水利水电工程预应力锚索施工技术的发展与应用.pptx

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索录录 像像播放播放播放播放主要内容水利水电工程预应力锚索发展及应用概况水利水电工程预应力锚索发展及应用概况 预应力锚索类型的新发展预应力锚索类型的新发展 预应力锚索施工技术新进展预应力锚索施工技术新进展1 前言预应力锚索是一种高效、经济、实用的加固技术预应力锚索是一种高效、经济、实用的加固技术 。我我国国从从6060年年代代在在梅梅山山水水库库坝坝肩肩加加固固开开始始应应用用预预应应力力锚锚索索，7070年年代代扩扩展展到到对对闸闸墩墩和和地地下下洞洞室室的的加加固固。近近年年来来，预预应应力力锚锚索索广广泛泛应应用用于于水水利利水水电电、建建筑筑、煤煤炭炭、交交通通等等行行业业领领域域的的边边坡坡加加固固治治理理工工程程中中，尤尤其其是是水水利利水水电电工工程程，广广泛泛应应用用预预应应力力锚锚固固技技术术进进行行高高陡陡边边坡坡、地地下下洞洞室室、大大坝坝基基础础、大大型型弧弧门门的的闸闸墩墩以以及及其其它它水水工工建建筑筑物的加固。物的加固。2 水利水电工程预应力锚索发展及应用概况 2.1 2.1 2.1 2.1 应用领域与范围扩展迅速应用领域与范围扩展迅速应用领域与范围扩展迅速应用领域与范围扩展迅速 梅山水库右岸梅山水库右岸坝基坝基坝基坝基(2400KN(2400KN级预应力锚索级预应力锚索110110根根 )石泉水电站石泉水电站 (5884KN(5884KN级预应力锚索级预应力锚索 )四四川川凉凉山山州州大大桥桥水水库库 “三三洞洞口口”(自自自自由由由由式式式式拉拉拉拉压压压压复复复复合合合合型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索 140140根根1500kN1500kN级及级及1100kN1100kN级级110110根预应力锚索根预应力锚索 )天生桥二级水电站厂房天生桥二级水电站厂房西边坡西边坡西边坡西边坡顶下山包顶下山包滑坡体滑坡体滑坡体滑坡体 漫湾水电站漫湾水电站隔河岩水电站隔河岩水电站 龙羊峡水电站龙羊峡水电站 (10000KN(10000KN级预应力锚索级预应力锚索 )小浪底水电站小浪底水电站 (2000KN(2000KN级锚索，级锚索，3000KN3000KN级锚索级锚索)三峡三峡船闸船闸船闸船闸 (1000KN(1000KN级级229229束，束，3000KN3000KN级级41474147束束 )龙龙羊羊峡峡水水电电站站中中、深深、底底孔孔泄泄洪洪道道闸闸闸闸墩墩墩墩锚锚锚锚索索索索；岩岩滩滩、安康、小浪底和葛洲坝等水电站闸墩锚索。安康、小浪底和葛洲坝等水电站闸墩锚索。隔隔河河岩岩水水电电站站压压力力引引水水隧隧洞洞环环环环锚锚锚锚；小小浪浪底底三三条条排排沙沙洞洞锚索。锚索。小浪底等电站小浪底等电站地下厂房锚索地下厂房锚索地下厂房锚索地下厂房锚索。锦锦屏屏一一级级电电站站、瀑瀑布布沟沟电电站站、紫紫坪坪铺铺水水利利枢枢纽纽工工程程、西西藏藏金金河河水水电电站站、云云南南小小湾湾电电站站、西西藏藏直直孔孔水水电电站站、西西藏藏羊羊湖湖水水电电站站等等工工程程边边坡坡采采用用了了1000KN1000KN3000KN3000KN5000KN5000KN级级自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索进进行行加加固处理。固处理。2.2 2.2 预应力锚固体系的研制取得突破预应力锚固体系的研制取得突破 为为满满足足水水利利水水电电等等施施工工领领域域永永久久锚锚固固的的需需要要，四四川川准准达达岩岩土土工工程程公公司司研研制制开开发发了了自自由由式式拉拉压压复复合合型型预预应应力力锚锚索索、自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索，增增强强了了预预应应力力锚锚索索对对破破破破碎碎碎碎软软软软弱弱弱弱等等等等复杂地层的适应性复杂地层的适应性复杂地层的适应性复杂地层的适应性。2.3 2.3 大大吨吨位位、大大口口径径、超超深深孔孔锚锚索索施施工工水平日益提高水平日益提高 预预应应力力锚锚索索载载荷荷大大多多为为10003000KN。八八十十年年代代后后期期，丰丰满满电电站站提提高高到到6000KN；九九十十年年代代，石石泉泉电电站站锚锚索索载载荷荷提提高高到到8000KN；二二十十世世纪纪末末，李李家家峡峡锚锚索索吨吨位位提提高高到到10000KN。