《锦屏一级水电站预应力锚索破坏性试验与分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锦屏一级水电站预应力锚索破坏性试验与分析（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、屏一级水电站预应力锚索破坏性试验与分析武三宝 刘小静中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都，611130）【摘要】锦屏一级水电站高边坡在左岸1780m高程以上广泛分布了不良地质结构体，设计上采 用了布置数量众多、规模宏大的压力分散型预应力锚索作为边坡加固的主要手段之一。通过对边坡 锚索破坏性试验，验证了该类型锚索机构的合理性，锚固单元体受力性能的适应性，施工工艺的可 操作性及锚索受力破坏特征，并对破坏性试验进行了统计分析，通过一年多的监测数据反映，边坡 整体稳定，该支护类型已得到广泛的推广。【关键词】 锦屏一级水电站 高边坡 预应力锚索 破坏性 试验 分析1 工程概述锦屏一级水电站位于四川省
2、凉山彝族自治州木里县和盐源县交界处的雅砻江大河 湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头水库，距河 口 358km ，距西昌市直线距离约 75km 。工程枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝（包括 水垫塘和二道坝）、右岸泄洪洞、右岸引水发电系统及地面出线场等组成。等级为I等 工程，主要水工建筑物为 1 级。2 施工概况大坝左岸CII标段区基岩为三叠系中上统杂谷脑组第三段变质砂岩与板岩互层，岩性、层厚变化较大，岩石组合较复杂；岩体内层面、层间挤压错动带、断层及节理裂 隙发育；谷坡深部岩体内地应力高，浅表部岩体由于应力释放卸荷松弛强烈，且标段 区岸坡深部存在深部裂缝；这些因素构成
3、了影响岩体质量及其力学性质的主要地质因 素。根据设计单位设计通知、设计技术、规程规范要求等文件精神，于 2007 年 10 月26日2007年12月25日组织进行了锚索破坏性试验的施工。由于破坏性试验不得在实际锚固工程部位进行，应选择有代表性的、且与锚固工程条件相似的部位进行。试验锚索分别为1000KN级、2000KN级、3000KN级各一根， 锚索长度均为30m,孔距为6.5m，钻孔方位角为320，下倾8。3 试验锚索结构3.1 试验锚索为单孔多锚头全防腐无粘接型预应力锚索，设计荷载为 1000KN、 2000KN、 3000KN 三种级别。3.2锚索采用的预应力筋为15.24mm,强度为1
4、860MPa的低松弛高强度无粘结钢绞线。试验前对钢绞线材质和力学性能进行检验，钢绞线的破断力达到271.8KN。3.3锚索锚墩均为钢筋混凝土结构，采用一级配混凝土，强度为C35 (7d)。试验 采用的锚具均进行了预应力筋锚具组装件静载试验。4 主要试验方法4.1 钻进方法采用气动潜孔钻机YXZ-70钻进，锚索钻孔前，先根据锚索试验孔的位置和角度要 求，采用全站仪调整钻机的动力臂，待钻机角度调整到设计要求时，再进行钻孔施工， 钻孔过程中及时校核钻机动力臂的角度。锚索试验孔造孔过程中，根据地层的变化，随时调整钻孔参数和钻孔工艺，以提 高造孔工效。钻孔完毕，应用高压风冲洗钻孔，直至将孔内钻渣吹净后再
5、安装锚索。 锚索未能及时安装的，及时对孔口加以保护。4.2 锚索制作采用 1860MPa 级低松弛高强度无粘结钢绞线制作锚束，其内锚固段由专门制作的 承载板和钢铰线构成多锚头防腐型锚固结构。编束时每根钢绞线锚固段剥去PE套，油 脂应清洗干净直至手感无油腻有涩感且表面乌黑发亮为止，然后将承载板套入钢绞线 中，承载板应与带PE套的钢绞线紧密结合，再安装带弹簧丝作垫圈的挤压套进行挤压。 当该组所有钢绞线挤压完成后进行保护罩安装，保护罩内填注饱满防腐油脂。同时钢 绞线与承载板穿孔处涂抹玻璃胶进行密封和防腐处理，防止水泥浆液进行保护罩内。4.3 锚索安装经检验合格后的锚索方可下入孔内，采用人工下锚的方法
6、平稳快速地安装锚索。 下锚过程注意保护锚索附件，保证在将锚束体推至预定深度后注浆管畅通，否则拔出 锚索体处理畅通后重新安放。4.4 锚墩浇筑锚墩浇筑施工时，先在孔口安装锚垫板、钢套管、结构钢筋等预埋件，锚垫板安 装时必须保证垫板平面与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中，并将套管与孔道间的 空隙密封。锚墩模板采用自制定型模板，现场采用人工下料溜槽入仓，插入式振动棒 振捣。4.5 锚索注浆锚索注浆材料采用强度等级为 42.5 的普通硅酸盐水泥，制浆设备采用 NJ00 高速 搅拌槽，注浆采用3SNS灌浆泵和HT- II型记录仪。4.6 锚索张拉( 1)张拉机具本次实验锚索使用YDC240Q型、YDC2
7、60Q型千斤顶与油表对应进行单根钢绞线对称循环张拉，张拉油泵采用 ZB4-500S 型电动油泵。(2)夹片错牙的防范措施张拉准备阶段钢绞线清洗后应采用防护罩及时保护，锚垫板的锚孔应清洗干净、 每个夹片打紧程度应均一，且安装夹片时应在夹片外表面涂抹黄油或石蜡；张拉过程 中，操作人员应严格按照规范操作，特别锚索张拉升压、卸载过程严禁过快。5 试验成果的整理与分析5.1 试验数据整理分析表 5-1 锚索破坏性试验数据整理分析表锚索 类型钢绞线 编号设计荷 载P (KN)理论极限 荷载Pm(KN)破坏荷载Pu (KN)安全系数K0破坏时材料强度 使用系数E1000KN3-110001902.6271.
