楊房溝水電站地下洞室預(yù)應(yīng)力錨索多循環(huán)驗收試驗研究

羅立博

(長江水利委員會工程建設(shè)監(jiān)理中心(湖北)，武漢，430010)

1 概述

楊房溝水電站為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大(1)型。擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩頂高程2102.00m，正常蓄水位2094m，最大壩高155.00m。地下廠房采用首部開發(fā)方式，電站總裝機容量1500MW，安裝4臺375MW的混流式水輪發(fā)電機組。

楊房溝水電站地下洞室群規(guī)模大，洞室密集，區(qū)域內(nèi)洞室多、巖體挖空率高，設(shè)計斷面大于100的大跨度、大斷面洞室多達(dá)19條，高邊墻、洞間巖柱穩(wěn)定問題突出。

1.1 地質(zhì)條件

楊房溝水電站地下洞群圍巖巖性為淺灰色花崗閃長巖，呈微風(fēng)化～新鮮狀，巖質(zhì)堅硬，巖石的單軸飽和抗壓強度在80MPa～100MPa之間。地下洞群地應(yīng)力屬中等應(yīng)力區(qū)，廠區(qū)最大主應(yīng)力σ1值為12.62MPa～13.04MPa，但是由于上覆巖體較厚，開挖過程中可能出現(xiàn)輕微巖爆。廠區(qū)三大洞室、圍巖以Ⅱ類、Ⅲ類為主，但是受f47-17、f47-18、f47-22、f47-23、f47-27、f47-28、f47-29等斷層和優(yōu)勢節(jié)理①、②、③構(gòu)成不利組合或楔形體，圍巖穩(wěn)定和安全問題突出。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨索的類型與構(gòu)造

楊房溝水電站地下洞室錨索設(shè)計為無粘結(jié)拉力型預(yù)應(yīng)力錨索，間排距4.5m，網(wǎng)格布置共1342束。預(yù)應(yīng)力錨索類型以T=2000kN，L=20m/25m為主。錨索設(shè)計荷載為P，鎖定荷載為P′，P′=0.7P，最大超張拉荷載為1.2P。

1.3 預(yù)應(yīng)力錨索驗收試驗單位

根據(jù)《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)第12.1.20條規(guī)定：“錨桿多循環(huán)張拉驗收試驗應(yīng)由業(yè)主委托第三方負(fù)責(zé)實施”。楊房溝水電站主變洞錨索多循環(huán)驗收試驗由業(yè)主委托長江巖土第三方物探及灌漿檢測中心實施。

2 錨索多循環(huán)驗收試驗的依據(jù)、目的及合格標(biāo)準(zhǔn)

2.1 驗收試驗的依據(jù)

《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)第12.1.19條規(guī)定：“工程錨桿(索)必須進行驗收試驗。其中占錨索總量5%且不少于3根的錨索應(yīng)進行多循環(huán)張拉驗收試驗，占錨索總量95%的錨索應(yīng)進行單循環(huán)張拉驗收試驗”。

2.2 驗收試驗?zāi)康?/h3>

預(yù)應(yīng)力錨索驗收試驗的目的是檢驗錨索的抗拉承載力、筋體受拉自由段長度和蠕變率能否滿足設(shè)計與規(guī)范要求，判別錨索質(zhì)量是否合格。

2.3 驗收試驗合格標(biāo)準(zhǔn)

(1)最大試驗荷載作用下，在規(guī)定的持荷時間內(nèi)錨索的位移增量應(yīng)小于1.0mm，不能滿足時，則增加持荷時間至60min，錨索累計位移增量應(yīng)小于2.0mm。

(2)在最大試驗荷載作用下，所測得的彈性位移應(yīng)大于錨索自由段長度理論彈性伸長值的90%，且應(yīng)小于自由段長度與1/3錨固段之和的理論彈性伸長值。

3 錨索多循環(huán)驗收試驗工藝

3.1 驗收試驗錨索的選擇

楊房溝水電站主變洞上下游側(cè)2000m高程，錨索施工總數(shù)為66根。根據(jù)《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)，預(yù)應(yīng)力錨索多循環(huán)張拉試驗按5%抽檢且不少于3根的要求，共抽檢4根錨索。抽檢錨索編號見表1。

表1 主變洞上下游側(cè)多循環(huán)張拉試驗抽檢錨索參數(shù)

3.2 驗收試驗準(zhǔn)備

3.2.1 張拉機具的選擇

為客觀準(zhǔn)確反映楊房溝水電站地下洞室試驗錨索多循環(huán)驗收試驗，選用與正常施工一致的YCD300千斤頂與DL-1200型智能油源系統(tǒng)。

驗收試驗張拉前依據(jù)試驗張拉設(shè)備標(biāo)定的回歸方程(例：Y=0.0265X+0.15，實際施工中應(yīng)根據(jù)所使用張拉設(shè)備標(biāo)定的檢測報告選取)，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，明確張拉順序。