在在锦锦屏屏一一级级电电站站边边坡坡岩岩体体破破碎碎、深深部部裂裂隙隙发发育育等等不不利利地地质质条条件件下下，四四川川准准达达岩岩土土工工程程公公司司施施工工完完成成了了深深达达120m的的3000KN级级自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索以以及及深深达达80m、220大大口口径径的的5000KN级级自自由由式式单单孔多锚头防腐型预应力锚索孔多锚头防腐型预应力锚索。2.4 2.4 标准化建设日益完善标准化建设日益完善为为推推广广应应用用预预应应力力锚锚固固技技术术，提提高高预预应应力力锚锚固固的的效效能能和和技技术术水水平平，促促进进水水电电工工程程锚锚固固技技术术的的发发展展，水水利利水水电电施施工工规规范范逐逐步步完完善善，形形成成了了包包括括水水水水电电电电工工工工程程程程预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚固固固固设设设设计计计计规规规规范范范范（DL/T5176-2003DL/T5176-2003DL/T5176-2003DL/T5176-2003）、水水水水利利利利水水水水电电电电工工工工程程程程预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索施施施施工工工工规规规规范范范范（DL/T5083-2004DL/T5083-2004DL/T5083-2004DL/T5083-2004）、水水水水工工工工预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚固固固固施施施施工工工工规规规规范范范范（SL46-94SL46-94SL46-94SL46-94）、水水水水利利利利水水水水电电电电岩岩岩岩土土土土工工工工程程程程施施施施工工工工及及及及岩岩岩岩体体体体测测测测试试试试造造造造孔孔孔孔规规规规程程程程（DL/T5125-2001DL/T5125-2001DL/T5125-2001DL/T5125-2001）等等一一系列规范，对我国预应力锚索施工起到了指导作用。系列规范，对我国预应力锚索施工起到了指导作用。随随着着技技术术的的不不断断更更新新、进进步步，各各个个规规范范亦亦在在相相应应地地不不不不断补充完善断补充完善断补充完善断补充完善。3 预应力锚索类型的新发展 3.1 预应力锚索新类型预应力锚索新类型 拉拉力力型型锚锚索索拉力分散型拉力分散型压力（分散）型压力（分散）型加波纹管的双层保护式锚索加波纹管的双层保护式锚索自由式拉压复合型预应力锚索自由式拉压复合型预应力锚索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3.1.1 锚索用钢绞线锚索用钢绞线 锚锚索索用用钢钢绞绞线线执执行行预预应应力力混混凝凝土土用用钢钢绞绞线线GB/T5224GB/T5224标标准准、无无粘粘结结预预应应力力钢钢绞绞线线JG161-2004JG161-2004标准。标准。有粘结钢绞线有粘结钢绞线无粘结钢绞线无粘结钢绞线环氧涂层（无粘结）钢绞线环氧涂层（无粘结）钢绞线 3.1.2 拉力（分散）型预应力锚索拉力（分散）型预应力锚索从从锚锚索索结结构构可可知知，拉拉力力型型锚锚索索存存在在锚锚固固段段应应力力集集中中及及锚锚索索防防腐腐性性能差等不足。能差等不足。1 1）拉拉力力型型锚锚索索张张拉拉时时，孔孔壁壁剪剪应应力力只只作作用用在在锚锚固固段段前前端端一一定定范范围围，离离开开前前端端稍稍远远处处孔孔壁壁剪剪应应力力便便急急剧剧减减小小并并迅迅速速趋趋向向于于零零。因因此此，锚固段前端应力集中严重，呈现锚固段前端应力集中严重，呈现锚固段前端应力集中严重，呈现锚固段前端应力集中严重，呈现“各个击破各个击破各个击破各个击破”趋势趋势趋势趋势。2 2）一一一一旦旦旦旦锚锚锚锚固固固固结结结结石石石石体体体体遭遭遭遭到到到到破破破破坏坏坏坏，钢钢钢钢绞绞绞绞线线线线将将将将“暴暴暴暴露露露露”，其其其其被被被被地地地地下下下下水水水水侵侵侵侵蚀将难以避免蚀将难以避免蚀将难以避免蚀将难以避免。拉力（分散）型锚索拉力（分散）型锚索结构示意图如下。结构示意图如下。拉力型拉力型拉力型拉力型锚索锚固段锚索锚固段锚索锚固段锚索锚固段应力分布示意图应力分布示意图应力分布示意图应力分布示意图锚固段前段为拉应力集中区，并逐渐衰弱至后段，易产生剪切破坏。1233.1.3 压力（分散）型预应力锚索压力（分散）型预应力锚索从锚索结构可知：从锚索结构可知：1）压压力力型型预预应应力力锚锚索索的的锚锚锚锚固固固固段段段段底底底底部部部部为为为为压压压压应应应应力力力力集集集集中中中中区区区区，锚锚索索荷荷载载的的大部分作用于该区，易致锚固体压裂破坏。大部分作用于该区，易致锚固体压裂破坏。2）压压力力分分散散型型锚锚索索在在一一定定程程度度上上改改善善了了锚锚固固段段应应力力集集中中状状况况，但但与压力型锚索一样，锚索体端部防腐性不足。