張溪河抽水蓄能電站地下廠房錨索設(shè)計

張溪河抽水蓄能電站地下廠房錨索設(shè)計

1預(yù)應(yīng)力錨索的布置張灣引水蓄能站地下車間的圍巖是安山巖，屬于iii類圍巖。切割廠房的斷層有fp26(f5)、fp27、fp28(f11)、fp30(f12)和fp33(f3)5條小斷層,其中近EW向的斷層如fp33(f3)與近SN向的斷層fp26(f5)、fp27和fp28(f11)等相互交切,在廠房頂拱形成屋脊型楔形體,再與NE向(第組)裂隙組合,可能形成不穩(wěn)定塊體。初步設(shè)計在廠房頂拱可能形成不穩(wěn)定塊體處布置1600kN級、長度為20m的無粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索15根,其中生產(chǎn)性試驗錨索確定為3根,分別為9#、10#和11#錨索。孔口附近巖體被多組構(gòu)造面切割,巖體破碎,試驗錨索位置的選擇具有代表性。2004年9月,在張河灣抽水蓄能電站主廠房頂拱先后完成了3根預(yù)應(yīng)力錨索的整體張拉試驗,但3根錨索存在同一現(xiàn)象,即在張拉到1760kN(設(shè)計值的110%),持荷20min,卸荷后,出現(xiàn)應(yīng)力突降超出設(shè)計范圍,并且引力損失均在250kN左右。針對這一現(xiàn)象,改變錨索的施工工藝,將原整體張拉改為單根逐級張拉。2內(nèi)部錨定義施工過程中未結(jié)合預(yù)制混凝土錨索施工工藝流程如圖1所示。2.1孔施工(1)錨索穿入斷層上盤錨本工程錨索孔徑為150mm,孔深20m,根據(jù)廠房頂拱斷層走向確定錨索孔的孔向,確保錨索穿入斷層上盤至少8m。試驗錨索孔均為鉛直向上。鉆孔設(shè)備采用無錫生產(chǎn)的YG-60錨桿鉆機(jī),上海英格索蘭電動移動式空壓機(jī)供風(fēng),風(fēng)量20m3/min,額定壓力0.7～1.2MPa,能夠保證沖擊器正常工作和鉆孔排渣需要。(2)鉆機(jī)方向調(diào)整就位根據(jù)錨索設(shè)計孔位,采用全站儀進(jìn)行錨索孔位的測量放點,用地質(zhì)羅盤定出鉆機(jī)鉆孔傾角,精度為0.5°。鉆機(jī)及鉆具按設(shè)計鉆孔方向調(diào)整就位后,將鉆機(jī)固定牢固;為保證鉆孔精度和質(zhì)量,開孔段2m內(nèi)鉆進(jìn)速度為1.0m/h,孔內(nèi)正常鉆進(jìn)速度不超過1.5m/h,鉆孔的開孔偏差控制在100mm以內(nèi),端頭錨固孔的孔斜誤差控制在孔深2%以內(nèi)。2.2內(nèi)錨錨索綁扎及清洗錨索索體總長21.5m(內(nèi)錨段長6m,自由段長14m,外露1.5m),下料長度誤差不大于10cm,下料長度l按下列公式計算:式中:ls———孔深(錨板以下深度,包括錨墊板,cm);lm———錨板厚度(cm);lf———測力計厚度(cm);la———千斤頂以外長度(即工具錨夾片以外長度,cm);ld———千斤頂工作長度(cm)。為使索體塑料外套不受損壞,在編索場地搭1m高與索體同長的支架,6m長內(nèi)錨段搭防雨棚,由專人在支架上進(jìn)行編索工作。內(nèi)錨錨索綁扎前必須對內(nèi)錨固段鋼絞線進(jìn)行清洗,清洗前將索體6m長塑料外套去除,清洗時先用棉紗擦洗掉鋼絞線表面油脂,再將鋼絞線拆開用金屬清洗劑或洗衣粉逐根清洗,確保鋼絞線表面無雜物污物。內(nèi)錨固段對中隔離支架的間距為1m,張拉段對中隔離支架間距為2m。裸露部分的鋼絞線采用無鋅鉛絲綁扎,灌漿管和回漿管與束體綁扎在一起。鋼絞線和灌漿管綁扎時沒有發(fā)生交叉、扭曲和錯位。錨索安裝由錨桿鉆機(jī)配合,人工采用手動葫蘆吊逐步將索體送入孔內(nèi),安裝過程中保證不損壞索體塑料外套,安裝就位后將索體牢固。