羅永葵 程超元 趙志強

(1.四川準達巖土工程有限責任公司 四川成都 610072)

(2.四川省威成工程技術開發(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、邊坡高陡等復雜的工程地質條件,設計擬采取預應力錨索加固支護措施,為了使預應力錨索加固支護效果滿足邊坡開挖施工期和運行期的安全穩(wěn)定要求,須對采用預應力錨索加固支護的邊坡進行錨索試驗。試驗部位選擇在左岸導流洞出口部位邊坡。針對該部位的大理巖及深部裂縫等不利地質條件進行錨型對比預應力錨索試驗。

2 試驗目的

錨索試驗目的主要為: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 試驗錨索的形式結構

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

3.1 拉力型預應力錨索結構

拉力型錨索結構見圖1。錨固段鋼絞線須剝去PE護套并清洗干凈后將其綁扎成紡錘形,自由段鋼絞線保留PE護套。

3.2 自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索結構

自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索結構見圖2。該錨索主要由導向帽、單錨頭、錨板、注漿管、高強低松弛無粘結鋼絞線等組成,具有克服錨固段應力集中、有效防腐、有效減小孔徑、全孔一次注漿、可進行二次補償張拉等特點。

4 試驗錨索參數(shù)設計(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 錨固段應力測試特性

圖1 拉力型錨索結構示意圖(無粘結鋼絞線)

圖2 自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索結構示意圖

為對比拉力型錨索與單孔多錨頭防腐型錨索的錨固段應力分布特性,科學合理選擇錨固體系類型,對 F3-2、L 3錨索進行了錨固段應力測試。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)錨固段應力測試結果

(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的錨固段應力測試結果見表2、圖3。

表2 荷載為3000kN時F3-2錨索的錨固段應力測試情況表

圖3 單孔多錨頭防腐型錨索F3-2錨固段應力分布(3000kN)

(2)拉力型錨索

在荷載為3000kN時,拉力型錨索L 3的錨固段應力測試結果見表3、圖4。

圖4 拉力型錨索L3錨固段應力分布(3000kN)

表3 荷載為3000kN時L3錨索的錨固段應力測試情況表

2)應力特性對比分析

從圖3、圖4可知:

(1)拉力型錨索L 3的錨固段在0～0.4m內的應力測試元件無數(shù)據(jù)顯示,說明該處附近水泥結石體發(fā)生了破壞,導致應力測試元件損壞。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應力錨索試驗成果相一致。

(2)單孔多錨頭防腐型預應力錨索則避免了錨固結石體的破壞。

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

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應力錨索

自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索為單孔多錨頭防腐型結構,單錨頭密封套組件(內部充填滿專用防腐脂)與無粘結鋼絞線 PE套一起構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采用高強無粘結鋼絞線,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行侵蝕,對錨固段鋼絞線端頭進行密封防護。

③采用高標號水泥及孔口阻塞、全孔一次有壓注漿技術,形成的水泥結石體的抗壓強度、結石密實度、抗?jié)B性等性能指標較高,有利于預應力錨索的防腐。

6 錨索型式推薦

6.1 預應力錨索的發(fā)展趨勢

當前,預應力錨索的防腐及應力集中問題已引起業(yè)內人士的高度重視。國外對預應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力集中、有效防腐等性能特點的錨索已成為預應力錨索發(fā)展的必然趨勢。

6.2 自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索特點

(1)自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索為單孔多錨頭防腐型結構,每組錨頭分別承擔一定荷載,克服了傳統(tǒng)錨索荷載作用在一組錨頭上的不利現(xiàn)象,應力分布狀況為拉壓復合型,總錨固力沿錨固段長度分布,改善了應力分布狀況和圍巖的受力條件,避免了傳統(tǒng)拉力型錨索內錨頭產(chǎn)生應力集中引起的銹蝕,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應力錨索的單錨頭密封套組件與無粘結鋼絞線PE套一起構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套內自由伸縮,采用全孔一次注漿后再進行張拉,并可在后期進行補償張拉。

(3)自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索的單孔多錨頭結構,對復雜及軟弱地層適應性強,可根據(jù)工程地質特性和錨索噸位大小進行選擇,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應力錨索的孔徑一般為 Ф100～240mm。自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索重點地解決了錨索的防腐及應力集中問題,具有改善錨固段應力集中、有效防腐、有效減小孔徑等性能特點。無疑,自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索優(yōu)于拉力型錨索,具有廣闊的應用前景以及顯著的社會經(jīng)濟效益。

6.3 錦屏一級電站錨索型式推薦

錦屏地質資料及試驗錨索成孔情況表明,左岸邊坡地質條件復雜,主要結構面為小斷層、層間擠壓破碎帶、深部裂縫及卸荷裂隙,強風化、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)前期地質調查和勘探揭示,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。左岸岸坡巖體風化卸荷強烈,強卸荷下限水平深度一般可達 50～90m,弱卸荷下限水平深度一般 100～160m,最深可達 200余米;深卸荷下限最大水平深度可達約300～330m左右。

根據(jù)錦屏復雜的地質條件,推薦使用對復雜及軟弱地層適應性強的自由式單孔多錨頭防腐型預應力錨索進行邊坡支護處理。

7 致謝

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

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

2 王文杰、趙德志、曾進群.松散介質預應力錨索加固機理研究.地下空間,2002(1)

3 柯玉軍.錨桿檢測技術研究及應用.蘭州大學,2006

4 何思明.預應力錨索作用機理研究.西南交通大學,2004

5 夏雄.預應力錨索地梁的設計理論及工程應用.西南交通大學