雅礱江錦屏一級水電站預(yù)應(yīng)力錨索試驗研究

羅永葵 程超元 趙志強(qiáng)

(1.四川準(zhǔn)達(dá)巖土工程有限責(zé)任公司 四川成都 610072)

(2.四川省威成工程技術(shù)開發(fā)有限公司 四川成都 610036)

1 概述

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)的雅礱江干流上的普斯羅溝峽谷段,電站由擋水、泄洪及消能、引水發(fā)電等建筑組成。根據(jù)錦屏一級水電站邊坡存在的深部卸荷、深部裂縫及斷層、邊坡高陡等復(fù)雜的工程地質(zhì)條件,設(shè)計擬采取預(yù)應(yīng)力錨索加固支護(hù)措施,為了使預(yù)應(yīng)力錨索加固支護(hù)效果滿足邊坡開挖施工期和運(yùn)行期的安全穩(wěn)定要求,須對采用預(yù)應(yīng)力錨索加固支護(hù)的邊坡進(jìn)行錨索試驗。試驗部位選擇在左岸導(dǎo)流洞出口部位邊坡。針對該部位的大理巖及深部裂縫等不利地質(zhì)條件進(jìn)行錨型對比預(yù)應(yīng)力錨索試驗。

2 試驗?zāi)康?/h2>

錨索試驗?zāi)康闹饕獮?通過對各類型錨索特性對比,確定錦屏一級電站錨索施工的錨索型式。

3 試驗錨索的形式結(jié)構(gòu)

根據(jù)工程邊坡加固的需要,結(jié)合試驗部位工程地質(zhì)條件,選擇拉力型預(yù)應(yīng)力錨索 (以下簡稱“拉力型”)、自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索 (以下簡稱“單孔多錨頭防腐型”)兩種型式進(jìn)行錨固對比試驗。

3.1 拉力型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

拉力型錨索結(jié)構(gòu)見圖1。錨固段鋼絞線須剝?nèi)E護(hù)套并清洗干凈后將其綁扎成紡錘形,自由段鋼絞線保留PE護(hù)套。

3.2 自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)

自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)見圖2。該錨索主要由導(dǎo)向帽、單錨頭、錨板、注漿管、高強(qiáng)低松弛無粘結(jié)鋼絞線等組成,具有克服錨固段應(yīng)力集中、有效防腐、有效減小孔徑、全孔一次注漿、可進(jìn)行二次補(bǔ)償張拉等特點(diǎn)。

4 試驗錨索參數(shù)設(shè)計(表1)

表1 試驗錨索參數(shù)對照表

5 拉力型錨索與單孔多錨頭防腐型錨索的特性對比分析

5.1 錨固段應(yīng)力測試特性

圖1 拉力型錨索結(jié)構(gòu)示意圖(無粘結(jié)鋼絞線)

圖2 自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

為對比拉力型錨索與單孔多錨頭防腐型錨索的錨固段應(yīng)力分布特性,科學(xué)合理選擇錨固體系類型,對 F3-2、L 3錨索進(jìn)行了錨固段應(yīng)力測試。F3-2錨索為單孔多錨頭防腐型錨索,3000kN級,孔徑Φ180mm,孔深80m;L3錨索為拉力型錨索,3000kN級,孔徑Φ180mm,孔深 80m,錨固段長度 13m。

1)錨固段應(yīng)力測試結(jié)果

(1)單孔多錨頭防腐型錨索

在荷載為3000kN時,單孔多錨頭防腐型錨索F3-2的錨固段應(yīng)力測試結(jié)果見表2、圖3。

表2 荷載為3000kN時F3-2錨索的錨固段應(yīng)力測試情況表

圖3 單孔多錨頭防腐型錨索F3-2錨固段應(yīng)力分布(3000kN)

(2)拉力型錨索

在荷載為3000kN時,拉力型錨索L 3的錨固段應(yīng)力測試結(jié)果見表3、圖4。

圖4 拉力型錨索L3錨固段應(yīng)力分布(3000kN)

表3 荷載為3000kN時L3錨索的錨固段應(yīng)力測試情況表

2)應(yīng)力特性對比分析

從圖3、圖4可知:

(1)拉力型錨索L 3的錨固段在0～0.4m內(nèi)的應(yīng)力測試元件無數(shù)據(jù)顯示,說明該處附近水泥結(jié)石體發(fā)生了破壞,導(dǎo)致應(yīng)力測試元件損壞。拉力型錨索錨固段的這種“各個擊破”現(xiàn)象,與紫坪鋪水利樞紐工程錨索試驗及瀑布溝水電站預(yù)應(yīng)力錨索試驗成果相一致。

(2)單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索則避免了錨固結(jié)石體的破壞。

綜上所述,自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索錨固段的應(yīng)力特性優(yōu)于拉力型錨索錨固段的應(yīng)力特性。

5.2 錨索防腐特性比較

(1)拉力型錨索

由于拉力型錨索錨固段存在的“各個擊破”現(xiàn)象,鋼絞線“暴露”,其被地下水腐蝕將難以避免。

(2)自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索

自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索為單孔多錨頭防腐型結(jié)構(gòu),單錨頭密封套組件(內(nèi)部充填滿專用防腐脂)與無粘結(jié)鋼絞線 PE套一起構(gòu)成了阻水效果十分良好的防滲體系,使鋼絞線免遭外界侵蝕,有效地解決錨索防腐問題。

