陳潔金， 鄭 斌， 李守雷

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán) 中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

0 引 言

某水電站是我國(guó)“西部大開(kāi)發(fā)”的標(biāo)志性工程和“西電東送”的龍頭項(xiàng)目，工程以發(fā)電為主兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。地下廠房跨度大、洞室多、開(kāi)挖支護(hù)工程量大，為使高邊墻在施工期和運(yùn)行期保持安全穩(wěn)定，整個(gè)地下洞室群采用了大量的錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行錨固支護(hù)。在安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錨桿應(yīng)力計(jì)超量程現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)主廠房共有31組錨桿應(yīng)力計(jì)43個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)超量程，占主廠房錨桿應(yīng)力計(jì)總數(shù)的31.96 %；巖錨梁共有6支錨桿應(yīng)力計(jì)6個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)超量程，占巖錨梁錨桿應(yīng)力計(jì)總數(shù)的15.00 %；主變室共有8支錨桿應(yīng)力計(jì)9個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)超量程，占主變室錨桿應(yīng)力計(jì)總數(shù)的34.78 %；尾水調(diào)壓井共有 14支錨桿應(yīng)力計(jì)17個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)超量程，占尾水調(diào)壓井錨桿應(yīng)力計(jì)總數(shù)的12.17 %。為了了解錨桿應(yīng)力計(jì)在極限應(yīng)力下的工作狀態(tài)和超量程后讀數(shù)的可靠性，分別對(duì)量程為210,310,400 MPa三種振弦式錨桿應(yīng)力計(jì)進(jìn)行了極限拉伸室內(nèi)試驗(yàn)。對(duì)錨桿應(yīng)力計(jì)在荷載作用下測(cè)值的變化規(guī)律和超量程后的變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究，為該電站錨桿應(yīng)力計(jì)超量程讀數(shù)的應(yīng)用提供了試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)備和試件

該水電站監(jiān)測(cè)中使用的錨桿應(yīng)力計(jì)均為基康公司生產(chǎn)的BGK4911系列振弦式錨桿應(yīng)力計(jì)(鋼筋計(jì))，元件兩端為高強(qiáng)圓鋼，沿其中心軸線鉆孔，在鉆孔內(nèi)安裝一只微型振弦式應(yīng)變計(jì)，兩端分別焊接連接鋼棒構(gòu)成，電纜通過(guò)壓緊接頭從剛體中引出，使用基康提供的便攜式讀數(shù)儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可遠(yuǎn)程讀取鋼筋或錨桿的荷載或應(yīng)力讀數(shù)。錨桿應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 BGK—4911型錨桿應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)圖

這種振弦式錨桿應(yīng)力計(jì)有耐用、可靠、易于安裝和讀數(shù)并不受潮濕、電纜長(zhǎng)度和接觸電阻變化影響以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

試驗(yàn)元件采用BGK4911系列直徑為Ф28,Ф32 mm，量程為210,310,400 MPa的6種型號(hào)的錨桿應(yīng)力計(jì)。

試驗(yàn)設(shè)備采用最大負(fù)荷為1 000 kN的微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)施加的荷載和錨桿應(yīng)力計(jì)的伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)由微機(jī)自動(dòng)采集，錨桿應(yīng)力計(jì)的讀數(shù)采用基康提供的便攜式讀數(shù)儀采集。試驗(yàn)按逐級(jí)加載直到元件達(dá)到極限荷載破壞為止，遞增荷載值為32 MPa,試驗(yàn)裝置如圖2所示,元件破壞現(xiàn)象如圖3，錨桿應(yīng)力計(jì)在破壞過(guò)程中沒(méi)有明顯的頸縮現(xiàn)象，斷口整齊，破斷的位置均在保護(hù)鋼筋焊接處。

圖2 錨桿應(yīng)力計(jì)拉伸試驗(yàn)儀器和設(shè)備圖

圖3 錨桿應(yīng)力計(jì)破壞狀態(tài)圖

2 測(cè)試結(jié)果與分析

試驗(yàn)總共獲得了14組數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)荷載與位移曲線的形態(tài)可以分為三類：

1)Ф28(400 MPa)和Ф32(400 MPa)型號(hào)的錨桿應(yīng)力計(jì)標(biāo)定曲線(萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)獲得)與測(cè)量曲線(便攜式讀數(shù)儀測(cè)量)吻合良好，在整個(gè)加載過(guò)程中荷載—位移曲線始終呈線性增加直至儀器破壞，如圖4(a),(b)。施加應(yīng)力值和測(cè)量值基本符合，說(shuō)明儀器在整個(gè)受力過(guò)程中，測(cè)量值均可真實(shí)反映實(shí)際施加應(yīng)力值。沒(méi)有明顯屈服極限，破壞荷載分別為630，631 MPa，為儀器量程的1.6倍。