2.3b灌漿壓力錨固灌漿采用純水泥漿,錨索體入孔就位后,用高壓風(fēng)檢查設(shè)備管路。確認(rèn)進(jìn)漿管、回漿管暢通后即可由進(jìn)漿管進(jìn)行注漿,直至回漿管中返漿為止。灌漿設(shè)備采用350L灰漿攪拌機(jī)制漿,SGB6-100型灌漿泵,采用循環(huán)灌漿管路,閉漿壓力以回漿管壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)。灌漿壓力視不同圍巖情況,本工程采用的灌漿壓力注漿壓力為0.5MPa左右。灌漿結(jié)束時,實際灌漿量大于錨孔理論吃漿量,回漿濃度與進(jìn)漿濃度相同,且閉漿時間不小于5min。錨固灌漿料初凝時間4h,終凝時間5h,其28d的結(jié)石強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度100%,灌漿過程中現(xiàn)場取樣做試塊,通過抗壓強(qiáng)度試驗檢驗漿材的抗壓強(qiáng)度,確定張拉時間為灌漿后28d。2.4莎拉程序(1)千斤頂、工作錨、限位板張拉設(shè)備采用柳州產(chǎn)OVM錨具配套張拉設(shè)備,配套張拉設(shè)備包括:千斤頂、工作錨、限位板。張拉前各張拉機(jī)具(油泵、千斤頂、壓力表、測力計)均已率定。管路正確配套安裝,限位板安裝在工作錨與千斤頂之間,千斤頂?shù)那岸酥箍趯?zhǔn)限位板,保證錨孔對中。(2)鋼絞線伸長值實測計算(1)為保證單根張拉時索體受力均勻,將11根鋼絞線分成6組每一循環(huán)對6組鋼絞線按序?qū)ΨQ張拉至對應(yīng)噸位。(2)張拉噸位分級:0→34.4%P→80%P→100%P→110%P對應(yīng)荷載:0→50kN(初始張拉)→116kN→145kN→160kN(鎖定噸位)對應(yīng)表壓:0→11.4MPa→25.7MPa→32.0MPa→35.2MPa(3)張拉方式:初始張拉(第1循環(huán)):先從錨具中心位置第1組鋼絞線開始張拉,按序?qū)?1根鋼絞線逐根對稱張拉至50kN;第2循環(huán)張拉:在初始張拉結(jié)束后,從第1組開始逐根張拉至第2循環(huán)對應(yīng)噸位116kN。第1組:50kN→116kN,測出伸長值。第2組:50kN→116kN,測出伸長值。第3組:50kN→116kN,測出伸長值。第4組:50kN→116kN,測出伸長值。第5組:50kN→116kN,測出伸長值。第6組:50kN→116kN,測出伸長值。第3循環(huán)張拉:在第2循環(huán)張拉基礎(chǔ)上,從第1組開始逐根張拉至第3循環(huán)對應(yīng)噸位145kN。第1組:116kN→145kN,測出伸長值。第2組:116kN→145kN,測出伸長值。第3組:116kN→145kN,測出伸長值。第4組:116kN→145kN,測出伸長值。第5組:116kN→145kN,測出伸長值。第6組:116kN→145kN,測出伸長值。第4循環(huán)張拉:在第3循環(huán)張拉基礎(chǔ)上,從第1組開始逐根張拉至第4循環(huán)對應(yīng)噸位(鎖定噸位)160kN。第1組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。第2組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。第3組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。第4組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。