某水電站地下廠房巖錨梁載荷試驗(yàn)研究

摘 要：詳細(xì)介紹了某水電站巖錨梁載荷試驗(yàn)過程，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析表明，巖錨梁錨桿應(yīng)力變化主要是由于圍巖二次應(yīng)力調(diào)整及圍巖變形引起的，試驗(yàn)荷載本身引起的增量較小。在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性范圍內(nèi)，巖錨梁滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：巖錨梁；載荷試驗(yàn)；錨桿應(yīng)力；表面應(yīng)變；斷面撓度

水電站地下廠房巖錨梁是通過受力錨桿將鋼筋混凝土吊車梁固定在巖墻上的構(gòu)件，吊車的全部荷載及梁的自重是通過受力錨桿和鋼筋混凝土吊車梁與巖石接觸面上的摩擦力傳到地下廠房巖體。[1]某電站地下主廠房為90m×25m×63m（長(zhǎng)×寬×高），吊車梁最大起重重量為520t，為主廠房的重要構(gòu)件。由于廠房開挖過程中導(dǎo)致巖錨梁結(jié)構(gòu)錨桿應(yīng)力異常，因此，在巖錨梁下部設(shè)有混凝土扶壁墻，以增加巖錨梁的支撐及傳力，確保巖錨梁的安全運(yùn)用。

電廠對(duì)巖錨梁檢查，上游側(cè)巖錨梁共發(fā)現(xiàn)多條裂縫，下游側(cè)巖錨梁共發(fā)現(xiàn)13條裂縫。用裂縫塞尺測(cè)量裂縫，上游側(cè)裂縫最寬達(dá)0.4mm，下游側(cè)最寬達(dá)1.2mm。為了檢測(cè)在裂縫作用下，巖錨梁體的承載能力和安全性，對(duì)巖錨梁進(jìn)行了載荷試驗(yàn)和安全評(píng)價(jià)。

1 儀器布置

為了滿足載荷試驗(yàn)要求，在主廠房上、下游側(cè)的巖錨梁（5個(gè)斷面，每個(gè)斷面在3根巖壁錨桿上共布置7支錨桿應(yīng)力計(jì)）共布置70支錨桿應(yīng)力計(jì)，在5個(gè)觀測(cè)斷面的上、下游側(cè)各布置兩個(gè)測(cè)縫計(jì)（分別布置于結(jié)合面的中部和上部），以監(jiān)測(cè)巖錨梁與巖壁結(jié)合面的張開度，布置見圖1。

為了對(duì)試驗(yàn)荷載作用下巖錨梁的撓度、表面應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，在加載斷面前5.9m（受吊車梁尺寸限制）布置撓度測(cè)點(diǎn)，選擇其中三個(gè)斷面布置應(yīng)變計(jì)。（3#斷面下游面XY32應(yīng)變計(jì)為跨6#縫布置，用于測(cè)試試驗(yàn)過程中6#裂縫的發(fā)展變化情況。

2 巖錨梁試驗(yàn)

2.1 荷載分級(jí)及橋機(jī)運(yùn)行方式

試驗(yàn)荷載分級(jí)見表1，在試驗(yàn)開展前完成所有儀器初始讀數(shù)的采集。每級(jí)荷載加裝完畢后起吊，達(dá)到預(yù)定高度后橋機(jī)按規(guī)定速度運(yùn)行，分別在5個(gè)測(cè)試斷面停留。當(dāng)橋機(jī)運(yùn)行到測(cè)試斷面停下時(shí)，立刻測(cè)一次讀數(shù)，10分鐘后測(cè)下一次讀數(shù)，然后移到下一個(gè)測(cè)試斷面。

2.2 參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)[2]～[3]

錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)超過300MPa的錨桿應(yīng)為計(jì)，通過應(yīng)力增量來控制。其標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)大于等于100%總額定載荷試驗(yàn)時(shí)（520T），正常錨桿最大應(yīng)力增值應(yīng)小于25MPa，當(dāng)小于等于100%總額定荷載試驗(yàn)時(shí)（小于等于520T），正常錨桿最大應(yīng)力增值應(yīng)小于15MPa。

錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)低于300MPa，標(biāo)準(zhǔn)如下：錨桿應(yīng)力不大于340MPa。

測(cè)縫計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：（1）當(dāng)大于等于100%總額定載荷試驗(yàn)時(shí)（500T），相應(yīng)巖壁吊車梁本身以及巖壁吊車梁與巖壁之間的測(cè)縫計(jì)最大裂縫增值應(yīng)小于0.3mm。（2）當(dāng)小于等于100%總額定荷載試驗(yàn)時(shí)（小于等于520T），其巖壁吊車梁本身及巖壁吊車梁與巖壁之間的最大裂縫增值應(yīng)小于0.2mm。

3 試驗(yàn)成果分析

由于3#斷面下游面巖錨梁上分布裂縫較為密集，6#裂縫（裂縫最寬，延伸最長(zhǎng)）位于該位置，其對(duì)巖錨梁整體結(jié)構(gòu)的損壞最大，該斷面為試驗(yàn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面，因此，選取該斷面試驗(yàn)成果進(jìn)行分析。

3#斷面撓度、應(yīng)變及裂縫變形測(cè)試結(jié)果見表2，錨桿應(yīng)力計(jì)及測(cè)縫計(jì)成果見表3。

在下游側(cè)巖錨梁3#斷面下游面布置6塊應(yīng)變計(jì)，試驗(yàn)成果見圖2，其中巖錨梁頂面及側(cè)面上部布置3塊應(yīng)變計(jì)（編號(hào)XY31、XY34、XY35），最大荷載（590t）作用下應(yīng)變?yōu)?με～11με，為拉應(yīng)變；巖錨梁側(cè)面下部3塊應(yīng)變計(jì)（編號(hào)XY33、XY36、XY37），最大荷載作用下應(yīng)變?yōu)?με～7με，均為壓應(yīng)變。試驗(yàn)成果表明：測(cè)試的3個(gè)斷面應(yīng)變值均在12με內(nèi)，變化基本處于線性階段，說明最大試驗(yàn)荷載作用下巖錨梁仍處于安全狀態(tài)。