与压力型锚索一样，锚索体端部防腐性不足。压力（分散）型锚索压力（分散）型锚索结构示意图如下。结构示意图如下。压力型压力型压力型压力型锚索锚固段应锚索锚固段应锚索锚固段应锚索锚固段应力分布示意图力分布示意图力分布示意图力分布示意图锚固段底部为压应力集中区，易致锚固体压裂破坏。123.1.4 加波纹管的双层保护式锚索加波纹管的双层保护式锚索在在拉拉力力型型锚锚索索体体外外套套上上“波波纹纹管管”制制成成“双双层层保保护护式式”锚锚索索，亦亦存存在在地地下下水水对对锚锚固固段段钢钢绞绞线线的的侵侵蚀蚀的的可可能能性。性。3.1.5 自由式拉压复合型预应力锚索自由式拉压复合型预应力锚索 自自由由式式拉拉压压复复合合型型预预应应力力锚锚索索（以以下下简简称称“拉拉拉拉压压压压复复复复合合合合型锚索型锚索型锚索型锚索”）由四川准达岩土工程公司开发研制。）由四川准达岩土工程公司开发研制。锚锚固固段段锚锚索索体体由由拉拉拉拉力力力力型型型型绞绞绞绞线线线线束束束束与与与与压压压压力力力力型型型型绞绞绞绞线线线线束束束束编编制制加加工工而而成成。拉拉应应力力与与压压应应力力同同时时反反向向存存在在于于锚锚固固段段内内，通通过过拉拉应应力力与与压压应应力力的的相相互互协协调调，使使锚锚固固段段获获得得较较均均匀的应力分布，大幅度降低应力峰值。匀的应力分布，大幅度降低应力峰值。3.1.6 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为有有效效解解决决锚锚索索锚锚固固段段应应力力集集中中状状况况及及锚锚索索防防腐腐问问题题，四四川川准准达达岩岩土土工工程程公公司司开开发发研研制制了了新新型型锚锚索索自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索（以以下下简简称称“单单孔孔多多锚锚头头锚锚索索”）1、自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索主主要要由由导导向向帽帽、单锚头、锚板、注浆管、高强低松弛无粘结钢绞线单锚头、锚板、注浆管、高强低松弛无粘结钢绞线等组成。等组成。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 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基本结构特点基本结构特点如下：如下：1）基基本本（防防腐腐）单单元元：单单锚锚头头。单单锚锚头头由由无无粘粘结结钢钢绞绞线线、挤挤压套及其密封套组件组成，具有良好的防腐性能。压套及其密封套组件组成，具有良好的防腐性能。2）单单孔孔多多锚锚头头结结构构：一一根根锚锚索索由由多多组组锚锚头头构构成成，每每组组锚锚头头包包括括锚锚板板、单单锚锚头头，锚锚头头数数目目及及组组合合结结构构根根据据工工程程地地质质特特性性和和锚锚索吨位大小进行选择。索吨位大小进行选择。3）整体性锚头结构整体性锚头结构：各组锚头连接成为一个整体。：各组锚头连接成为一个整体。单锚头单锚头 3、自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索特点、自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索特点 1)改善锚固段应力集中分布状况改善锚固段应力集中分布状况改善锚固段应力集中分布状况改善锚固段应力集中分布状况自由式单孔多锚头防腐型自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索为预应力锚索为单孔多锚头结构单孔多锚头结构单孔多锚头结构单孔多锚头结构，每组锚头分别承担一定荷载每组锚头分别承担一定荷载每组锚头分别承担一定荷载每组锚头分别承担一定荷载，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，对工程的长效锚固起到了重内锚头产生应力集中引起的锈蚀，对工程的长效锚固起到了重要作用。要作用。2)全程有效防腐全程有效防腐全程有效防腐全程有效防腐单锚头密封套组件与无粘结钢绞线单锚头密封套组件与无粘结钢绞线PE套一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。蚀，有效地解决锚索防腐问题。3)有效减小孔径有效减小孔径有效减小孔径有效减小孔径1000KN6000KN自由式单孔多锚头防腐自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的孔径一般为型预应力锚索的孔径一般为100 220mm。