楊房溝水電站大壩邊坡壓力分散型預應力錨索張拉驗收試驗研究

姚行

摘要：

為充分驗證預應力錨索張拉后持力情況，保證錨索張拉受力后荷載損失、錨固段位移滿足規(guī)范要求，在楊房溝水電站工程壩肩邊坡壓力分散型錨索張拉施工中，嚴格按照最新規(guī)范要求進行了單循環(huán)和多循環(huán)張拉驗收試驗。結(jié)果表明：正常施工條件下，錨索持荷狀態(tài)下的位移增量、錨固段彈性、塑性位移等參數(shù)均能滿足規(guī)范相關(guān)要求。試驗證明了錨索張拉前各工序的施工質(zhì)量滿足要求，分析出施工中存在的問題，并驗證了差異補償張拉方法在壓力分散型錨索驗收試驗中的適用性。

關(guān)鍵詞：

壓力分散型錨索； 單循環(huán)張拉驗收試驗； 多循環(huán)張拉驗收試驗； 楊房溝水電站

中圖法分類號：U213.158

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.014

文章編號：1006-0081（2023）S1-0047-04

0 引 言

根據(jù)最新國家標準強制性條文［1］及行業(yè)標準［2］要求，工程錨桿必須進行驗收試驗，其中占錨桿總量5%且不少于3根的錨桿應進行多循環(huán)張拉驗收試驗，占錨桿總量95%的錨桿應進行單循環(huán)張拉試驗。壓力分散型預應力錨索作為錨桿的一種，也需按照規(guī)范強制性條文的要求進行單、多循環(huán)試驗。然而，壓力分散型錨索一般都是由若干組長度不一的鋼絞線按照一定編排順序加工而成，無法按照常規(guī)拉力型錨索進行試驗。錨索張拉驗收試驗能夠驗證錨索施工質(zhì)量優(yōu)劣，及時發(fā)現(xiàn)錨索張拉前工序存在的缺陷，并根據(jù)試驗結(jié)果及時處理，保證了后續(xù)鎖定張拉有序進行。

楊房溝水電站開始建設時，新的標準剛開始實施，其他同類工程均未開展壓力分散型錨索單、多循環(huán)張拉驗收試驗［3］。根據(jù)壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)及受力特點［4］，楊房溝水電站工程針對性地采用差異補償張拉方式試驗，較好地解決了錨索鋼絞線長度不一致帶來伸長值差異影響試驗結(jié)果的問題，可為同類工程錨索驗收試驗方案選擇提供參考，也為壓力分散型錨索鎖定張拉工藝及方法［5-6］的選擇提供了新的思路。通過將試驗方法應用到壓力分散型錨索的整體鎖定張拉，可提高壓力分散型錨索張拉施工效率。

1 工程概況

楊房溝水電站為Ⅰ等大（1）型工程，是國內(nèi)首個采用EPC模式建造的百萬千瓦裝機水電站工程。樞紐工程主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，泄洪消能建筑物為壩身4個表孔、3個中孔+壩后水墊塘及二道壩。引水發(fā)電系統(tǒng)布置在雅礱江左岸山體，從上游至下游依次布置有開關(guān)站、進水口、地下廠房、主變室、尾水調(diào)壓室、尾水洞等?；炷岭p曲拱壩壩頂高程2 102 m，最大壩高155 m，拱壩建基面高程1 947 m，壩肩邊坡開挖開口線高程2 332 m。

在楊房溝水電站大壩邊坡開挖過程中，左岸壩基邊坡受斷層影響發(fā)生變形，為此增加布置了2 000 kN和3 000 kN壓力分散型錨索320束。為嚴格執(zhí)行規(guī)范，根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)要求，楊房溝水電站工程首次在壩肩邊坡壓力分散型錨索開展了單、多循環(huán)驗收試驗。

2 驗收試驗目的及要求

預應力錨索驗收試驗的目的是檢驗錨索抗拉承載力，以及索體自由段彈性位移和錨固段塑性位移能否滿足設計與規(guī)范要求，確保錨索預應力及耐久性。根據(jù)規(guī)范要求，最大試驗荷載：永久性錨索應取錨索拉力設計值的1.2倍；多、單循環(huán)張拉試驗加荷級數(shù)不宜小于5級，加荷、卸荷速度按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。錨索多、單循環(huán)張拉的加荷、持荷、卸荷方式見圖1。

試驗結(jié)果應繪制出荷載-位移（N-δ）曲線、荷載-彈性位移（N-δe）曲線，荷載-塑性位移（N-δp）曲線。驗收合格標準為：① 最大試驗荷載作用下，在規(guī)定持荷時間內(nèi)錨索位移增量應小于1.0 mm，不能滿足時，增加持荷時間至60 min錨桿累計位移增量應小于2.0 mm；② 壓力分散型錨索的單元錨桿在最大試驗荷載作用下所測得的彈性位移應大于錨桿自由桿體長度理論彈性伸長值的90% ，且應小于錨桿自由桿體長度理論彈性伸長值的110%。