試驗(yàn)表明巖錨梁體頂面及側(cè)面的上部以拉應(yīng)變?yōu)橹鳎瑤r錨梁側(cè)面下部以壓應(yīng)變?yōu)橹鳌?/p>

3.1 撓度測(cè)量成果分析

3#斷面下游面撓度測(cè)量成果圖見圖3，最大荷載作用下?lián)隙葹?.72mm，殘余撓度0.38mm，從撓度曲線圖上可以看出，在試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙忍幱诰€彈性工作范圍內(nèi)。

撓度測(cè)量成果是以巖錨梁各級(jí)荷載下總的撓度（殘余撓度）變化進(jìn)行分析的，這反映了巖錨梁的實(shí)際撓度（殘余撓度）情況。殘余撓度結(jié)果偏大，主要是由于試驗(yàn)前預(yù)載不充分，巖錨梁結(jié)構(gòu)本身存在的縫隙在高荷載作用下壓密所致。

3.2 3#斷面6#裂縫變形測(cè)試結(jié)果分析

6#裂縫為下游側(cè)巖錨梁裂縫最大的裂縫，且為斜縫，為本次檢測(cè)的重點(diǎn)部位。其變形測(cè)試成果見圖4，通過跨6#裂縫布置應(yīng)變計(jì)，其最大裂縫變形為0.0068mm，變形極其微小，說明在荷載作用下裂縫受到的影響較小，對(duì)巖錨梁體并沒有產(chǎn)生較大的破壞作用。

3.3 錨桿應(yīng)力計(jì)和測(cè)縫計(jì)測(cè)試結(jié)果分析

3#斷面下游面4塊承受壓力錨桿應(yīng)力計(jì)正常工作，最大荷載作用下應(yīng)力增量為0.03MPa～1.06MPa，殘余應(yīng)力增量為0MPa～0.37MPa。測(cè)縫計(jì)無變化，增量為0mm。

通過對(duì)監(jiān)測(cè)儀器成果分析可得：錨桿應(yīng)力計(jì)變化量基本小于1MPa，其殘余應(yīng)力均小于0.5MPa（除CASY3X_2錨桿應(yīng)力計(jì)大于1MPa，但小于3MPa）。測(cè)縫計(jì)沒有任何變化，遠(yuǎn)小于錨桿應(yīng)力計(jì)和測(cè)縫計(jì)的警戒值。在試驗(yàn)過程中，錨桿應(yīng)力計(jì)隨試驗(yàn)荷載增加有規(guī)律的增大，說明儀器處于正常工作狀態(tài)，但應(yīng)力增量很小，在試驗(yàn)荷載作用下，錨桿并沒有承受很大的應(yīng)力，同時(shí)承受拉力錨桿應(yīng)力增量明顯大于承受壓力錨桿應(yīng)力增量。分析認(rèn)為主要由下述原因引起：

（1） 扶壁墻的作用：由于在巖錨梁下增加了扶壁墻，使巖錨梁在試驗(yàn)荷載作用下的受力狀態(tài)發(fā)生變化，大部分荷載通過扶壁墻傳遞到巖體。

（2） 圍巖變形的影響：通過圖5、圖6可以看出，錨桿應(yīng)力計(jì)應(yīng)力隨時(shí)間逐步變大，其變化幅度超過試驗(yàn)中的錨桿應(yīng)力計(jì)變化值，這主要是由于圍巖變形和應(yīng)力重分布引起的，其對(duì)錨桿應(yīng)力的影響超過了試驗(yàn)荷載作用的影響。

4 結(jié)論

（1）巖錨梁錨桿應(yīng)力變化主要是由于圍巖二次應(yīng)力調(diào)整及圍巖變形引起的，試驗(yàn)荷載本身引起的增量較小。

（2）巖錨梁載荷試驗(yàn)全過程中各級(jí)荷載作用下，錨桿應(yīng)力計(jì)、測(cè)縫計(jì)的變化均小于控制標(biāo)準(zhǔn)，表面撓度測(cè)量曲線、應(yīng)變測(cè)量曲線基本處于線性狀態(tài)，說明巖錨梁受力狀態(tài)處于彈性范圍內(nèi)。

（3）試驗(yàn)過程中6#裂縫變形量微小，說明其裂縫對(duì)巖錨梁的工作狀態(tài)影響較小，試驗(yàn)荷載最高為590t，設(shè)計(jì)荷載為520t，說明開裂后的巖錨梁仍滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]谷兆祺，李新新，郭軍.挪威水電站工程經(jīng)驗(yàn)介紹[M].Trondheim ：Tapir publishers，1985.

[2]字陳波，林金旭.漫彎水電站二期工程地下廠房巖壁吊車梁承載試驗(yàn)研究[J].水力發(fā)電，2007，33（5）：6974.

[3]黃志鵬，周江平，徐愛平，赫曉光，董燕君.錦屏一級(jí)電站地下廠房巖錨梁載荷試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2011，32（1）：471475.

作者簡(jiǎn)介：[BP（]袁曉俊（1977），女，講師，中國水利電力對(duì)外有限公司從事項(xiàng)目管理工作；[BP）]袁曉俊（1977），女，河南孟津人，講師，從事項(xiàng)目管理工作。