论文部分内容阅读
摘要：某工程项目位于山顶，场地情况较为复杂，无法大面积开挖且材料转运困难。本文通过结合现场实际情况，比对传统锚杆方案，确认采用了自锁锚杆方案，介绍了受力分析以及模型计算的过程，最后通过经验总结给出了合理的基础选型的方案、注意事项、塔基应用前景等，为以后相似类型的铁塔基站建设提供了设计参考。
关键词：山区；自锁锚杆；基础设计；应用
1、工程概况
1.1 场景介绍
本工程位于某地风景区山顶处，相对平地高度约210m。场地表面基岩外露，呈青灰色，岩石裂隙发育不发达、较为完整，初步判断开挖难度较大。由于山路崎岖，部分路段坡度较为陡峭，大型工程车辆进场较困难，而且山路只能到达离拟建场地约0.8公里处，剩余路段为灌木丛，仅能勉强徒手步行至拟建场地，因此，施工机械、施工材料无法到达，需通过搭设脚手架等方式来进行二次转运。建设方及业主要求有：在此新建35m四角信号监测塔及建筑面积不少于60㎡的景观机房、尽量减少基础工程量，附属工程以降低造价、尽量减少对景区原有地貌的破坏。
1.2 地质条件
根据某地勘单位提供的地勘报告，本基站岩土层可分为3层，自地表向下依次为：①残积土；强风化岩；中风化岩，该层未穿透；根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[1]的规定，拟建区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，所属的设计地震分组为第三组。该场地土2.0米厚度范围内的等效剪切波速为275m/s左右；该场地覆盖层厚度小于2.0米，据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010判定，该场地土为中硬土，根据等效剪切波速和覆盖层厚度，可以确定拟建区建筑场地类别为Ⅰ1类建筑场地。具体地质条件参数和柱状图详见表1-1、图1-2。
2、基础方案比选
2.1 数据对比分析
课题小组成员通过对自锁锚杆的研究，发现与传统锚杆相比，自锁锚杆更适合应用于本工程设计当中。它的优点有：工程量降低明显，施工成本降低34%左右且塔型越高造价降低越明显；自锁锚杆中除了砂浆的粘结还有了锚头的物理锁定，大大提高了锚杆抗拔可靠性；同等孔径、孔深条件下，自锁锚杆比传统锚杆理论抗拔值提高约2倍，安全储备余量充足。由此可见，自锁锚杆可以更小的工程量来达到更大安全效果，正好减少了施工材料搬运的工程量，故本工程设计采用自锁锚杆方案。
2.2自锁锚杆施工工艺
其先在岩石层中用普通钻头钻孔至设计深度，然后改用扩孔钻头将孔底扩展成锥形，再将安装有锚头的锚杆插入孔中，最后在轴压力的作用下使锚头张开实现自锁并灌入无机粘结浆料。工艺流程主要分为：钻直孔→扩孔→清孔→自锁锚杆制作安装→注浆→拉拔试验→验收及资料整理。与传统锚杆相比工艺流程多了一个扩孔、锚杆扩胀完成自锁的过程，也是自锁锚杆施工的核心部分，所以务必确保满足施工工艺，从而发挥出其强大的抗拔性能。
3、自鎖锚杆设计
3.1基础选型
本工程拟建35米四角塔（图3-1 b），考虑到进场施工比较困难，因此设计时需考虑在确保安全的前提下，尽量减少工程量，以降低施工难度和造价。因此对于塔基的选型做了全面对比，方案2选用筏板基础（图3-1 c），该方案虽然从设计上来说确保了塔基安全，但是不适用于现场实际情况，该方案混凝土方量达到70m3、钢筋使用量达到3.5t、开挖土石方约95m3左右，且开挖石方需要转运出场外，综上所述该方案仅考虑到了基础的安全性，未考虑到现场实际施工的可行性。后来经过小组成员讨论决定采用方案1，柱下独立基础配合自锁锚杆再用联系梁将四个塔脚连接以增加基础的整体刚度（图3-1 a）。经过测算该方案混凝土方量仅有45m3，钢筋使用量仅为2.6t，与方案2相比各方面工程量降低明显，大大减少了施工难度和相关施工造价，因此，本工程最终方案选用方案1。
3.2受力分析与计算
