王 潔，張 敏

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

新疆下坂地電站巖壁吊車梁設(shè)計(jì)

王 潔，張 敏

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

巖壁吊車梁是用長(zhǎng)錨桿將鋼筋混凝土梁錨固與巖石上的結(jié)構(gòu)，可減小地下洞室寬度，利于圍巖穩(wěn)定，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資。本文著重分析巖壁吊車梁的計(jì)算原則及方法。

巖壁吊車梁;錨桿;圍巖;穩(wěn)定

下坂地水利樞紐工程位于塔里木河主要源流之一的葉爾羌河支流塔什庫(kù)爾干河中下游。該工程是以生態(tài)補(bǔ)水和春旱供水為主，同時(shí)結(jié)合發(fā)電的大型水利工程，是塔里木河近期綜合治理規(guī)劃中唯一的山區(qū)水利樞紐工程。該電站是2015年喀、克電力系統(tǒng)調(diào)峰的骨干電源之一，總裝機(jī)容量為150 MW。工程于2005年7月開工，計(jì)劃2009年12月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。主副廠房開挖尺寸 72.35×17.6×38.835 m(長(zhǎng)×寬×高)。巖壁吊車梁上安裝一臺(tái)起重量為80+80/40t/10t雙鉤橋式吊車，上下游梁長(zhǎng)各為 54.9 m。下游除有交通洞口外，距梁底2.75 m的下部有三條6.0×6.0 m的母線洞，使下游巖壁吊車梁受力復(fù)雜化。

巖壁吊車梁是用長(zhǎng)錨桿將鋼筋混凝土梁錨固與巖石上的結(jié)構(gòu)，錨桿不僅承受吊車梁的荷載，而且還起著圍巖支護(hù)作用，限制邊墻圍巖變形，調(diào)整圍巖應(yīng)力，承擔(dān)圍巖開挖后應(yīng)力釋放的部分應(yīng)力。采用巖壁吊車梁，可減小地下洞室的寬度。利于圍巖穩(wěn)定，加快施工進(jìn)度，節(jié)約投資。

1 工程地質(zhì)條件

站址所處位置屬高山峽谷區(qū)，兩岸山坡高陡。山坡基巖裸露，主要巖性為片麻狀黑云斜長(zhǎng)花崗巖。電站廠房下游約1.5 km處有協(xié)力波斯斷裂通過(guò)，為左旋逆沖斷層，走向320°，傾向 SW，傾角70°～80°，延伸長(zhǎng)度約10 km 左右，斷層帶寬5～7.5 m，外觀為灰色條帶，上、下盤影響帶寬約15 m和23 m，巖體破碎。受該斷裂的影響，該段河谷從上游至下游，巖脈及斷層裂隙較上游發(fā)育，巖體逐漸破碎，崩坡積也較上游發(fā)育。電站地下廠房區(qū)最大水平地應(yīng)力值在8～10 KPa之間，最小地應(yīng)力在5～8 KPa之間變化，屬中等水平;最大水平應(yīng)力方位為260°～300°，基本上接近東西向。

地下廠房圍巖按水利水電地下工程圍巖綜合分類屬基本穩(wěn)定的Ⅱ類和局部穩(wěn)定性差的Ⅲ類巖體。

2 設(shè)計(jì)基本原則和基本假定

(1)巖壁吊車梁是建筑在邊墻穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的，因此巖壁吊車梁設(shè)計(jì)不包括對(duì)不穩(wěn)定掩體和斷層蝕變帶的處理。

(2)吊車梁錨桿內(nèi)力計(jì)算，沿長(zhǎng)度方向取1m按極限平衡計(jì)算;吊車荷載(垂直輪壓和水平剎車力)換算為作用在每米巖壁吊車梁上的集中荷載。

(3)按極限平橫分析時(shí)，不考慮巖石應(yīng)力影響。

(4)假定巖錨吊車梁梁體為剛體，不計(jì)混凝土與巖壁之間的凝聚力，只考慮斜面上正應(yīng)力引起的摩擦力，巖錨吊車梁的上部錨桿按軸心受拉構(gòu)件考慮，只承受拉力，不承受剪力;下部錨桿不承受吊車梁上的荷載，只作為附加固定作用。錨桿內(nèi)力按力系平衡法求出，然后根據(jù)錨桿內(nèi)力計(jì)算結(jié)果對(duì)梁體進(jìn)行巖臺(tái)面和主要結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定及巖體抗壓承載力核算，如不滿足要求，則調(diào)整梁體斷面及錨筋布置傾角重新計(jì)算。

