桐柏抽水蓄能電站下水庫壩身溢洪道泄槽底板錨固筋型式試驗(yàn)研究

趙賢學(xué)

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站下水庫壩身溢洪道泄槽底板錨固筋型式試驗(yàn)研究

趙賢學(xué)

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站下水庫溢洪道為布置在大壩中間壩段上壩身溢洪道，壩身溢洪道以堆石壩體為基礎(chǔ).由于下游壩坡較陡，泄槽底板在其自重、水流拖曵力、水流脈動壓力、板頂動水壓力等荷載組合作用下，底板抗滑穩(wěn)定至關(guān)重要，為保證斜坡面上的泄槽槽身的穩(wěn)定，采用錨固板加錨固筋，錨固筋布置層數(shù)多，采用何種型式關(guān)系到壩身溢洪道的施工難易程度及經(jīng)濟(jì)性，為此進(jìn)行了錨固筋型式的試驗(yàn)研究。

壩身溢洪道；泄槽底板；錨固筋；型式研究

1　前言

1.1工程概況

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣嶺腳村，距天臺縣城7 km。由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開關(guān)站、中控樓等部分組成；安裝四臺單機(jī)容量300MW機(jī)組，總?cè)萘? 200MW。

下水庫大壩及溢洪道均為Ⅰ級水工建筑物，大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩高68.25m；壩身溢洪道位于大壩河床部位，全長約200多米，凈寬26m，堰上不設(shè)閘門。

1.2混凝土面板堆石壩壩身溢洪道泄槽槽身錨固現(xiàn)狀

混凝土面板堆石壩壩身溢洪道以堆石壩體為基礎(chǔ)，由于下游壩坡較陡，泄槽在其自重、水流拖曵力、水流脈動壓力、板頂動水壓力等荷載組合作用下，泄槽抗滑穩(wěn)定至關(guān)重要，為了保證在大壩斜坡面上的泄槽槽身穩(wěn)定，國內(nèi)外實(shí)踐證明壩身溢洪道泄槽底板采用水平錨固板加錨固筋進(jìn)行固定是行之有效的措施；如澳大利亞克羅蒂壩采用錨固板長10.0m，板厚0.4m，并在每塊底板上均勻設(shè)置鋼筋錨固在壩體內(nèi)（下稱錨固筋），錨固筋錨入堆石壩體內(nèi)長度10m；新疆榆樹溝采用錨固板長3.0m，板厚0.6m，錨固筋直徑25mm，錨入壩體內(nèi)長度10m；為了防止錨固筋銹蝕，均采用錨固筋外包混凝土即預(yù)制梁型式。

1.3錨固筋型式試驗(yàn)研究的提出

國內(nèi)外已建工程中錨固筋做法最多的是將錨固筋水平埋入壩體10m連接到錨固梁，為防止錨固筋銹蝕，常規(guī)做法是用混凝土包裹鋼筋，如在壩體現(xiàn)場澆筑則大壩填筑要等混凝土施工完成；為了避免和大壩堆石碾壓施工相互干擾，該類型錨固筋需要在預(yù)制場先行預(yù)制，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后吊裝運(yùn)到現(xiàn)場；現(xiàn)場要開挖鋼筋混凝土錨固筋基礎(chǔ)，這在堆石體上施工難度比較大，錨固筋長10m要在墊層料、過渡料及主堆石料上挖槽，特別是主堆石料因其粒徑較大（80 cm）施工困難；錨固筋吊裝就位后和錨固梁進(jìn)行連接焊接，連接處鋼筋再澆混凝土防腐保護(hù)，因此還要等混凝土有一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行下一步施工。這種結(jié)構(gòu)的施工成本高，工程周期長，安裝過程復(fù)雜；為了使壩身溢洪道錨固筋的施工能較好地和壩體施工同步，做到結(jié)構(gòu)安全、施工便捷和經(jīng)濟(jì)三者兼顧，筆者根據(jù)以往工程施工經(jīng)驗(yàn)提出了和以往不同的錨固筋型式即鋼筋外包鋼管內(nèi)注水泥漿防腐的一種新型錨固筋型式，盡管設(shè)想方案是可行的，但能否滿足錨固力要求成為關(guān)鍵，為此進(jìn)行了錨固筋型式試驗(yàn)研究。