4)二次张拉二次张拉二次张拉二次张拉在全孔一次注浆后张拉，并可进行二次张拉。在全孔一次注浆后张拉，并可进行二次张拉。4、锚索结构相关试验、锚索结构相关试验 1 1）锚头组件静载锚固性能试验）锚头组件静载锚固性能试验）锚头组件静载锚固性能试验）锚头组件静载锚固性能试验 经经四四川川省省建建筑筑工工程程质质量量检检测测中中心心检检测测，自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索锚锚头头组组件件静静载载锚锚固固性性能能指指标标为为：极极限限拉拉力力（262.66KN）时时总总应应变变 apu2.8%，效效率率系系数数 a0.97。检检测测结结论论为为：被被检检试试样样静静载载锚锚固固性性能能 a、apu符符合合GB/T14370-2000的的规定（规定（apu2.0%，a0.95）。）。2 2）单锚头抗渗试验）单锚头抗渗试验）单锚头抗渗试验）单锚头抗渗试验 通通过过高高达达5MPa的的水水压压抗抗渗渗实实验验，证证明明了了单单锚锚头头密密封封套套组组件件与与无无粘粘结结钢钢绞绞线线PE套套一一起起构构成成了了阻阻水水效效果果十十分分良良好好的的防防渗渗体体系系。这这对对锚锚索索体体抗抗地地下下水水侵侵蚀蚀具具有有十十分分重重要要的的意意义义，使使锚锚索索防防腐腐成成为现实。为现实。3.1.7 预应力锚索类型发展趋势预应力锚索类型发展趋势 1 1 1 1、传统预应力锚索存在的问题、传统预应力锚索存在的问题、传统预应力锚索存在的问题、传统预应力锚索存在的问题 1 1 1 1）拉拉拉拉力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索存存在在锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力集集集集中中中中、锚锚锚锚索索索索腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、锚锚锚锚固固固固段段段段长长长长或或或或扩扩扩扩孔孔孔孔及及二二二二次次次次注注注注浆浆浆浆等等问问题题，这这些些问问题题给给预预应应力力锚锚索索施施工工、锚固效果、锚固寿命带来不利影响。锚固效果、锚固寿命带来不利影响。2 2 2 2）压压压压力力力力分分分分散散散散型型型型锚锚锚锚索索索索可可以以改改善善锚锚固固段段应应力力集集中中状状况况，但但地地下下水水可可从从钢钢绞绞线线端端头头对对其其进进行行侵侵蚀蚀。另另外外，其其各各组组锚锚头头仅仅简单地捆扎在一起，使得锚索孔径较大或采用小吨位锚索。简单地捆扎在一起，使得锚索孔径较大或采用小吨位锚索。锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力集集集集中中中中：拉拉拉拉力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索锚锚固固段段前前段段为为拉拉应应力力集集中中区区，并并逐逐渐渐衰衰弱弱至至后后段段，易易产产生生剪剪切切破破坏坏。压压压压力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索锚锚固固段段底底部部为为压压应应力力集集中中区，易致锚固体压裂破坏。区，易致锚固体压裂破坏。锚锚锚锚索索索索腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀（地地地地下下下下水水水水对对对对锚锚锚锚索索索索钢钢钢钢绞绞绞绞线线线线的的的的侵侵侵侵蚀蚀蚀蚀）：a)a)拉拉拉拉力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索锚锚固固段段的的钢绞线是裸露的，存在被地下水侵蚀的可能性。钢绞线是裸露的，存在被地下水侵蚀的可能性。b)b)在在拉拉力力型型锚锚索索体体外外套套上上“波波纹纹管管”制制成成“双双双双层层层层保保保保护护护护式式式式”锚锚锚锚索索索索，依依然然避避免免不不了了地地下下水对锚固段钢绞线的侵蚀。水对锚固段钢绞线的侵蚀。c)c)压压压压力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索在在钢钢绞绞线线外外穿穿上上保保护护套套，将将钢钢绞绞线线与与地地下下水水隔隔离离开开，在在很很大大程程度度上上对对钢钢绞绞线线起起到到了了保保护护作作用用，但地下水可从钢绞线端头对其进行侵蚀。但地下水可从钢绞线端头对其进行侵蚀。有有有有粘粘粘粘结结结结钢钢钢钢绞绞绞绞线线线线需需需需二二二二次次次次注注注注浆浆浆浆问问问问题题题题：采采用用有有粘粘结结钢钢绞绞线线的的锚锚索索注注浆浆须须采采用用二二次次注注浆浆工工艺艺，即即在在锚锚固固段段附附近近卡卡塞塞先先进进行行锚锚固固段段注注浆浆，在在候候强强张张拉拉后后再再进进行行自自由由段段注注浆浆。