8、431.900.9493-2271.431.900.9492-1271.431.900.9492-2271.431.900.9491-12621.830.9161-2252.51.770.8831-3266.81.870.933合计1867.021.870.9322000KN4-120003261.6283.31.700.994-2271.51.630.9494-3266.81.600.9333-1271.51.630.9493-22811.690.9823-3266.671.600.9322-1269.11.610.9412-2271.51.630.9492-3276.31.660.9661
9、-1276.31.660.9661-2266.81.600.9331-32811.690.982合计3281.771.640.9563000KN5-130005164.2262.011.660.9165-2276.271.750.9665-3276.271.750.9665-4276.271.750.9664-1268.431.700.9384-2268.431.700.9384-3283.391.790.9914-4283.871.800.992锚索 类型钢绞线 编号设计荷 载P （KN）理论极限 荷载Pm（KN）破坏荷载Pu （KN）安全系数K0破坏时材料强度 使用系数g3-1268.43
10、1.700.9383-2268.431.700.9383-3271.511.720.9493-4281.021.780.9822-1275.321.740.9622-2268.431.700.9382-3281.021.780.9822-4281.021.780.9821-1276.271.750.9661-2278.641.760.9741-3268.431.700.938合计5213.461740.9595.2 锚索破坏类型及现象试验锚索张拉在千斤顶的共三束，全部张拉断裂共计38 根钢绞线，均属于预应力 筋破断型破坏，锚固段滑移及承载体被压破碎而使锚索丧失承载能力的现象均未发生。破坏型锚索
11、在极限状态时，锚索钢绞线在张拉过程中，没有显著征兆的情况下突 然发生压力下降，而整根钢绞线随之断裂。锚索断裂位置一般在有夹片刻痕且刻痕较 深的部位首先断丝，继而该钢绞线其他钢丝因钢绞线整体受力面积突然减小，在有刻 痕的部位发生断裂，个别钢丝存在颈缩现象（塑性破坏）。从锚索单根钢绞线断裂后观 察，1000KN、2000KN及3000KN钢绞线断裂均符合上述断裂规律。本次张拉过程中均无 钢绞线滑移现象，充分说明锚索注浆体及锚墩强度能满足设计预期要求。5.3 锚索的安全系数根据表5-1收集钢绞线实测极限荷载（Pu）和锚索设计荷载（P）,可算出试验锚 索的安全储备。安全系数K0按以下公式计算：K0=P
12、u/ P通过公式可算得1OOOKN、2000KN及3000KN级锚索单根钢绞线的安全系数和整束 锚索的平均安全系数。锚索整体平均安全系数分别为 1.87、 1.64、 1.74。5.4 材料强度使用系数锚索钢绞线破坏时的材料强度使用系数（g），主要反映的是锚索预应力钢绞线在 破坏时，能被使用的程度，其计算公式按下式计算：g =n Pu/ Pm （n为实测锚固效率取0.95）它与束体结构、锚索施工工艺、预应力钢绞线受力的均匀性等因素有关，本次试 验的材料强度使用系数均较高，1OOOKN、2000KN及3000KN级锚索整体平均材料强度使 用系数分别为 0.932、 0.956、 0.959。5.
13、5 破坏性试验锚索拉伸曲线经分析可以看出，较短锚索伸长值在0110%。c拉力下，钢绞线伸长值大多数在 设计允许范围之内，仅有少部分钢绞线因受孔道内不顺直、孔道摩阻力等因素影响而 发生偏离理论伸长值允许上下限范围。5.6 锚索张拉力与锚固力对应关系从1000KN级锚索破坏性试验分阶段张拉力对比图中可以看出，锚索锁定力均小于 张拉力，锚索整体张拉至设计锚固力的 110%时，实际锚固力仅为张拉力的 93.1%（设 计锚固力的 102.5%），随着张拉力的逐渐增加，实际锚固力与张拉力的比值逐步降低， 其比值如下表所示。表 5-21000KN 锚索实际锚固力与张拉力对比组数110%6c120%6c130
14、%6c140%6c150%6c160%6c170%6c180%6c第3组93.1%91.4%91.4%91.1%90.4%89.8%88.9%88.3%第2组93.1%87.0%85.3%85.4%85.6%85.3%85.3%85.4%第1组93.1%84.9%81.2%82.7%81.2%81.1%80.5%从2000KN级锚索破坏性试验分阶段张拉力对比图中可以看出，锚索锁定力均小于 张拉力，锚索整体张拉至张拉力的 110%时，实际锚固力仅为张拉力的 91.9%（设计锚 固力的 104.6%），随着张拉力的逐渐增加，实际锚固力与张拉力的比值变化不大，其比 值如下表所示。表5-32000KN锚索实际锚固力与张拉力对比组数110%6 c120%6 c130%6 c140%6 c150%6 c160%6 c第4组91.9%89.9%89.9%89.9%89.8%89.4%第3组91.9%87.2%86.8%86.4%86.8%86.3%第2组91.9%84.7%85.1%