(5)豎向動(dòng)力系數(shù) 1.1，水平向 1.0。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 計(jì)算公式

圖1 廠房主洞室上游墻巖錨梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

3.1.1 荷載計(jì)算

如圖1所示，作用在巖壁吊車梁的荷載有:鋼筋混凝土梁自重、鋼軌及其附件重、吊車荷載。

吊車荷載如圖2所示，最大垂直輪壓510.68 KN，最大橫向水平力20 KN，換算為每米吊車梁上的荷載為:

巖壁吊車梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算包括錨桿內(nèi)力、安全度計(jì)算及配筋計(jì)算。巖壁吊車梁的配筋計(jì)算:橫向按短牛腿配筋，縱向近似按矩形截面連續(xù)梁配筋。

圖2 吊車輪壓及輪距布置圖

3.1.2 內(nèi)力及安全度計(jì)算

3.2 主要參數(shù)的選擇

3.2.1 錨桿參數(shù)的選定

錨桿直徑、間距根據(jù)計(jì)算確定。錨桿直徑一般不宜小于25 mm，錨桿間距不宜小于600 mm。下坂地電站廠房錨桿選用 Φ32@750。

錨桿埋入深度，一方面是為了吊車梁受力的需要，另一方面是為了加強(qiáng)巖壁支護(hù)和控制圍巖變形。

(1)L=Lb+La

式中:L為錨桿錨入巖體內(nèi)的長(zhǎng)度;Lb為圍巖松動(dòng)圈深度;La為有效錨固長(zhǎng)度。

(2)經(jīng)驗(yàn)法，按一般工程經(jīng)驗(yàn)，取有效錨固長(zhǎng)度為錨桿鋼筋直徑的40～50倍。

公式(2)的計(jì)算結(jié)果小于公式(1)，錨桿埋入深度采用公式(1)計(jì)算。

3.2.2 巖壁壁座角選擇

壁座與垂線的夾角α在00～900之間變化。計(jì)算表明，當(dāng)α＜00時(shí)，μ＞1，錨桿處于受剪狀態(tài);當(dāng)α=100時(shí)，為巖臺(tái)式吊車梁，需增加廠房寬度。經(jīng)綜合比較，選定壁角α為250。

3.2.3 錨桿傾角 β1、β2 選擇

通過(guò)計(jì)算比較，得知錨桿傾角影響較小，參考已建工程及施工方便確定 β1為250，β2為200。

3.2.4 斷面尺寸的確定

吊車梁斷面尺寸既要考慮短牛腿的要求，更主要的是考慮巖壁吊車梁的特點(diǎn)來(lái)決定，高度不宜太小，可參考已建工程擬定各種斷面計(jì)算比較確定。

3.2.5 斷層蝕變帶的特殊處理

由于sf2斷層從上至下貫通巖壁吊車梁，對(duì)巖壁吊車梁巖臺(tái)的抗滑及變形穩(wěn)定計(jì)算分析并考慮墻面的穩(wěn)定安全，在巖壁吊車梁下增設(shè)加寬立柱，增加φ28砂漿錨桿，錨桿單根長(zhǎng)7 m，深入巖石6 m，外露0.8 m+0.2 m直鉤，并把錨桿與加寬立柱鋼筋焊接。

在該段下不利結(jié)構(gòu)面，增加φ28隨機(jī)錨桿，隨機(jī)錨桿應(yīng)盡量垂直結(jié)構(gòu)面，結(jié)合上游墻系統(tǒng)錨桿，保證錨桿間、排距1 m左右。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)巖壁吊車梁受力復(fù)雜、影響因素甚多，巖石情況多變，目前尚無(wú)精確計(jì)算的方法，關(guān)鍵要在施工中嚴(yán)格控制壁角和超挖。巖壁吊車梁設(shè)計(jì)除錨桿外，重點(diǎn)應(yīng)放在邊墻圍巖穩(wěn)定分析和斷層帶處理上。

(2)巖壁吊車梁設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)規(guī)范遵循。錨桿應(yīng)力集中在頭部1～2 m范圍內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)應(yīng)力現(xiàn)象時(shí)，砂漿容易開裂，此時(shí)如有地下水，錨桿就會(huì)腐蝕，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)失效，安全度明顯降低，因此安全系數(shù)不宜太小。

TV7

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1004－1184(2012)01－0126－01

2011－05－17

王潔(1982－)，女，陜西渭南人，工程師，主要從事電站廠房設(shè)計(jì)工作。