2)Ф32(210 MPa)和Ф32(310 MPa)型號(hào)的錨桿應(yīng)力計(jì)標(biāo)定曲線與測(cè)量曲線吻合良好，有明顯屈服極限，在錨桿應(yīng)力計(jì)達(dá)到其屈服強(qiáng)度之前的施加應(yīng)力值和測(cè)量值基本吻合，基本呈線性增加，如圖4(e),(f)隨應(yīng)力的進(jìn)一步施加，Ф32(210 MPa)在490 MPa內(nèi)施加應(yīng)力值和測(cè)量值之差小于5%。屈服荷載分別為365，369 MPa，為儀器量程的1.8倍。破壞荷載分別為514，530 MPa。

3)Ф28(210 MPa)和Ф28(310 MPa) 型號(hào)的錨桿應(yīng)力計(jì)標(biāo)定曲線和測(cè)量曲線具有明顯屈服荷載，在屈服荷載前段吻合良好，施加應(yīng)力值和測(cè)量值基本符合，屈服強(qiáng)度為其量程的1.8倍，在屈服荷載到破壞階段曲線發(fā)生了分離,如圖4(e)，(f)。Ф28(210 MPa)型號(hào)的應(yīng)力值在430 MPa以內(nèi)時(shí)，其施加應(yīng)力值和測(cè)量值的差值在5 %以內(nèi)；Ф28(310 MPa)型號(hào)誤差值控制在5%以內(nèi)的最大應(yīng)力525 MPa，超過(guò)此值誤差迅速增大，測(cè)量數(shù)據(jù)已不真實(shí),具體數(shù)值見(jiàn)表1。

圖4 不同型號(hào)的錨桿應(yīng)力計(jì)荷載—位移曲線

3 應(yīng) 用

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，該水電站錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)可靠的最大極限值見(jiàn)表1。

表1 可靠讀數(shù)的最大極限值

根據(jù)可靠讀數(shù)的最大限值對(duì)地下洞室超量程錨桿應(yīng)力計(jì)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，在限值內(nèi)的超量程錨桿應(yīng)力計(jì)的讀數(shù)是可靠的，超過(guò)限值的讀數(shù)可根據(jù)試驗(yàn)曲線進(jìn)行擬合，然后進(jìn)行修正，如圖5所示。

圖5 錨桿應(yīng)力計(jì)荷載—位移擬合曲線

4 結(jié) 論

1)根據(jù)錨桿應(yīng)力計(jì)荷載—位移曲線的形態(tài)，將極限荷載下的錨桿應(yīng)力計(jì)分為三類。

2)根據(jù)誤差的相對(duì)誤差控制在5 %以內(nèi)的條件，提出了讀數(shù)可靠性的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)超過(guò)最大極限值的讀數(shù)，建議根據(jù)試驗(yàn)曲線進(jìn)行修正。

3)為該電站錨桿應(yīng)力計(jì)超量程讀數(shù)的應(yīng)用提供了試驗(yàn)依據(jù)。

4)建議錨桿應(yīng)力計(jì)生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)中標(biāo)明錨桿應(yīng)力特殊情況下讀數(shù)的修正公式。

參考文獻(xiàn):

[1] 羅俊軍，張孝松.龍灘水電站地下廠房主要洞室圍巖錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)[J].水利發(fā)電，2003，29(10)：44-46.

[2] 鄭 斌.地下洞室支護(hù)錨桿應(yīng)力狀態(tài)特性試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2010.

[3] 鄭 斌.陡傾角巖體地下洞室的位移和錨桿應(yīng)力特性[J].山西建筑，2009(26)：79-80.

[4] 程良奎，胡建林.土層錨桿的幾個(gè)力學(xué)問(wèn)題[C]∥巖土工程的錨固技術(shù),北京：人民交通出版社，1996.

[5] 尤春安.全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿的受力分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2000,19(3)：334-338.

[6] 周 群.錨筋與砂漿的粘結(jié)機(jī)理及巖石錨桿基礎(chǔ)的試驗(yàn)研究[C]∥巖土錨固工程技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展——國(guó)際巖土錨固技術(shù)研討會(huì)論文集,北京：萬(wàn)國(guó)學(xué)術(shù)出版社,1996:260-264.

[7] 張四平,候 慶.壓力分散型錨桿剪應(yīng)力分布與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(2):41-47.