根据对自锁锚杆的研究，本工程自锁锚杆主要受拉伸荷载和剪切荷载共同作用。因此需要验算锚杆的抗拔承载力和抗剪承载力，根据铁塔资料可知塔脚内力标准值：弯矩Mk=1612KN.m，剪力VK=109KN，轴力N=198KN，单个塔脚反力标准值：下压力NP=131KN，上拔力：Nt=97，水平力NV=65KN。
3.2.1抗拔承载力验算；
本工程选用12根型号为JYM830-32的普通螺纹钢筋作为锚杆，植入中风化岩石深度为3m，根据本次实验结果可知单根锚杆抗拔承载力特征值为295KN>单根塔脚上拔力=97KN。故单个塔脚抗拔承载力满足要求；
3.2.2抗剪切验算；
锚杆所受剪切力是山区边坡地形产生滑移趋势造成的，根据《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》YD/T5131-2005-7.4.6[2]并加以推导可知满足下式即可：
[N+G?u+RV?nH≥1.3]，
其中查阅《钢结构设计规范》GB50017-2003[3]中的表3.4.1-1可知：RV=170N/㎜2，查阅《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002[4]中表6.6.5-1可得，u=0.65；取n=5，带入上式可得：[（97+250）·cos15°-65′sin15°]· 0.65+4· 136/（97+250）·sin15°+65·sin15°=1.41>1.3。仅需4根钢筋即可满足基础抗滑移稳定，可知本工程锚杆钢筋数量远远大于抗滑移要求。到这里抗拔自锁锚杆内力计算基本完成，最终方案图纸详见图3-2。
4、结论与建议
4.1自锁锚杆的运用可以有效降低工程造价以及储存更多的安全余量；
4.2地质参数的优劣决定了自锁锚杆的实际抗拔性能，因此运用工程中时，实际抗拔性能以现场拉拔实验为准。
4.3在设计初期无锚杆实验参数且对当地经验不足时，为保证结构安全，建议锚杆承载力大小确定取较大抗拔刚度，对底板配筋设计时取较小抗拔刚度值。
参考文献：
[1] GB50011-2010， 建筑抗震设计规范[S].
[2]YD/T5131-2005， 移动通信工程钢塔桅结构设计规范[S].
[3]GB50017-2003， 钢结构设计规范[S].
[4]GB50007-2002， 建筑地基基础设计规范[S].
关键词：山区；自锁锚杆；基础设计；应用
1、工程概况
1.1 场景介绍
本工程位于某地风景区山顶处，相对平地高度约210m。场地表面基岩外露，呈青灰色，岩石裂隙发育不发达、较为完整，初步判断开挖难度较大。由于山路崎岖，部分路段坡度较为陡峭，大型工程车辆进场较困难，而且山路只能到达离拟建场地约0.8公里处，剩余路段为灌木丛，仅能勉强徒手步行至拟建场地，因此，施工机械、施工材料无法到达，需通过搭设脚手架等方式来进行二次转运。建设方及业主要求有：在此新建35m四角信号监测塔及建筑面积不少于60㎡的景观机房、尽量减少基础工程量，附属工程以降低造价、尽量减少对景区原有地貌的破坏。
1.2 地质条件
根据某地勘单位提供的地勘报告，本基站岩土层可分为3层，自地表向下依次为：①残积土；强风化岩；中风化岩，该层未穿透；根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[1]的规定，拟建区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，所属的设计地震分组为第三组。该场地土2.0米厚度范围内的等效剪切波速为275m/s左右；该场地覆盖层厚度小于2.0米，据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010判定，该场地土为中硬土，根据等效剪切波速和覆盖层厚度，可以确定拟建区建筑场地类别为Ⅰ1类建筑场地。具体地质条件参数和柱状图详见表1-1、图1-2。
2、基础方案比选
2.1 数据对比分析