3.2.2 理論彈性伸長值計算

錨索理論彈性伸長值ΔL計算公式：

式中：P——預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉力，N；

L——預(yù)應(yīng)力鋼絞線從張拉端至計算截面的孔道長度，mm；

A——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面積，mm2；

E——預(yù)應(yīng)力鋼絞線彈性模量，MPa。

由表2可得：最大試驗荷載(1.2倍設(shè)計拉力值)所測得的位移量L1與本循環(huán)卸荷至0.1P時所測得的位移量L2之差ΔL(ΔL=L1-L2)為最大荷載錨索彈性位移，應(yīng)大于該荷載作用下自由段長度預(yù)應(yīng)力錨索理論彈性伸長值的90%，且小于自由段長度與1/3錨固段長度之和的預(yù)應(yīng)力錨索的理論彈性伸長值。

表2 錨索多循環(huán)張拉驗收試驗理論伸長值參數(shù)(以SM2-9#預(yù)應(yīng)力錨索為例)

根據(jù)上述理論伸長值計算，選取的試驗錨索SM2-9#、SM2-25#、XM2-5#、XM2-25#錨索張拉至設(shè)計荷載120%時的彈性伸長值ΔL的范圍分別為：90.42mm<ΔL<120.00mm、88.61mm<ΔL<117.60mm、89.06mm<ΔL<118.19mm、89.96mm<ΔL<119.39mm。

3.3 錨索多循環(huán)張拉驗收試驗程序

(1)預(yù)張拉:錨索正式張拉前，先施加0.1P′的預(yù)緊荷載，對鋼絞線進行逐根對稱張拉，使每根鋼絞線受力均勻，起到調(diào)直對中的作用。

(2)對錨索進行整體分級張拉驗收的加荷、持荷、卸荷方式按圖1的規(guī)定實施。初始荷載為錨索拉力設(shè)計值P′的0.1倍(以后各級分別取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2倍)，各級持荷時間為10min。加荷速度為50kN/min～100kN/min；卸荷速度為100kN/min～200kN/min。每級荷載10min的持荷時間內(nèi)，按持荷1min、3min、5min、10min測讀一次錨頭位移值。

(3)記錄每級錨頭位移讀數(shù)，并整理錨索多循環(huán)張拉驗收試驗結(jié)果,繪制荷載-位移曲線圖、荷載-彈性位移曲線圖和荷載-塑性位移曲線圖。如圖2所示。

時間t(min)

圖2 錨索多循環(huán)張拉驗收試驗荷載(N)-位移(δ)曲線

4 錨索多循環(huán)張拉驗收試驗成果與分析

4.1 最大試驗荷載作用下的位移量

在1.2倍設(shè)計拉力值作用下，持荷時間為10min，SM2-9#、SM2-25#、XM2-5#、XM2-25#錨索位移增量均在1mm以內(nèi)。

4.2 多循環(huán)張拉試驗伸長值分析

1.2倍設(shè)計拉力值下SM2-9#錨索實際伸長值為90.68mm，滿足上述的90.42mm<ΔL<120.00mm的范圍要求；SM2-25#錨索實際伸長值為90.14mm，滿足上述的88.61mm<ΔL<117.60mm的范圍要求；XM2-5#錨索實際伸長值為94.06mm，滿足上述的89.06mm<ΔL<118.19mm的范圍要求；XM2-25#錨索實際伸長值為95.04mm，滿足上述的89.96mm<ΔL<119.39mm的范圍要求。

4.3 荷載-位移曲線圖繪制

楊房溝水電站主變洞錨索多循環(huán)驗收試驗完成后，以SM2-9#錨索試驗成果為例繪制的荷載(N)-位移(δ)曲線圖、荷載(N)-彈性位移(δe)曲線圖和荷載-塑性位移(δp)曲線圖見圖3。

圖3 SM2-9#錨索多循環(huán)張拉驗收試驗荷載(N)-位移(δ)曲線、荷載(N)-彈性位移(δe)曲線和荷載-塑性位移(δp)曲線

5 結(jié)論

(1)根據(jù)《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50086-2015)要求及楊房溝水電站主變洞錨索多循環(huán)驗收試驗結(jié)果分析，本次主變洞上下游側(cè)高程為2000m部位抽檢的SM2-9#、SM2-25#、XM2-5#、XM2-25#錨索多循環(huán)張拉驗收試驗過程及成果符合規(guī)范要求。

(2)楊房溝水電站主變洞錨索多循環(huán)驗收試驗成果表明楊房溝水電站主變洞錨索的抗拉承載力，筋體受拉自由段長度和蠕變率滿足設(shè)計與規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)應(yīng)力錨索多循環(huán)驗收試驗預(yù)期目的。

(3)楊房溝水電站地下洞室錨索多循環(huán)張拉驗收試驗由業(yè)主委托第三方負(fù)責(zé)實施，是確保地下洞室錨索設(shè)計與施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求的重要手段和重要保障措施。楊房溝水電站主變洞錨索多循環(huán)驗收試驗為今后類似工程積累了經(jīng)驗。