①采用高強(qiáng)無粘結(jié)鋼絞線,鋼絞線為防腐油脂敷裹后用 PE套包裹,使得錨索鋼絞線不與 PE套外的水泥結(jié)石直接接觸,從而免遭外界侵蝕。

②為避免地下水從端頭對鋼絞線進(jìn)行侵蝕,對錨固段鋼絞線端頭進(jìn)行密封防護(hù)。

③采用高標(biāo)號水泥及孔口阻塞、全孔一次有壓注漿技術(shù),形成的水泥結(jié)石體的抗壓強(qiáng)度、結(jié)石密實(shí)度、抗?jié)B性等性能指標(biāo)較高,有利于預(yù)應(yīng)力錨索的防腐。

6 錨索型式推薦

6.1 預(yù)應(yīng)力錨索的發(fā)展趨勢

當(dāng)前,預(yù)應(yīng)力錨索的防腐及應(yīng)力集中問題已引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視。國外對預(yù)應(yīng)力錨索的防腐已有研究成果,多段式防腐錨索已越來越多地用于巖土工程施工中。因此,選擇和使用具有改善錨固段應(yīng)力集中、有效防腐等性能特點(diǎn)的錨索已成為預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展的必然趨勢。

6.2 自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索特點(diǎn)

(1)自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索為單孔多錨頭防腐型結(jié)構(gòu),每組錨頭分別承擔(dān)一定荷載,克服了傳統(tǒng)錨索荷載作用在一組錨頭上的不利現(xiàn)象,應(yīng)力分布狀況為拉壓復(fù)合型,總錨固力沿錨固段長度分布,改善了應(yīng)力分布狀況和圍巖的受力條件,避免了傳統(tǒng)拉力型錨索內(nèi)錨頭產(chǎn)生應(yīng)力集中引起的銹蝕,對長效錨固起到了重要作用。

(2)自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索的單錨頭密封套組件與無粘結(jié)鋼絞線PE套一起構(gòu)成了較好的防滲體系,使鋼絞線免遭外界侵蝕,有效地解決了錨索防腐問題。該錨索可在 PE套內(nèi)自由伸縮,采用全孔一次注漿后再進(jìn)行張拉,并可在后期進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

(3)自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索的單孔多錨頭結(jié)構(gòu),對復(fù)雜及軟弱地層適應(yīng)性強(qiáng),可根據(jù)工程地質(zhì)特性和錨索噸位大小進(jìn)行選擇,使制作成的錨索體的外徑較小,且滿足錨固段圍巖地質(zhì)條件及錨固力對錨孔孔徑的要求,可有效減小孔徑,提高工效,節(jié)約成本。1000～6000kN自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索的孔徑一般為 Ф100～240mm。自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索重點(diǎn)地解決了錨索的防腐及應(yīng)力集中問題,具有改善錨固段應(yīng)力集中、有效防腐、有效減小孔徑等性能特點(diǎn)。無疑,自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索優(yōu)于拉力型錨索,具有廣闊的應(yīng)用前景以及顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

6.3 錦屏一級電站錨索型式推薦

錦屏地質(zhì)資料及試驗錨索成孔情況表明,左岸邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜,主要結(jié)構(gòu)面為小斷層、層間擠壓破碎帶、深部裂縫及卸荷裂隙,強(qiáng)風(fēng)化、松弛拉裂的煌斑巖脈上游開挖邊坡中出露,往上游向坡體深部延伸。據(jù)前期地質(zhì)調(diào)查和勘探揭示,左岸壩頭變形拉裂巖體,深部砂板巖巖體松弛拉裂明顯,現(xiàn)場觀察變形主要表現(xiàn)為傾倒拉裂,也有滑移拉裂、滑移壓致拉裂等變形破裂跡象。左岸岸坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈,強(qiáng)卸荷下限水平深度一般可達(dá) 50～90m,弱卸荷下限水平深度一般 100～160m,最深可達(dá) 200余米;深卸荷下限最大水平深度可達(dá)約300～330m左右。

根據(jù)錦屏復(fù)雜的地質(zhì)條件,推薦使用對復(fù)雜及軟弱地層適應(yīng)性強(qiáng)的自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡支護(hù)處理。

7 致謝

在試驗的過程中和論文的撰寫過程中,得到很多同仁和學(xué)者的幫助,在這里表示忠心的感謝!

1 廖振明.高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索(桿)試驗孔基本試驗.公路交通技術(shù),2006(2)

2 王文杰、趙德志、曾進(jìn)群.松散介質(zhì)預(yù)應(yīng)力錨索加固機(jī)理研究.地下空間,2002(1)

3 柯玉軍.錨桿檢測技術(shù)研究及應(yīng)用.蘭州大學(xué),2006

4 何思明.預(yù)應(yīng)力錨索作用機(jī)理研究.西南交通大學(xué),2004

5 夏雄.預(yù)應(yīng)力錨索地梁的設(shè)計理論及工程應(yīng)用.西南交通大學(xué)