采采用用此此工工艺艺不不仅仅锚锚固固质质量量不不易易得得到到保保证证，而而且锚索注浆工效低，注浆施工亦不方便。且锚索注浆工效低，注浆施工亦不方便。二次注浆二次注浆示意图示意图预应力锚索锚固段长度或扩孔问题预应力锚索锚固段长度或扩孔问题a a）拉拉力力型型预预应应力力锚锚索索在在内内锚锚固固段段设设计计中中采采用用的的是是剪剪应应力力沿沿内内锚锚固固段段长长度度均均匀匀分布的假设，其计算公式：分布的假设，其计算公式：b b）胶结式内锚固段所提供的锚固力，必须大于预应力锚索的超张拉力。）胶结式内锚固段所提供的锚固力，必须大于预应力锚索的超张拉力。胶胶胶胶结式内锚固段结式内锚固段结式内锚固段结式内锚固段长度长度计算公式：计算公式：式中：式中：0结构的重要性系数；结构的重要性系数；设计状况系数；设计状况系数；d结构系数；结构系数；c黏结强黏结强度分项系数；度分项系数；p锚索张拉力分项系数；锚索张拉力分项系数；P Pm m锚索张拉力；锚索张拉力；D D锚孔直径；锚孔直径；C C胶结材料与孔壁的黏结强度（胶结材料与孔壁的黏结强度（1.51.50.30.3或或0.30.3）。）。c c）拉力型锚索有关试验表明）拉力型锚索有关试验表明“在内锚固段中剪应力既不是均匀分布的，又在内锚固段中剪应力既不是均匀分布的，又在内锚固段中剪应力既不是均匀分布的，又在内锚固段中剪应力既不是均匀分布的，又不是沿全长都受力的，而是在内锚固段口部附近有高度的剪应力集中，存在不是沿全长都受力的，而是在内锚固段口部附近有高度的剪应力集中，存在不是沿全长都受力的，而是在内锚固段口部附近有高度的剪应力集中，存在不是沿全长都受力的，而是在内锚固段口部附近有高度的剪应力集中，存在着各个着各个着各个着各个 击破击破击破击破 现象现象现象现象”，很明显，很明显，增加锚固段长度并不能有效增加锚固力增加锚固段长度并不能有效增加锚固力增加锚固段长度并不能有效增加锚固力增加锚固段长度并不能有效增加锚固力。d d）一一味味增增加加锚锚固固段段长长度度缺缺乏乏科科学学性性，因因此此，就就把把预预应应力力锚锚索索的的锚锚固固段段设设计计成成扩扩大大头头型型或或增增加加锚锚孔孔直直径径，以以期期达达到到提提供供足足够够锚锚固固力力的的目目的的。锚锚索索孔孔施施工工时，就需要时，就需要扩孔增大锚固段孔径，将会导致施工进度慢和工程投资增加扩孔增大锚固段孔径，将会导致施工进度慢和工程投资增加扩孔增大锚固段孔径，将会导致施工进度慢和工程投资增加扩孔增大锚固段孔径，将会导致施工进度慢和工程投资增加。2 2 2 2、锚索类型的发展趋势、锚索类型的发展趋势、锚索类型的发展趋势、锚索类型的发展趋势1 1）传传统统锚锚索索存存在在上上述述问问题题，使使得得其其对对复复杂杂地地层层的的适适应应性性差。差。2 2）当当前前，预预应应力力锚锚索索的的防防防防腐腐腐腐及及及及应应应应力力力力集集集集中中中中问问题题已已引引起起业业内内人士的高度重视。人士的高度重视。因因此此，开开发发和和使使用用具具具具有有有有改改改改善善善善锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力集集集集中中中中、有有有有效效效效防防防防腐腐腐腐、有有有有效效效效减减减减小小小小孔孔孔孔径径径径等等等等性性性性能能能能特特特特点点点点的的的的锚锚锚锚索索索索已已成成为为预预应应力力锚锚索索发发展展的的趋势，比如趋势，比如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。3.2 自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索锚固段应力特性研究锚固段应力特性研究 3.2.1 瀑布沟水电站预应力锚索试验瀑布沟水电站预应力锚索试验 瀑瀑布布沟沟水水电电站站枢枢纽纽区区基基岩岩岩岩体体由由澄澄江江期期花花岗岗岩岩、前前震震旦旦系系浅浅变变质质玄玄武武岩岩和和震震旦旦系系下下统统苏苏雄雄组组凝凝灰灰岩岩及及流流纹纹斑斑岩岩组组成成。岩岩体体断断层层及及构构造造裂裂隙隙发发育育，卸卸荷荷强强烈烈，岩岩体体完完整整性性差差。为为此此，在在左左岸岸泄泄洪洪洞洞出出口口附附近近边边坡坡结结合合永永久久边边坡坡锚锚索索进进行行了了1000KN1000KN1000KN1000KN、2000KN2000KN2000KN2000KN、3000KN3000KN3000KN3000KN级级级级拉拉拉拉力力力力型型型型、单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索对对比比试试验验，共共布布置置锚锚索索2222根根，锚锚索索孔孔径径分分别别为为115mm115mm115mm115mm、140mm140mm140mm140mm、165mm165mm165mm165mm，深深深深度度度度40m40m40m40m60m60m60m60m，锚索孔方向下俯，锚索孔方向下俯，锚索孔方向下俯，锚索孔方向下俯5 5 5 5 。