的分级步长 ：100～600kN 为 50kN、600～1000kN为100kN，其中110kV直线塔基础上拔力划分为11种，220kV直线塔基础上拔力划分为4种，下压力取上拔力的130%，水平力取上拔力的14%。
图2 110kV～220电压等级的直线塔上拔力分布频率图、累计分图（示例）
对输电线路杆塔通用设计中的各子模块中转角塔塔型的基础作用力进行统计分析，得出各电压等级条件下的转角塔基础上拔力的主要分布范围，如表2所示。110kV转角塔基础上拔力划分为7种，220kV转角塔基础上拔力划分为4种，下压力取上拔力的130%，水平力取上拔力的19%。
直线塔（Ⅰ型转角塔）基础上拔力范围 表2
3 设计方法与参数取值
3.1 设计方法
按照机械化施工的要求，在满足承载力要求的前提下，以本体造价最小为优选目标进行岩石锚杆基础设计。计算方法依照《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T5219）及《架空输电线路锚杆基础设计规程》（DL/T 5544）执行，岩石锚杆基础上部结构按照《混凝土结构设计规范》（GB 50010）相关要求进行配筋计算。
3.2 主要设计参数取值
依据规程、结合通用设计成果，针对锚杆基础其他主要设计参数进行归纳总结，如表3所示。
4 试验研究
4.1 单锚、群锚验证试验
开展了不同锚固深度的单锚基础现场验证试验，研究单锚基础的抗拔承载性能与锚筋的应力分布规律及有效传递范围，并验证锚杆临界锚固长度及a、b参数取值的合理性；进行5组群锚（2×2）上拔工况静载试验，不考虑偏心，锚筋埋入岩体内的锚固长度为3.0m，统一取值，仅改变锚杆间距2D～6D，典型的试验结果见表4所示。
①分析表4中的数据，锚杆长度为1m、2m的单锚基础均出现锚固体-岩体界面出现滑移破坏，即发生b破坏；锚杆长度为3m～6m/1m的单锚基础均发生锚筋拉断破坏。根据以往工程经验，结合相关规范中锚入岩层中锚杆的锚固长度取值建议以及现场施工工艺，进一步表明：110kV～220kV输电线路岩石锚杆基础标准化设计锚杆的最小锚固长度取3m，最大锚固长度不大于6m是可靠的，合理的。
图3 小荷载条件下岩石群锚基础现场上拔试验
②典型的试验结果表明，当锚杆间距为2D～6D时，试验基础均发生锚筋拉断破坏。由此可见，承台式锚杆基础锚杆间距按不小于4D取值、直锚式锚杆间距取地螺小根开，锚杆间距b=160mm～280mm（b=1.8 D ～2.4D）是合理的。
4.2 复合式岩石锚杆基础现场真型试验
根据皖南地区山区线路工程特点，结合以往宣城地区复合锚杆基础真型试验相关成果，针对扩大应用示范工程，选择典型的岩石锚杆试验场地对强～中等风化泥质砂岩地质条件下单锚和复合式锚杆基础进行设计和试验研究，验证勘察设计成果正确性和扩大应用的可行性，并进一步扩展和确定复合式锚杆基础在皖南地区线路工程中的适用范围，为标准化设计成果推广应用创造条件。
图4 皖南山区典型岩石条件复合式（掏挖、直柱、板柱）锚杆基础试验
①当锚固深度大于2m时，锚筋类别为HRB400、Φ36的单锚基础的上拔破坏模式为锚筋拔断，极限承载力为440kN；锚筋类别为 HRB500、Φ40的单锚基础的上拔破坏模式为锚桩拔出，极限承载力为540～760kN，极限承载力是试验的破坏值，设计承载力为理论计算值，两者较吻合。岩石锚杆基础的锚筋材料推荐采用高强螺纹钢筋。
②2×2式承台式群锚上拔破坏模式为锚桩拔出，极限承载力为2560kN～2720kN；3×3式承台式群锚的上拔破坏模式为锚桩拔出，极限承载力为4320kN～6120kN，极限承载力和设计承载力两者较吻合。
③锚筋的有效应力传递范围近似为岩石地表以下2.5m，锚筋锚固深度宜为4m左右。
5 成果应用及效益分析
①110kV～220kV岩石锚杆基础标准化计中直锚式和承台式设计成果按照统一规定归并方式，共计形成67张图纸、275个基础，成品已编入《国家电网公司输变电工程通用设计输电线路岩石锚杆基础分册》（2017年版），并纳入《标准化建设成果（35kV～750kV输变电工程通用设计、通用设备）应用目录（2018年版）发布执行。
②研究成果在依托工程安徽宣城上庄风电场升压站-雄路变110kV线路中应用承台式岩石锚杆基础3基，与常规施工条件下掏挖、挖孔桩基础相比，分别节约造价1.68万元、6.87万元，效益显著。
③研究成果在示范工程安徽宣城河沥-梓山220kV线路工程应用复合式岩石锚杆基础36基。基于河沥-梓山示范工程边界条件进行效益分析，经测算，岩石锚杆基础与山区常用挖孔类基础相比，在不考虑相关管理取费、专项勘察、检测及锚杆钻机安拆及场外运费前提下，岩石锚杆基础方案依据现行线路机械化施工补充定额，两类基础方案工程本体造价基本相当。这是国网首次进行岩石锚杆规模化、批量化示范应用，践行了绿色发展理论，对完善岩石锚杆基础勘察设计、施工、检测及后续进一步扩大应用积累经验。
④结合安徽宣城河沥-梓山220kV线路扩大应示范工程实践，及时总结输电线路岩石锚杆基础勘测技术要点，积极申报《220kV及以下输电线路岩石锚杆基础勘察技术规程》企标与团标，为更好推广扩大应用岩石锚杆奠定坚实基础。
岩石锚杆基础主要设计参数取值[5,8] 表3
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岩石单锚、群锚基础静载试验结果 表4
⑤与常规山区挖孔类基础相比，岩石锚杆基础综合效益显著：采用轻小型锚杆机钻孔，工艺先进，避免了挖孔和扩底施工，能大幅降低施工安全风险，提升山区线路施工机械化水平；机械钻机成孔便捷，能缩短施工周期40%以上；大幅减少基面的开方和基础挖方，施工基面小、混凝土用量少，弃渣少，减少了对山区原始地貌的破坏，有利于植被及生态环境保护，环保效益显著。
6 结论
本文基于小荷载条件下岩石锚杆基础通用设计技术的研究成果，结合现行规程和岩石锚杆相关专项课题研究内容，开展110kV～220kV输电线路岩石锚杆基础标准化设计，并依托工程对基础标准化成果开展试点应用和扩大示范应用，结果表明110kV～220kV输电线路中应用岩石锚杆基础安全、经济、环保。岩石锚杆基础是输电线路岩石类地基宜优先选用的基础形式。
