雅砻江锦屏一级水电站预应力锚索试验研究

罗永葵 程超元 赵志强

(1.四川准达岩土工程有限责任公司 四川成都 610072)

(2.四川省威成工程技术开发有限公司 四川成都 610036)

1 概述

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内的雅砻江干流上的普斯罗沟峡谷段,电站由挡水、泄洪及消能、引水发电等建筑组成。根据锦屏一级水电站边坡存在的深部卸荷、深部裂缝及断层、边坡高陡等复杂的工程地质条件,设计拟采取预应力锚索加固支护措施,为了使预应力锚索加固支护效果满足边坡开挖施工期和运行期的安全稳定要求,须对采用预应力锚索加固支护的边坡进行锚索试验。试验部位选择在左岸导流洞出口部位边坡。针对该部位的大理岩及深部裂缝等不利地质条件进行锚型对比预应力锚索试验。

2 试验目的

锚索试验目的主要为:通过对各类型锚索特性对比,确定锦屏一级电站锚索施工的锚索型式。

3 试验锚索的形式结构

根据工程边坡加固的需要,结合试验部位工程地质条件,选择拉力型预应力锚索 (以下简称“拉力型”)、自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索 (以下简称“单孔多锚头防腐型”)两种型式进行锚固对比试验。

3.1 拉力型预应力锚索结构

拉力型锚索结构见图1。锚固段钢绞线须剥去PE护套并清洗干净后将其绑扎成纺锤形,自由段钢绞线保留PE护套。

3.2 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索结构

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索结构见图2。该锚索主要由导向帽、单锚头、锚板、注浆管、高强低松弛无粘结钢绞线等组成,具有克服锚固段应力集中、有效防腐、有效减小孔径、全孔一次注浆、可进行二次补偿张拉等特点。

4 试验锚索参数设计(表1)

表1 试验锚索参数对照表

5 拉力型锚索与单孔多锚头防腐型锚索的特性对比分析

5.1 锚固段应力测试特性

图1 拉力型锚索结构示意图(无粘结钢绞线)

图2 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索结构示意图

为对比拉力型锚索与单孔多锚头防腐型锚索的锚固段应力分布特性,科学合理选择锚固体系类型,对 F3-2、L 3锚索进行了锚固段应力测试。F3-2锚索为单孔多锚头防腐型锚索,3000kN级,孔径Φ180mm,孔深80m;L3锚索为拉力型锚索,3000kN级,孔径Φ180mm,孔深 80m,锚固段长度 13m。

1)锚固段应力测试结果

(1)单孔多锚头防腐型锚索

在荷载为3000kN时,单孔多锚头防腐型锚索F3-2的锚固段应力测试结果见表2、图3。

表2 荷载为3000kN时F3-2锚索的锚固段应力测试情况表

图3 单孔多锚头防腐型锚索F3-2锚固段应力分布(3000kN)

(2)拉力型锚索

在荷载为3000kN时,拉力型锚索L 3的锚固段应力测试结果见表3、图4。

图4 拉力型锚索L3锚固段应力分布(3000kN)

表3 荷载为3000kN时L3锚索的锚固段应力测试情况表

2)应力特性对比分析

从图3、图4可知:

(1)拉力型锚索L 3的锚固段在0～0.4m内的应力测试元件无数据显示,说明该处附近水泥结石体发生了破坏,导致应力测试元件损坏。拉力型锚索锚固段的这种“各个击破”现象,与紫坪铺水利枢纽工程锚索试验及瀑布沟水电站预应力锚索试验成果相一致。

(2)单孔多锚头防腐型预应力锚索则避免了锚固结石体的破坏。

综上所述,自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索锚固段的应力特性优于拉力型锚索锚固段的应力特性。

5.2 锚索防腐特性比较

(1)拉力型锚索

由于拉力型锚索锚固段存在的“各个击破”现象,钢绞线“暴露”,其被地下水腐蚀将难以避免。

(2)自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索为单孔多锚头防腐型结构,单锚头密封套组件(内部充填满专用防腐脂)与无粘结钢绞线 PE套一起构成了阻水效果十分良好的防渗体系,使钢绞线免遭外界侵蚀,有效地解决锚索防腐问题。