试试验验着着重重对对锚锚锚锚索索索索新新新新结结结结构构构构、新新新新材材材材料料料料进进行行适适应应性性方方面面的的试试验验。根根据据要要求求，亦亦进进行行了了水水水水泥泥泥泥结结结结石石石石体体体体与与与与钢钢钢钢绞绞绞绞线线线线、水水水水泥泥泥泥结结结结石石石石体体体体与与与与岩岩岩岩壁壁壁壁粘粘粘粘结结结结强强强强度度度度试试试试验验验验。试试验验过过程程中中，安安装装锚锚锚锚索索索索测测测测力力力力计计计计、多多多多点点点点位位位位移移移移计计计计分分别别进进行行锚锚索索应力长效监测、边坡变形监测。应力长效监测、边坡变形监测。3.2.2 3.2.2 紫坪铺水利枢纽锚索试验紫坪铺水利枢纽锚索试验紫坪铺水利枢纽锚索试验紫坪铺水利枢纽锚索试验 四四川川省省紫紫坪坪铺铺水水利利枢枢纽纽工工程程边边坡坡地地质质条条件件复复杂杂，岩岩性性为为砂砂岩岩、泥泥质质粉粉砂砂岩岩与与煤煤质质页页岩岩互互层层，含含煤煤层层，强强卸卸荷荷、岩岩体体破破碎碎。为为进进一一步步分分析析研研研研究究究究自自自自由由由由式式式式单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索、拉拉拉拉力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力特特特特性性性性，在在引引水水隧隧洞洞进进口口边边坡坡布布置置试试验验锚锚索索6 6根根，单单根根长长50m50m，3000KN3000KN3000KN3000KN级级级级。拉拉力力型型预预应应力力锚锚索索3 3根根，6m6m、8m8m、10m10m锚锚固固段段长长锚锚索索各各1 1根根，每每根根锚锚索索锚锚固固段段均均布布布布设设设设应应应应变变变变元元元元件件件件测测测测试试试试锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力情情况况，应应力力测测试试范范围围分分别别为为6m6m、8m8m、10m10m；自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索3 3根根，每每根根锚锚索索均均进进行行应应应应力力力力测测测测试试试试，范范围围分分别别为为6m6m、8m8m、10m10m。同同时时，安安装装锚锚锚锚索索索索测测测测力力力力计计计计监监测测拉拉力力型型预预应应力力锚锚索索和和自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应力锚索的锁定荷载的变化情况。应力锚索的锁定荷载的变化情况。锚索试验场地紫坪铺水利枢纽工程引水隧洞进口边坡3.2.3 3.2.3 锦屏水电站锚索试验锦屏水电站锚索试验锦屏水电站锚索试验锦屏水电站锚索试验 锦锦屏屏一一级级水水电电站站位位于于雅雅砻砻江江干干流流普普斯斯罗罗沟沟峡峡谷谷段段，左左岸岸岸岸坡坡岩岩体体风风化化卸卸荷荷强强烈烈。在在左左岸岸导导流流洞洞出出口口部部位位边边坡坡，针针对对该该部部位位的的大大大大理理理理岩岩岩岩及及及及深深深深部部部部裂裂裂裂缝缝缝缝等等不不利利地地质质条条件件进进行行了了深深深深孔孔孔孔锚锚锚锚索索索索、大大大大吨吨吨吨位位位位锚锚锚锚索索索索、锚锚锚锚型对比型对比型对比型对比等预应力锚索试验。等预应力锚索试验。选选择择拉拉拉拉力力力力型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索、自自自自由由由由式式式式单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索两两种种型型式式进进行行锚锚固固对对比比试试验验。拉拉拉拉力力力力型型型型锚锚锚锚索索索索吨吨吨吨位位位位1000KN1000KN1000KN1000KN、2000KN2000KN2000KN2000KN级级级级、3000KN3000KN3000KN3000KN级级级级各各各各1 1 1 1根根根根，钻钻孔孔直直径径115mm115mm、140mm140mm、180mm180mm，孔孔深深分分别别为为40m40m、80m80m、80m80m；自自自自由由由由式式式式单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索吨吨吨吨位位位位2000KN2000KN2000KN2000KN级级级级、3000KN3000KN3000KN3000KN级级级级各各各各2 2 2 2根根根根，钻钻孔孔直直径径分分别别为为140mm140mm、165mm165mm，孔深孔深60m60m、80m80m。