2　錨固筋型式試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)方案

為了使試驗(yàn)充足全面，方案采用六種錨固筋型式進(jìn)行錨固力試驗(yàn)。1號錨固筋：長10m，錨固端50 cm外包混凝土，直段外套3寸鋼管，管內(nèi)注漿；2號錨固筋：長15m，錨固端50 cm外包混凝土，直段外套3寸鋼管，管內(nèi)注漿；3號錨固筋：長10m，錨固端及直段均采用50 cm外包混凝土；4號錨固筋：長15m，錨固端及直段均采用50 cm外包混凝土；5號錨固筋：長10m，錨固端50cm外包混凝土，直段20cm外包混凝土；6號錨固筋：長10m，純鋼筋；以上6種錨固筋型式見圖1。

2.2現(xiàn)場試驗(yàn)

2.2.1試驗(yàn)位置及儀器選擇

經(jīng)現(xiàn)場踏勘將試驗(yàn)場地布置在下庫大壩趾板下游的開挖基巖面上，該場地樁號為壩0+200～0+243、趾板下游邊坡～壩上0+50，基巖面最高處高程約EL84.6m，實(shí)用平面面積43m×25m=1 075m2；根據(jù)試驗(yàn)要求錨固筋最大測試?yán)Α?0 t，拉拔力由30 t錨桿拉拔儀施加，選用型號為SYC-35B型手動液壓錨桿拉拔儀。

2.2.2錨固試驗(yàn)現(xiàn)場準(zhǔn)備

（1）澆筑支墩梁。經(jīng)測量放樣后確定支墩梁位置，打抗拔錨桿，綁扎鋼筋，立模澆筑支墩梁混凝土；

（2）填筑主堆石料。清除試驗(yàn)場地區(qū)域內(nèi)全部浮碴，試驗(yàn)場地內(nèi)用過渡料找平到基巖出露最高處高程（約EL84.6m）；回填一層主堆石料厚80 cm，并用25 t寶馬振動碾碾壓密實(shí)；

（3）外包混凝土錨固筋施工。以支墩梁預(yù)留槽孔為中心，在已碾壓密實(shí)的主堆石料填筑層上用1m3反鏟開槽，槽長≥11m，槽寬按反鏟最小可能開挖寬度控制，實(shí)測槽寬≥1.1m；槽深控制在50～60 cm；槽底人工鋪設(shè)20 cm厚墊層料并整平，HS22000型液壓平板夯碾壓密實(shí)；將達(dá)到100%強(qiáng)度的錨筋梁采用吊機(jī)吊運(yùn)就位，使錨筋梁中心線和支墩梁預(yù)留槽孔中心線重合；錨固筋接頭處采用手工電弧焊槽焊焊接；

（4）外包鋼管錨固筋施工。外包鋼管錨固筋和預(yù)制錨筋梁接頭處采用C25混凝土回填，鋼筋外部安裝一根3寸鋼管，管內(nèi)注漿防銹；

（5）上覆堆石料。在錨固筋梁兩側(cè)及上部20 cm范圍回填較細(xì)過渡料，25 t寶馬振動碾碾壓8遍；其上再回填主堆石料兩層(每層厚1.1m)共2.2m厚，分別用25 t寶馬振動碾碾壓8遍；至此已具備試驗(yàn)條件。

2.2.3現(xiàn)場試驗(yàn)

拉拔儀采用成都萬和工具廠生產(chǎn)的錨桿拉力測試儀，額定出力為0～30 t，分別測量并記錄壓力表讀數(shù)為5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa時的錨固筋變形；分別繪制1號、3號、5號、6號錨固筋變形與錨固力關(guān)系曲線圖，試驗(yàn)表明當(dāng)錨固筋拉拔力為22.7 t時，錨固筋的最大變形為6mm，現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)錨固筋破壞現(xiàn)象；因此，上述四種型式的錨固筋均可滿足設(shè)計(jì)錨筋錨固力要求；經(jīng)試驗(yàn)1號和3號錨固筋滿足試驗(yàn)要求，經(jīng)研究決定取消2號和4號錨固筋的試驗(yàn)。