3 驗收試驗過程

3.1 試驗方法及步驟

試驗方法和步驟如下：① 試驗前準備工作（受力結(jié)構(gòu)強度報告，試驗報告檢查、核定）；② 根據(jù)張拉設備標定的回歸方程編制加荷等級與位移觀測間隔時間表、荷載與油表讀數(shù)關(guān)系表，標識不同鋼絞線張拉順序；③ 按照基礎參數(shù)計算差異補償荷載及張拉參數(shù)；④ 錨索差異補償張拉；⑤ 錨索整體分級張拉加荷、持荷、卸荷；⑥ 根據(jù)張拉過程測讀數(shù)值繪制荷載-位移曲線；⑥ 根據(jù)數(shù)值綜合判斷試驗合格性。

3.2 驗收試驗實施

根據(jù)錨索張拉相關(guān)要求，張拉前對錨索注漿漿體強度報告、錨墩混凝土強度報告、張拉設備率定報告、張拉設備工作性態(tài)進行檢查，滿足要求方可進行張拉試驗，后開展張拉試驗相關(guān)參數(shù)計算。根據(jù)設計張拉噸位不同，對壓力分散型錨索分組，每組數(shù)量不相同。

本文以荷載T=3 000 kN，長度l=50 m壓力分散型錨索多循環(huán)驗收張拉為例進行說明。根據(jù)錨索結(jié)構(gòu)設計，該類型共設置5個錨固單元，?????? 19根鋼絞線。從孔底方向起依次為D1錨固單元（3根鋼絞線）、D2錨固單元（4根鋼絞線）、D3錨固單元（4根鋼絞線）、D4錨固單元（4根鋼絞線）、D5錨固單元（4根鋼絞線）。

由于每組鋼絞線長度存在2 m差異，無論是單、多循環(huán)試驗還是錨索鎖定張拉，都存在每組鋼絞線伸長值不一致的情況。為確保錨索張拉數(shù)據(jù)的準確性，一般情況下，壓力分散型錨索張拉都采用單根鋼絞線分組進行張拉，再分別進行伸長值偏差統(tǒng)計來控制錨索受力。采用這種方法張拉的施工作業(yè)耗時長，且不利于錨索整體受力。因此，無論對于單、多循環(huán)試驗和常規(guī)張拉，均可采用先進行差異補償張拉消除鋼絞線長度不一致導致的伸長值差異，再進行整體張拉，可在保證試驗成果準確的同時提升張拉效率。

在差異補償理論值計算中，錨索理論伸長值ΔL計算公式如下：

ΔL=PLAE

式中：P為預應力鋼絞線張拉力，按設計張拉力1.2倍取值，N；L為預應力鋼絞線從張拉端至計算截面的孔道長度，mm；A為預應力鋼絞線的截面積，取140 mm2；E為預應力鋼絞線彈性模量取195 GPa，在實際施工中應根據(jù)預應力鋼絞線檢測報告中數(shù)值取值。

根據(jù)上述計算公式及基本計算參數(shù)，分別計算每組鋼絞線試驗最大荷載下理論伸長值、相鄰單元最大試驗荷載下伸長值差量，通過差量再反算每個單元錨索需提前補償?shù)牟町惡奢d及張拉差異荷載，見表1。

根據(jù)計算確定的錨索補償張拉荷載、每組補償張拉值，計算并編制驗收試驗理論伸長值參數(shù)表，便于現(xiàn)場實施，詳見表2～3。

3.3 差異補償張拉

安裝D1錨固單元鋼絞線需要整體張拉千斤頂工具錨夾片，根據(jù)計算得出的差異荷載對D1錨固單元（3根鋼絞線）進行差異補償張拉至D2錨固單元起始荷載處。安裝D2錨固單元鋼絞線需要整體張拉千斤頂工具錨夾片，根據(jù)計算得出的差異荷載對D1、D2錨固單元（7根鋼絞線）進行差異補償張拉至D3錨固單元起始荷載處。安裝D3錨固單元鋼絞線需要整體張拉千斤頂工具錨夾片，根據(jù)計算得出的差異荷載對D1、D2、D3錨固單元（11根鋼絞線）進行差異補償張拉至D4錨固單元起始荷載處。安裝D4錨固單元鋼絞線需要整體張拉千斤頂工具錨夾片，根據(jù)計算得出的差異荷載對D1、D2、D3、D4錨固單元（15根鋼絞線）進行差異補償張拉至D5錨固單元起始荷載處，錨索差異補償張拉完成。

