浅谈锦屏一级水电站高边坡预应力锚索破坏性试验

水力发电　第３７卷第９期　２０１１年９月　

浅谈锦屏一级水电站高边坡预应力　锚索破￣Ｔ－＇Ｉ生试验　

李加荣　（中国水利水电第七工程局有限公司。四川成都６１００８１）　

摘要：锦屏一级水电站左岸边坡高度大、坡度陡、地质条件复杂，在开挖过程中，采用浅层支护与深层支护相结　合，在整个左岸边坡布置了大量的预应力锚索。为验证岩体预应力锚索设计参数，优化锚索施工工艺，加快施工进　度，并为大规模施工积累经验，在复杂的地质条件下做了预应力锚索破坏性试验（受力性能试验）。试验表明，工程　采用的锚固材料和锚固结构满足安全要求。　关键词：高边坡；预应力锚索；破坏性试验；锦屏一级水电站　

Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　Ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ａｎｃｈｏｒ　Ｃａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ　Ｓｌｏｐｅ　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｌｉ　Ｊｉａｒｏｎｇ　（Ｓｉｎｏｈｙｄｒｏ　Ｂｕｒｅａｕ　７　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６　１００８　１，Ｓｉｅｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌｅｆｔ　ｓｌｏｐｅ　ｏｆ　Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｈｉ　ｇｈ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｐ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｓｈａｌｌｏｗ　ａｎｄ　ｄｅｅｐ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｊｏｉｎｔｌｙ　ａｄｏｐｔｅｄ　ａｎｄ　ａ　ｌａｒｇｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｒｒａｎｇｅｄ．Ｆｏｒ　ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｐｅｅｄｉｎｇ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ．ｔｈｅ　ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｓｔ（ｓｔｒｅｓｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔｓ）ｏｆ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ａｒｅ　ｅｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｕｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｍｅｅｔｓ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｓｌｏｐｅ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ；ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｓｔ；Ｊｉｎｐｉｎｇ　Ｉ　Ｈｙｄｍｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

中图分类号：ＴＶ５５４．ｔ３（２７１）　文献标识码：Ａ　文章编号：０５５９—９３４２（２０１１）０９—００９８—０３　

１工程地质条件及试验选址　１．１工程地质概况　锦屏一级水电站最大坝高３０５　Ｉｎ，是目前世界　上已建和在建的最高拱坝。左岸坝肩开挖边坡长约　５４０　ｎｌ，为反向坡，１　８２０～１　９００　Ｉｎ高程以下为大理　岩，坡度５５ｏ　７０。，以上为砂板岩，坡度４０Ｏ　５０。，　呈山梁与浅沟相问的微地貌特征。坝址区河谷窄深，　为典型的“Ｖ”形峡谷，谷坡相对高差达１　５００～　１　７００　ｍ。坝区内岩体地质构造复杂，断层、层间挤　错动带、节理裂隙发育，且断层规模较大，如左　岸ｆ５、ｆ８、ｆ２断层。坝　谷坡广泛存在卸荷带，左岸　坝肩存在一条深部裂缝。为此，在左岸边坡布置了　大量预应力锚索。　１．２试验选址　为验证岩体预应力锚索设计参数，优化锚索施　丁Ｔ艺，加快施工进度，并为大规模施ｌ丁积累经验，　

四Ｗａｔｅｒ　Ｐｕｗｅｒ　Ｖｏｌ　３７Ｎｏ．９　

在复杂的地质条件下做了预应力锚索破坏性试验　（受力性能试验）。　经察勘，确定锚索破坏性试验区域布置在ｌ　９ｌ５　ｍ高程马道ＰＤ１０号探洞下游侧。试验锚索为１　０００、　２　０００、３　０００　ｋＮ级各一束，锚索长度均为３０　ｍ，　孔距１０　ｍ，钻孔方位角３２０。，下倾８。。　破坏性试验锚索布置在距ＰＤ１０号（桩号０＋　３２７．４６）探硐较近处，该探硐０～７ｌ　ｍ段为Ⅳ　类同　岩．强卸荷，岩体破碎．呈碎裂结构。其中，０～３　ｍ段为Ｔ　一３Ｚ３（２）层变质细砂岩；３－７１　ｒｕ段为Ｔ：一３Ｚ３　（３）层深灰色粉砂质板岩夹灰色薄层及中厚层状变质　细砂岩。卸荷张开拉裂最宽达３０　ｃｍ，裂面多中锈、　张开．局部充填岩块岩屑，裂隙较发育。　