拉拉力力型型锚锚索索和和单单孔孔多多锚锚头头锚锚索索安安安安设设设设锚锚锚锚索索索索测测测测力力力力计计计计、锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力测测测测试试试试元元元元件件件件进进进进行行行行锚锚锚锚索索索索应应应应力力力力长长长长效效效效监监监监测测测测、锚锚锚锚固固固固段段段段应应应应力力力力测测测测试试试试。根根据据要要求求，亦亦进进行了行了水泥结石体与钢绞线、水泥结石体与岩壁粘结强度试验水泥结石体与钢绞线、水泥结石体与岩壁粘结强度试验。为为探探索索锦锦屏屏水水电电站站大大大大吨吨吨吨位位位位、超超超超深深深深锚锚锚锚索索索索的的工工程程应应用用效效果果，特特布布置置单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头超超超超常常常常规规规规锚锚锚锚索索索索2 2根根。3000KN3000KN级级1 1根根，钻钻孔孔孔孔径径165mm165mm，孔孔深深深深120m120m120m120m，钻钻孔孔下下倾倾1515；5000KN5000KN5000KN5000KN级级级级1 1根根，钻钻孔孔直直径径220mm220mm220mm220mm，孔孔深深80m80m。锦屏锚索试验布置图锦屏锚索试验布置图安设应力测试元件的锚索体安设应力测试元件的锚索体安设应力测试元件的锚索体安设应力测试元件的锚索体拉力型锚索 单孔多锚头锚索 锚固段应力测试元件布设图锚固段应力测试元件布设图 水泥浆与钢绞线粘结强度试验图水泥浆与钢绞线粘结强度试验图 水泥结石体与岩体粘结强度试验图水泥结石体与岩体粘结强度试验图 3.2.4 3.2.4 大吨位、超深孔锚索孔施工技术大吨位、超深孔锚索孔施工技术大吨位、超深孔锚索孔施工技术大吨位、超深孔锚索孔施工技术针针对对锦锦屏屏水水电电站站钻钻孔孔孔孔径径220mm220mm220mm220mm、孔孔孔孔深深深深80m80m80m80m、钻钻钻钻孔孔孔孔下下下下倾倾倾倾10101010 的的的的5000KN5000KN5000KN5000KN级级级级锚锚锚锚索索索索及及钻钻孔孔孔孔径径165mm165mm165mm165mm、孔孔孔孔深深深深120m120m120m120m、钻钻钻钻孔孔孔孔下下下下倾倾倾倾15151515 的的的的3000KN3000KN3000KN3000KN级级级级锚锚锚锚索索索索的的施施工工难难点点，诸诸如如排排排排渣渣渣渣困困困困难难难难、容容容容易易易易发发发发生生生生掉掉掉掉块块块块卡卡卡卡钻钻钻钻事事事事故故故故、钻钻钻钻进进进进摩摩摩摩擦擦擦擦阻阻阻阻力力力力大大大大等等，我我公公司司精精心心准准备备，选选用用国国国国产产产产大大大大功功功功率率率率液液液液压压压压钻钻钻钻机机机机(100100100100型型型型、YG-80YG-80YG-80YG-80液液液液压压压压锚锚锚锚固固固固钻钻钻钻机机机机等等等等)，通通过过粗粗粗粗径径径径钻钻钻钻具具具具及及及及扶扶扶扶正正正正器器器器、防防防防卡卡卡卡器器器器等等等等系系系系列列列列钻钻钻钻具具具具组组组组合合合合使使使使用用用用，尽尽管管在在成成孔孔过过程程中中多多次次遇遇破破碎碎带带，仍仍按按预预定定计计划划完完成成了了试试验验锚锚索索孔孔施施工工任任务务，达到了设计要求。达到了设计要求。据据此此总总结结完完善善的的施施工工工工艺艺技技术术，为为今今后后公公司司施施工工此此类类锚索积累了宝贵的经验，具有很强的指导作用。锚索积累了宝贵的经验，具有很强的指导作用。3.2.5 大吨位、超深孔锚索应力损失监测大吨位、超深孔锚索应力损失监测5000KN5000KN级单孔多锚头防级单孔多锚头防腐型锚索张拉曲线腐型锚索张拉曲线 5000KN5000KN级锚索预应力级锚索预应力损失率时间曲线损失率时间曲线 120m120m超深单孔多锚头防腐超深单孔多锚头防腐型锚索张拉曲线型锚索张拉曲线 120m120m超深锚索预应力损超深锚索预应力损失率时间曲线失率时间曲线 5000KN级单孔多锚头锚索及120m长锚索的预预预预应应应应力力力力损损损损失失失失值值值值在在在在-3%-3%-3%-3%以以以以内内内内，并趋于稳定，但总体呈下降趋势。大吨位、超深的单孔多锚头锚索的锚固效果良好大吨位、超深的单孔多锚头锚索的锚固效果良好大吨位、超深的单孔多锚头锚索的锚固效果良好大吨位、超深的单孔多锚头锚索的锚固效果良好。