课题小组成员通过对自锁锚杆的研究，发现与传统锚杆相比，自锁锚杆更适合应用于本工程设计当中。它的优点有：工程量降低明显，施工成本降低34%左右且塔型越高造价降低越明显；自锁锚杆中除了砂浆的粘结还有了锚头的物理锁定，大大提高了锚杆抗拔可靠性；同等孔径、孔深条件下，自锁锚杆比传统锚杆理论抗拔值提高约2倍，安全储备余量充足。由此可见，自锁锚杆可以更小的工程量来达到更大安全效果，正好减少了施工材料搬运的工程量，故本工程设计采用自锁锚杆方案。
2.2自锁锚杆施工工艺
其先在岩石层中用普通钻头钻孔至设计深度，然后改用扩孔钻头将孔底扩展成锥形，再将安装有锚头的锚杆插入孔中，最后在轴压力的作用下使锚头张开实现自锁并灌入无机粘结浆料。工艺流程主要分为：钻直孔→扩孔→清孔→自锁锚杆制作安装→注浆→拉拔试验→验收及资料整理。与传统锚杆相比工艺流程多了一个扩孔、锚杆扩胀完成自锁的过程，也是自锁锚杆施工的核心部分，所以务必确保满足施工工艺，从而发挥出其强大的抗拔性能。
3、自鎖锚杆设计
3.1基础选型
本工程拟建35米四角塔（图3-1 b），考虑到进场施工比较困难，因此设计时需考虑在确保安全的前提下，尽量减少工程量，以降低施工难度和造价。因此对于塔基的选型做了全面对比，方案2选用筏板基础（图3-1 c），该方案虽然从设计上来说确保了塔基安全，但是不适用于现场实际情况，该方案混凝土方量达到70m3、钢筋使用量达到3.5t、开挖土石方约95m3左右，且开挖石方需要转运出场外，综上所述该方案仅考虑到了基础的安全性，未考虑到现场实际施工的可行性。后来经过小组成员讨论决定采用方案1，柱下独立基础配合自锁锚杆再用联系梁将四个塔脚连接以增加基础的整体刚度（图3-1 a）。经过测算该方案混凝土方量仅有45m3，钢筋使用量仅为2.6t，与方案2相比各方面工程量降低明显，大大减少了施工难度和相关施工造价，因此，本工程最终方案选用方案1。
3.2受力分析与计算
根据对自锁锚杆的研究，本工程自锁锚杆主要受拉伸荷载和剪切荷载共同作用。因此需要验算锚杆的抗拔承载力和抗剪承载力，根据铁塔资料可知塔脚内力标准值：弯矩Mk=1612KN.m，剪力VK=109KN，轴力N=198KN，单个塔脚反力标准值：下压力NP=131KN，上拔力：Nt=97，水平力NV=65KN。
3.2.1抗拔承载力验算；
本工程选用12根型号为JYM830-32的普通螺纹钢筋作为锚杆，植入中风化岩石深度为3m，根据本次实验结果可知单根锚杆抗拔承载力特征值为295KN>单根塔脚上拔力=97KN。故单个塔脚抗拔承载力满足要求；
3.2.2抗剪切验算；
锚杆所受剪切力是山区边坡地形产生滑移趋势造成的，根据《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》YD/T5131-2005-7.4.6[2]并加以推导可知满足下式即可：
[N+G?u+RV?nH≥1.3]，
其中查阅《钢结构设计规范》GB50017-2003[3]中的表3.4.1-1可知：RV=170N/㎜2，查阅《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002[4]中表6.6.5-1可得，u=0.65；取n=5，带入上式可得：[（97+250）·cos15°-65′sin15°]· 0.65+4· 136/（97+250）·sin15°+65·sin15°=1.41>1.3。仅需4根钢筋即可满足基础抗滑移稳定，可知本工程锚杆钢筋数量远远大于抗滑移要求。到这里抗拔自锁锚杆内力计算基本完成，最终方案图纸详见图3-2。
4、结论与建议
4.1自锁锚杆的运用可以有效降低工程造价以及储存更多的安全余量；
4.2地质参数的优劣决定了自锁锚杆的实际抗拔性能，因此运用工程中时，实际抗拔性能以现场拉拔实验为准。
4.3在设计初期无锚杆实验参数且对当地经验不足时，为保证结构安全，建议锚杆承载力大小确定取较大抗拔刚度，对底板配筋设计时取较小抗拔刚度值。
参考文献：
[1] GB50011-2010， 建筑抗震设计规范[S].
[2]YD/T5131-2005， 移动通信工程钢塔桅结构设计规范[S].
[3]GB50017-2003， 钢结构设计规范[S].
[4]GB50007-2002， 建筑地基基础设计规范[S].