2.3試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，結(jié)果如下：

（1）四種不同形式錨固筋的變形隨錨固力的增大而增大，當(dāng)錨筋拉拔力為22.7 t時，錨筋最大變形為6mm；現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)錨筋拔出或破壞現(xiàn)象；因此，四種形式的錨固筋均可滿足設(shè)計(jì)錨固力要求。

（2）純錨固筋錨固力雖然滿足設(shè)計(jì)要求，但在填筑過程中大塊石容易將鋼筋砸彎，引起錨筋變形移位，且防銹問題不易處理。

（3）錨固筋為外包混凝土的錨筋梁，若采用外包50 cm混凝土或外包20 cm混凝土的錨筋梁，數(shù)據(jù)表

明，當(dāng)大氣溫度在10～18℃時，C25混凝土室外養(yǎng)護(hù)齡期應(yīng)≥14 d，方可吊運(yùn)安裝，運(yùn)輸就位后，接頭焊接，然后再回填混凝土。壩體填筑層面還要機(jī)械開槽等工序，施工程序復(fù)雜，且接頭處混凝土仍有等強(qiáng)的問題存在。

（4）端頭采用外包混凝土，直段用3寸鋼管外包，管內(nèi)注漿的錨固筋型式，施工非常方便，且注漿后無需等強(qiáng)，可以和壩體填筑同步。

2.4運(yùn)行監(jiān)測情況

為監(jiān)測錨固筋受力狀況共埋設(shè)了8支錨筋應(yīng)力計(jì)，編號為Rym1～Rym8；日常監(jiān)測數(shù)據(jù)表明除了Rym1以拉應(yīng)力為主外，其余錨筋應(yīng)力計(jì)都以壓應(yīng)力為主，錨筋應(yīng)力基本上與氣溫變化相反，溫度低時拉應(yīng)力增大，溫度高時壓應(yīng)力增大；目前錨筋應(yīng)力已基本穩(wěn)定，較大壓應(yīng)力主要分布在側(cè)墻底部，最大壓應(yīng)力為-90.5MPa（Rym7）（2007.7.26）；最大拉應(yīng)力為55.4MPa（Rym6）（2009.6.22）；2008年6月12日進(jìn)行最大流量為30m3/s過流試驗(yàn)時錨筋應(yīng)力測值變化不大，運(yùn)行正常。

3　結(jié)語

試驗(yàn)研究比較后認(rèn)為：采用鋼筋外包鋼管內(nèi)注水泥漿防腐的一種新型錨固筋型式是可行的；錨固力滿足要求；防腐和傳統(tǒng)的錨筋梁相同；錨固筋可隨著壩體填筑同時施工，基本無干擾。因此桐柏抽水蓄能電站下水庫壩身溢洪道泄槽錨固筋施工中，采用了鋼筋外包鋼管內(nèi)注水泥漿的新型式錨固筋，且運(yùn)行正常。2008年7月水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在對“鋼筋混凝土面板堆石壩壩身溢洪道工程技術(shù)研究及應(yīng)用”鑒定中認(rèn)為，桐柏錨固筋型式在國內(nèi)外工程中尚屬首例。

[1]蔣國澄,傅志安,鳳家驥.混凝土面板壩工程[M].武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1997.

[2]姜忠見，鄭齊峰，郎玲芳.桐柏抽水蓄能電站面板堆石壩壩身溢洪道工程特點(diǎn)[J].水力發(fā)電，2009，（03）.

[3]趙賢學(xué)，沈益源.桐柏抽水蓄能電站下水庫混凝土面板堆石壩選用壩身溢洪道安全性和經(jīng)濟(jì)性初探 [C]//第22屆國際大壩會議論文集，2006.

[4]趙賢學(xué).桐柏抽水蓄能電站下水庫混凝土面板堆石壩和壩身溢洪道安全運(yùn)行研究[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2012，35（4）.

[5]趙賢學(xué).桐柏抽水蓄能電站下水庫壩身溢洪道過流試驗(yàn)[C] //抽水蓄能技術(shù)論文集，2010.

趙賢學(xué)（1962-）男，高級工程師，從事水電站建設(shè)及運(yùn)行管理工作。

TU74

A

1672-5387（2015）11-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.010

2015-07-31