第5組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。第6組:145kN→160kN,測出伸長值、回縮值。張拉過程中,張拉控制荷載以壓力表讀數(shù)為準(zhǔn),每一循環(huán)持荷時間為2min,最后一循環(huán)穩(wěn)壓3min鎖定,測出回縮值。張拉控制噸位以壓力表讀數(shù)為準(zhǔn),實測出每一級伸長值,與理論伸長值比較,實測伸長誤差均在理論伸長值的10%～-5%之間。伸長誤差計算公式:式中:c———伸長誤差(%);a———實測伸長值(mm);b———理論伸長值(mm)。鋼絞線理論伸長值按下列公式計算:式中:Δl———鋼絞線伸長值(mm);NP———鋼絞線的平均張拉力(kN);l———錨索的自由段(張拉段)長度(mm);AP———鋼絞線的截面面積(mm2);ES———鋼絞線的彈性模量(kN/mm2)。3錨索張拉過程質(zhì)量監(jiān)控3根試驗錨索的張拉數(shù)據(jù)見表1。3根錨索的張拉數(shù)據(jù)明顯地反映出一個共同的問題,即整體張拉鎖定損失較大,已超出設(shè)計要求,且這種損失很穩(wěn)定,約250kN,損失率為張拉值的14%左右,屬于系統(tǒng)損失。通過反復(fù)對比,發(fā)現(xiàn)錨索放張后,鋼絞線回縮值6～9mm,與系統(tǒng)的設(shè)計回縮值基本吻合,且現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)任何能引起應(yīng)力損失過大的因素,錨夾具完好無損,混凝土墊座無裂縫,承壓鋼墊墩無變形,鋼墊墩周圍的巖石無裂縫和和滑移,OVM錨具和預(yù)應(yīng)力鋼絞線均經(jīng)過相關(guān)的檢驗和檢查,證明質(zhì)量合格,滿足施工要求,最后,問題落到了錨索自由段部分的摩擦力上。判斷是由于所有的錨索孔都是垂直向上,安裝過程中使用的是巖錨鉆機(jī)垂直往上頂,這種強(qiáng)力推進(jìn)有可能造成錨索體的彎曲,從而造成錨索體在張拉過程中摩阻較大,放張時,反摩阻形成,理論鎖定值其實由較大的反摩阻和預(yù)應(yīng)力錨板共同承擔(dān),從而引起錨索預(yù)應(yīng)力損失過大,鎖定值偏低。單根循環(huán)往復(fù)式張拉數(shù)據(jù)分析如表2所列。通過對單根鋼絞線循環(huán)往復(fù)式張拉的數(shù)據(jù)分析,明顯的是張拉鎖定值上去了,鎖定損失也在設(shè)計值之內(nèi),損失率最小6.89%,最大10.29%,伸長值和回縮值也滿足設(shè)計要求。根據(jù)繪制的p～x曲線,可以看到,11根鋼絞線實測拉伸曲線集中在一條狹窄條帶中,曲線形態(tài)正常,11根鋼絞線平均彈模189.3GPa,這與國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測試驗中心提供的彈模值(195±10)GPa很接近,反映出鋼絞線受力均勻性良好。在張拉過程中,每一檔荷載施加完備后,張拉損失逐漸減小,最大不超過10%,錨索體中預(yù)應(yīng)力的合力相互調(diào)整,向張拉荷載迅速收斂的特性十分明顯。由于單根往復(fù)式張拉來回重復(fù)放張,改善了錨索體自由段的受力環(huán)境,減小了反摩阻,提高了鎖定效果。預(yù)張拉力的提高,使得鋼絞線趨于平直,減少了預(yù)應(yīng)力的松弛損失。4錨索的張拉及鎖定(1)設(shè)計錨索施工工藝合理,具有可操作性。(2)凈漿、砂漿配合比可使用于生產(chǎn)。(3)試驗錨索所用材料、設(shè)備符合設(shè)計、規(guī)范及施工要求(4)錨索整體張拉至設(shè)計噸位