收稿１３期：２０１０—１２—０９　作者简介：李加荣（１９８ｌ一），男，四川　寿人，助理工程师，主　要从事水利水电工程施工及造价管理工作．　于，ＪＵ木－，　伙钟肿Ｘ／Ｘ，Ｊ＼　同　ⅨＪ　｛肛　／Ｊ　糸　ⅨＪ，Ｉ”ｌ工吼寻　２试验锚索结构　试验用预应力锚索为单孑Ｌ多锚头全防腐无粘接　型预应力锚索。锚索破坏性试验设计参数见表１。　表１　锚索破坏性试验设计参数　锚索采用的预应力筋为４＇１５．２４　ｍｍ、强度１　８６０　ＭＰａ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　２７１．８　ｋＮ。　锚索锚墩均为钢筋混凝土结构，采用一级配混　凝土，涅度为Ｃ３５（７　ｄ）。试验使用的锚具为　ＥＳＭ１５—７、ＥＳＭ１５—１２及ＥＳＭ１５～ｌ９，均进行了预应　力筋一锚具组装件静载试验。　３试验方法　３．１　钻孔　（１）采用气动潜孔钻机ＹＸＺ一７０钻进，地质罗　盘调整钻机的动力臂，开孔前采用全站仪进行孑Ｌ位　及方位角的放样，当钻进２０～３０　ｃｍ后校核角度，在　钻进中及时测量孑Ｌ斜并及时纠偏．终孔孔轴偏差不　得大于孔深的２％，方位角偏差不得大于３ｏ：终孔　孑Ｌ深应大于设计孔深４０　ｃｍ，终孔孔径不得小于设　计孔径１０　ｍｍ　（２）采用ＪＪＸ一５型水平测斜仪测斜，确保钻孔　满足设计孔斜要求。　（３）钻孔完毕用高压风冲洗钻孔，将孔内钻渣　吹净后再安装锚索。锚索未能及时安装的应ｘ￣－ｆＬ口　加以保护　３．２钻孔过程中的特殊情况处理　在钻孔过程中，遇到断层破碎带出现塌孑Ｌ、掉　块及漏风等情况时，应立即停止钻进．采用两种方　式进行固结灌浆处理：第一种为边钻边灌，钻孑Ｌ至　无法成孔时即进行该段的固结灌浆，待凝后再进行　一下段的锚索孔钻孔施工，如此循环直至终孑Ｌ；第　二种为先导孔预灌浆，即在锚索孔正上方０．５～１．０　ｍ　范围内钻设先导孔，孔径９１　ｍｍ，先导孔方向与锚　索孔方向一致，钻至无法成孔后进行预灌浆．先导　孔钻灌结束后进行锚索孔的钻孔施工。　３．３锚索制作　锚束制作时，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。使用砂轮切　割机下料，各级锚头钢绞线下料长度　＝锚固段长度　一距第一组锚头的距离　Ｉ＋自由段长度，Ｊ。＋锚墩长度　＋张拉长度Ｌ　。１　０００、２　０００、３　０００　ｋＮ级锚索的　锚固长度分别为６．０、８．０、１０．０　ｍ。锚索制作工艺　为：将钢绞线顺直排列在加工平台上，保持长度一　致；装配挤压头、锚板、托板，制作锚头；安放并　顺直注浆管：自由段在两对中架中间用黑铁丝捆扎，　锚固段在承载板之间用黑铁丝将其捆扎成纺锤型；　在锚索体外侧安置塑料或钢制隔离支架，使预应力　锚索体在钻孔内居中放置；锚固段顶部安装导向帽：　进行编号后妥善放置备用。　３．４锚索安装　经检验合格后，采用人工下锚的方法平稳快速　地安装锚索。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　畅通后再重新安放。　３　５锚墩浇筑　先对锚墩混凝土进行配合比试验及早强剂掺量　试验，再根据配合比拌制混凝土，浇筑过程中，按　试验要求随机取样，确保混凝土性能达到设计要求。　３．６锚索注浆　水泥采用４２．５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一Ⅱ　型记录仪　（１）浆液配合比。锚索注浆的浆液水灰比控制　在０．３８：１～０．４３＂１之间，选择适合的配合比。在确保　锚索孔道注浆浆液满足“７　ｄ结石强度不低于３５　ＭＰａ”这一设计要求的前提下，尽量减小浆液浓度。　（２）注浆方法。自由式单孑Ｌ多锚头防腐型锚索　安装后，通过与锚索捆绑在一起的４，２５　ｍｍＰＶＣ灌　浆管，用３ＳＮＳ高压灌浆泵进行全孔一次灌浆。　３－７锚索张拉　（１）张拉机具。本次试验使用ＹＤＣ２４０Ｑ型、　ＹＤＣ２６０Ｑ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）张拉施工。①锚索张拉在锚固灌浆抗压强　度达到３５　ＭＰａ以上及锚墩混凝土的承载强度达到　３５　ＭＰａ以上后进行。②自由式单孔多锚头防腐型预　应力锚索，由于各根钢绞线长度不等，必须采用单　根张拉方式，先张拉锚具中心部位钢绞线．然后张　拉锚具周边部位钢绞线，按照间隔对称分序进行．　