①采用高强无粘结钢绞线,钢绞线为防腐油脂敷裹后用 PE套包裹,使得锚索钢绞线不与 PE套外的水泥结石直接接触,从而免遭外界侵蚀。

②为避免地下水从端头对钢绞线进行侵蚀,对锚固段钢绞线端头进行密封防护。

③采用高标号水泥及孔口阻塞、全孔一次有压注浆技术,形成的水泥结石体的抗压强度、结石密实度、抗渗性等性能指标较高,有利于预应力锚索的防腐。

6 锚索型式推荐

6.1 预应力锚索的发展趋势

当前,预应力锚索的防腐及应力集中问题已引起业内人士的高度重视。国外对预应力锚索的防腐已有研究成果,多段式防腐锚索已越来越多地用于岩土工程施工中。因此,选择和使用具有改善锚固段应力集中、有效防腐等性能特点的锚索已成为预应力锚索发展的必然趋势。

6.2 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索特点

(1)自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索为单孔多锚头防腐型结构,每组锚头分别承担一定荷载,克服了传统锚索荷载作用在一组锚头上的不利现象,应力分布状况为拉压复合型,总锚固力沿锚固段长度分布,改善了应力分布状况和围岩的受力条件,避免了传统拉力型锚索内锚头产生应力集中引起的锈蚀,对长效锚固起到了重要作用。

(2)自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的单锚头密封套组件与无粘结钢绞线PE套一起构成了较好的防渗体系,使钢绞线免遭外界侵蚀,有效地解决了锚索防腐问题。该锚索可在 PE套内自由伸缩,采用全孔一次注浆后再进行张拉,并可在后期进行补偿张拉。

(3)自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的单孔多锚头结构,对复杂及软弱地层适应性强,可根据工程地质特性和锚索吨位大小进行选择,使制作成的锚索体的外径较小,且满足锚固段围岩地质条件及锚固力对锚孔孔径的要求,可有效减小孔径,提高工效,节约成本。1000～6000kN自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的孔径一般为 Ф100～240mm。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索重点地解决了锚索的防腐及应力集中问题,具有改善锚固段应力集中、有效防腐、有效减小孔径等性能特点。无疑,自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索优于拉力型锚索,具有广阔的应用前景以及显著的社会经济效益。

6.3 锦屏一级电站锚索型式推荐

锦屏地质资料及试验锚索成孔情况表明,左岸边坡地质条件复杂,主要结构面为小断层、层间挤压破碎带、深部裂缝及卸荷裂隙,强风化、松弛拉裂的煌斑岩脉上游开挖边坡中出露,往上游向坡体深部延伸。据前期地质调查和勘探揭示,左岸坝头变形拉裂岩体,深部砂板岩岩体松弛拉裂明显,现场观察变形主要表现为倾倒拉裂,也有滑移拉裂、滑移压致拉裂等变形破裂迹象。左岸岸坡岩体风化卸荷强烈,强卸荷下限水平深度一般可达 50～90m,弱卸荷下限水平深度一般 100～160m,最深可达 200余米;深卸荷下限最大水平深度可达约300～330m左右。

根据锦屏复杂的地质条件,推荐使用对复杂及软弱地层适应性强的自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索进行边坡支护处理。

7 致谢

在试验的过程中和论文的撰写过程中,得到很多同仁和学者的帮助,在这里表示忠心的感谢!

1 廖振明.高边坡预应力锚索(杆)试验孔基本试验.公路交通技术,2006(2)

2 王文杰、赵德志、曾进群.松散介质预应力锚索加固机理研究.地下空间,2002(1)

3 柯玉军.锚杆检测技术研究及应用.兰州大学,2006

4 何思明.预应力锚索作用机理研究.西南交通大学,2004

5 夏雄.预应力锚索地梁的设计理论及工程应用.西南交通大学