3.4 錨索張拉試驗數(shù)據(jù)記錄

錨索差異補償張拉完成后，可進行整體分級張拉驗收試驗。整體張拉前，先按照差異補償張拉方式安裝D5組鋼絞線工具錨夾片，再按照圖1中多、單循環(huán)加荷、持荷、卸荷方式進行張拉試驗。多、單循環(huán)張拉初始荷載為錨索拉力設計值P的0.1倍（多循環(huán)張拉各級分別取錨索拉力設計值P的0.4，0.6，0.8，1.0，1.2倍、單循環(huán)張拉分別取0.4，0.7，1.0，1.2倍），在每級荷載不同的持荷時間內(nèi)，單、多循環(huán)張拉按照持荷時間1，3，5，10 min測讀鋼絞線位移量。

多循環(huán)張拉按照要求記錄升壓至0.1，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2倍設計荷載，記錄穩(wěn)壓1，3，5，10 min后伸長值和降壓至設計荷載的0.1后穩(wěn)壓1 min鋼絞線伸長值。單循環(huán)張拉試驗位移值記錄升壓、降壓至0.4，0.7，1.0倍設計荷載后穩(wěn)壓1 min后伸長值及升壓至1.2倍設計荷載穩(wěn)壓1，3，5 min后的伸長值。

3.5 張拉試驗圖形繪制及合格判定

根據(jù)測讀并記錄的讀數(shù)統(tǒng)計多、單循環(huán)張拉試驗彈性位移及塑性位移值，并與理論計算位移值進行比較，繪制荷載-位移曲線，判定試驗結(jié)果是否合格。試驗結(jié)果合格則可按照規(guī)范要求進行錨索常規(guī)的鎖定張拉，不合格則應根據(jù)實際情況重新試驗或采取相應處理措施。

4 試驗成果

（1） 根據(jù)對楊房溝水電站邊坡支護壓力分散型錨索多、單循環(huán)張拉試驗結(jié)果統(tǒng)計，1.2倍設計張拉力情況下，彈性位移值均未超過規(guī)范所允許范圍，持荷狀態(tài)位移增量未出現(xiàn)位移大于1 mm情況，為0.12～0.82 mm；塑性位移值為5.2～13.7 mm，邊坡錨固效果及過程中監(jiān)測錨索應力損失相對均較小，對邊坡加固效果較好。

（2） 采用差異補償方式進行壓力分散型預應力錨索張拉，縮短施工時間。通常情況下，壓力分散型錨索采用穿心式千斤頂進行單根預緊、單根張拉，單根鋼絞線第一至四級張拉時間約為5 min，第五級張拉時間約為15 min，一束3 000 kN錨索張拉施工約為11 h。而采用差異補償整體張拉方法進行張拉施工則只需1 h，大大縮短了張拉時間，提高錨索張拉效率。

5 關(guān)于錨索試驗的思考

（1） 通過錨索張拉試驗，可及時發(fā)現(xiàn)錨索施工過程中存在的問題及缺陷，分析施工過程資料并及時采取處置措施，避免不能滿足錨索受力而降級、報廢等問題。

（2） 根據(jù)對錨索張拉試驗相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可判斷錨索錨固巖層的持力情況，進一步復核邊坡穩(wěn)定性，為邊坡安全穩(wěn)定設計反饋分析提供了系統(tǒng)、全面的基礎數(shù)據(jù)。

（3） 壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)相對復雜，采用傳統(tǒng)單根張拉工藝進行施工耗時長、受力相對不均勻。壓力分散型錨索張拉試驗及試驗成果表明，差異補償張拉方式對錨索鎖定張拉施工同樣適用，可大幅縮短工期。

（5） 錨索張拉試驗耗時較長，通過實現(xiàn)對錨索張拉設備、測讀及記錄系統(tǒng)的自動化、數(shù)字化，提高工作效率，保證試驗結(jié)果的精度?？伤伎紝㈠^索張拉跟BIM技術(shù)［7］、數(shù)字孿生等先進技術(shù)等相結(jié)合，或利用數(shù)字技術(shù)進行遠程或無人操作等，探索水電工程智能化的發(fā)展方向。

6 結(jié) 論

（1） 在楊房溝水電站工程施工過程中，按照規(guī)范要求采用補償張拉方式進行壓力分散型錨索張拉試驗，屬行業(yè)領(lǐng)先，可為其他水電工程項目錨索張拉驗收試驗的實施提供參考借鑒。

（2） 在楊房溝水電站工程施工過程中，嚴格執(zhí)

行最新規(guī)范要求，進行了大規(guī)模錨索張拉單、多循環(huán)驗收試驗。試驗結(jié)果表明：錨索施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

（3） 差異補償張拉方法在楊房溝水電站工程錨索張拉驗收試驗中成功的應用為壓力分散型錨索鎖定張拉方法提供了更佳選擇，大幅提高了錨索張拉施工效率、保證了錨索張拉質(zhì)量，有利于工程邊坡支護。

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