一个张拉循环完毕再进行下一个循环张拉。③按照　０．２５、０．５０、０．７５、１．０倍设计工作荷载　分级加　载，使整束锚索达到超张拉力１．１倍　（采用　ＹＤＣ２４０Ｑ型千斤顶）；然后再分组逐根按增量荷载　０．１　继续加载（采用Ｙｒ）ＣＺ６ＯＱ型千斤顶），测读　

Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．９豳　每级荷载锚索伸长值，逐步加载至钢绞线断裂或锚　固段产生连续位移，停止该组张拉，进行下一组的　张拉施工。④张拉加载及卸载应缓慢平稳，加载速　率每分钟不宜超过０．１ｒ，一，卸载速率每分钟不宜超　过０．２　一；超张拉时，每根钢绞线每组压力均稳压　５　ｍｉｎ。　（３）张拉过程记录及钢绞线伸长值。直线型锚　索伸长值计算公式为△　＝ＰＬ／ＡＥ。式中，△，Ｊ为锚索　伸长值，ｍｎｌ；Ｐ为预应力钢绞线的平均张拉力，取　张拉端的张拉力与计算截面处扣除孔道摩擦损失后　张拉力的平均值，Ｎ；　为预应力钢绞线从张拉端至　计算截面的孔道长度，ｍｍ；Ｅ为预应力钢绞线的弹　性模量，ＭＰａ；Ａ为预应力钢绞线的截面积，ｍｍ　。　（４）夹片错牙的防范措施。张拉准备阶段钢绞　线清洗后采用防护罩及时保护．将锚垫板的锚孔清　洗干净，每个夹片的打紧程度应均一，且安装夹片　时在夹片外表面涂抹黄油或石蜡。　（５）张拉顺序。①１　０００　ｋＮ级。先张拉第三组　３—１、３—２，再张拉第二组２—１、２—２，最后张拉第一　组１—１、１—２、１—３（见图ｌａ）。②２　０００　ｋＮ级。先　张拉第四组４—１、４—２、４—３，再依次进行第三组３—　１、３—２、３－３，第二组２—１、２—２、２—３及第一组１—　１、１—２、１—３张拉（见图ｌｂ）。⑧３　０００　ｋＮ级。先　张拉第五组５—１、５—２、５－３、５—４，再依次张拉第四　组４一ｌ、４—２、４—３、４—４．第二二三组３一ｌ、３—２、３—３、　３—４．第二组２—１、２—２、２—３、２—４，最后张拉第一　组１—１、ｌ一２、１－３（见图１ｃ）。