拉力型锚索拉力型锚索锚固段应力锚固段应力曲线曲线 （10m10m）自由式单孔自由式单孔多锚头防腐多锚头防腐型锚索锚固型锚索锚固段应力曲线段应力曲线 （10m10m）现场试验现场试验锚固段应力曲线锚固段应力曲线 拉力型锚索拉力型锚索锚固段应力锚固段应力曲线曲线 （8m8m）自由式单孔自由式单孔多锚头防腐多锚头防腐型锚索锚固型锚索锚固段应力曲线段应力曲线 （8m8m）现场试验现场试验锚固段应力曲线锚固段应力曲线 拉力型锚索拉力型锚索锚固段应力锚固段应力曲线曲线 （6m6m）自由式单孔自由式单孔多锚头防腐多锚头防腐型锚索锚固型锚索锚固段应力曲线段应力曲线 （6m6m）现场试验现场试验锚固段应力曲线锚固段应力曲线 3.2.6 锚固段应力特性测试结果与分析锚固段应力特性测试结果与分析 多次试验结果揭示了拉拉力力型型锚锚索索锚锚固固段段存存在在“各各个个击击破破”现现象象及及其其应应力力集集中中的的特特征征。一旦锚固结石体遭到破坏，钢绞线将“暴露”，其被地下水侵蚀将难以避免，势必影响锚索的正常使用。自自自自由由由由式式式式单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索为为为为单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头结结结结构构构构并并并并具具具具有有有有整整整整体体体体性性性性，每每每每组组组组锚锚锚锚头头头头分分分分别别别别承承承承担担担担一一一一定定定定荷荷荷荷载载载载，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，对工程的长效锚固起到了重要作用对工程的长效锚固起到了重要作用对工程的长效锚固起到了重要作用对工程的长效锚固起到了重要作用。由于拉拉力力型型预预应应力力锚锚索索存在应力集中，锚固段呈“各个击破”破坏趋势，较难解决防腐等问题，对对于于永永久久支支护护，不不宜宜选选用用；自自由由式式单单孔孔多多锚锚头头防防腐腐型型预预应应力力锚锚索索改改善善了了锚锚固固段段应应力力集集中中状状况况，解解决了锚索防腐问题，永久支护效果良好决了锚索防腐问题，永久支护效果良好。3.2.7 知识产权及奖励知识产权及奖励 自自自自由由由由式式式式单单单单孔孔孔孔多多多多锚锚锚锚头头头头防防防防腐腐腐腐型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索为四川省重点科技项目成果，经四川省科技厅组织的院院院院士士士士、专专专专家家家家鉴鉴鉴鉴定定定定，其成成成成果果果果属属属属国国国国内内内内首首首首创创创创，总总总总体体体体达达达达到到到到国国国国际际际际领领领领先先先先水水水水平平平平。被授予国国国国家家家家实实实实用用用用新新新新型型型型专专专专利利利利（专利号：ZL 01256700.0）。自自自自由由由由式式式式拉拉拉拉压压压压复复复复合合合合型型型型预预预预应应应应力力力力锚锚锚锚索索索索亦被授予国国国国家家家家实实实实用用用用新新新新型型型型专专专专利利利利（专利号：ZL 98 2 28744.5），并获获获获中中中中国电力科学技术奖国电力科学技术奖国电力科学技术奖国电力科学技术奖。3.3 自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索应用自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索应用 紫坪铺水利枢纽工程边坡锚索紫坪铺水利枢纽工程边坡锚索紫坪铺水利枢纽工程边坡锚索紫坪铺水利枢纽工程边坡锚索紫坪铺水利枢纽工程引水发电隧洞进口、溢洪道及右坝肩边坡设计上千根2000KN、3000KN级自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索进行加固处理。213213国道改线公路滑坡抢险工程边坡锚索国道改线公路滑坡抢险工程边坡锚索国道改线公路滑坡抢险工程边坡锚索国道改线公路滑坡抢险工程边坡锚索紫坪铺水利枢纽工程淹没区内的213国道K1011+350450m等多段滑坡抢险工程布置约300根1000KN2000KN级预应力锚索。边坡处于坡坡、堆堆积积层层的的松松散散体体上，锚索孔采用跟跟管管钻钻进进成孔成孔。金河电站厂房边坡覆盖层锚索金河电站厂房边坡覆盖层锚索金河电站厂房边坡覆盖层锚索金河电站厂房边坡覆盖层锚索西藏金河水电站厂房边边坡坡覆覆盖盖层层设计62根2000KN级锚索。采用跟跟管管钻钻进进成成孔孔技术，有效孔径135mm，孔深58m60m，采用全孔一次有压注浆成功解决了覆盖层锚索注浆难题。小湾电站堆积体锚索小湾电站堆积体锚索小湾电站堆积体锚索小湾电站堆积体锚索云南小湾水电站右坝肩堆堆积积体体厚达40m左右，边坡采用了大量的1800KN级锚索进行加固处理。部部分分锚锚索索采采