杨房沟水电站大坝边坡压力分散型预应力锚索张拉验收试验研究

2023-07-18姚行

水利水电快报 2023年13期

姚行

摘要：

为充分验证预应力锚索张拉后持力情况，保证锚索张拉受力后荷载损失、锚固段位移满足规范要求，在杨房沟水电站工程坝肩边坡压力分散型锚索张拉施工中，严格按照最新规范要求进行了单循环和多循环张拉验收试验。结果表明：正常施工条件下，锚索持荷状态下的位移增量、锚固段弹性、塑性位移等参数均能满足规范相关要求。试验证明了锚索张拉前各工序的施工质量满足要求，分析出施工中存在的问题，并验证了差异补偿张拉方法在压力分散型锚索验收试验中的适用性。

关键词：

压力分散型锚索；单循环张拉验收试验；多循环张拉验收试验；杨房沟水电站

中图法分类号：U213.158

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S1.014

文章编号：1006-0081（2023）S1-0047-04

0 引言

根据最新国家标准强制性条文［1］及行业标准［2］要求，工程锚杆必须进行验收试验，其中占锚杆总量5%且不少于3根的锚杆应进行多循环张拉验收试验，占锚杆总量95%的锚杆应进行单循环张拉试验。压力分散型预应力锚索作为锚杆的一种，也需按照规范强制性条文的要求进行单、多循环试验。然而，压力分散型锚索一般都是由若干组长度不一的钢绞线按照一定编排顺序加工而成，无法按照常规拉力型锚索进行试验。锚索张拉验收试验能够验证锚索施工质量优劣，及时发现锚索张拉前工序存在的缺陷，并根据试验结果及时处理，保证了后续锁定张拉有序进行。

杨房沟水电站开始建设时，新的标准刚开始实施，其他同类工程均未开展压力分散型锚索单、多循环张拉验收试验［3］。根据压力分散型锚索结构及受力特点［4］，杨房沟水电站工程针对性地采用差异补偿张拉方式试验，较好地解决了锚索钢绞线长度不一致带来伸长值差异影响试验结果的问题，可为同类工程锚索验收试验方案选择提供参考，也为压力分散型锚索锁定张拉工艺及方法［5-6］的选择提供了新的思路。通过将试验方法应用到压力分散型锚索的整体锁定张拉，可提高压力分散型锚索张拉施工效率。

1 工程概况

杨房沟水电站为Ⅰ等大（1）型工程，是国内首个采用EPC模式建造的百万千瓦装机水电站工程。枢纽工程主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物及引水发电系统等组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，泄洪消能建筑物为坝身4个表孔、3个中孔+坝后水垫塘及二道坝。引水发电系统布置在雅砻江左岸山体，从上游至下游依次布置有开关站、进水口、地下厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞等。混凝土双曲拱坝坝顶高程2 102 m，最大坝高155 m，拱坝建基面高程1 947 m，坝肩边坡开挖开口线高程2 332 m。

在杨房沟水电站大坝边坡开挖过程中，左岸坝基边坡受断层影响发生变形，为此增加布置了2 000 kN和3 000 kN压力分散型锚索320束。为严格执行规范，根据质量监督机构要求，杨房沟水电站工程首次在坝肩边坡压力分散型锚索开展了单、多循环验收试验。

2 验收试验目的及要求

预应力锚索验收试验的目的是检验锚索抗拉承载力，以及索体自由段弹性位移和锚固段塑性位移能否满足设计与规范要求，确保锚索预应力及耐久性。根据规范要求，最大试验荷载：永久性锚索应取锚索拉力设计值的1.2倍；多、单循环张拉试验加荷级数不宜小于5级，加荷、卸荷速度按相关规范执行。锚索多、单循环张拉的加荷、持荷、卸荷方式见图1。

试验结果应绘制出荷载-位移（N-δ）曲线、荷载-弹性位移（N-δe）曲线，荷载-塑性位移（N-δp）曲线。验收合格标准为：① 最大试验荷载作用下，在规定持荷时间内锚索位移增量应小于1.0 mm，不能满足时，增加持荷时间至60 min锚杆累计位移增量应小于2.0 mm；② 压力分散型锚索的单元锚杆在最大试验荷载作用下所测得的弹性位移应大于锚杆自由杆体长度理论弹性伸长值的90% ，且应小于锚杆自由杆体长度理论弹性伸长值的110%。

3 驗收试验过程

3.1 试验方法及步骤

试验方法和步骤如下：① 试验前准备工作（受力结构强度报告，试验报告检查、核定）；② 根据张拉设备标定的回归方程编制加荷等级与位移观测间隔时间表、荷载与油表读数关系表，标识不同钢绞线张拉顺序；③ 按照基础参数计算差异补偿荷载及张拉参数；④ 锚索差异补偿张拉；⑤ 锚索整体分级张拉加荷、持荷、卸荷；⑥ 根据张拉过程测读数值绘制荷载-位移曲线；⑥ 根据数值综合判断试验合格性。

3.2 验收试验实施

根据锚索张拉相关要求，张拉前对锚索注浆浆体强度报告、锚墩混凝土强度报告、张拉设备率定报告、张拉设备工作性态进行检查，满足要求方可进行张拉试验，后开展张拉试验相关参数计算。根据设计张拉吨位不同，对压力分散型锚索分组，每组数量不相同。

本文以荷载T=3 000 kN，长度l=50 m压力分散型锚索多循环验收张拉为例进行说明。根据锚索结构设计，该类型共设置5个锚固单元， 19根钢绞线。从孔底方向起依次为D1锚固单元（3根钢绞线）、D2锚固单元（4根钢绞线）、D3锚固单元（4根钢绞线）、D4锚固单元（4根钢绞线）、D5锚固单元（4根钢绞线）。

由于每组钢绞线长度存在2 m差异，无论是单、多循环试验还是锚索锁定张拉，都存在每组钢绞线伸长值不一致的情况。为确保锚索张拉数据的准确性，一般情况下，压力分散型锚索张拉都采用单根钢绞线分组进行张拉，再分别进行伸长值偏差统计来控制锚索受力。采用这种方法张拉的施工作业耗时长，且不利于锚索整体受力。因此，无论对于单、多循环试验和常规张拉，均可采用先进行差异补偿张拉消除钢绞线长度不一致导致的伸长值差异，再进行整体张拉，可在保证试验成果准确的同时提升张拉效率。

在差异补偿理论值计算中，锚索理论伸长值ΔL计算公式如下：

ΔL=PLAE

式中：P为预应力钢绞线张拉力，按设计张拉力1.2倍取值，N；L为预应力钢绞线从张拉端至计算截面的孔道长度，mm；A为预应力钢绞线的截面积，取140 mm2；E为预应力钢绞线弹性模量取195 GPa，在实际施工中应根据预应力钢绞线检测报告中数值取值。

根据上述计算公式及基本计算参数，分别计算每组钢绞线试验最大荷载下理论伸长值、相邻单元最大试验荷载下伸长值差量，通过差量再反算每个单元锚索需提前补偿的差异荷载及张拉差异荷载，见表1。

根据计算确定的锚索补偿张拉荷载、每组补偿张拉值，计算并编制验收试验理论伸长值参数表，便于现场实施，详见表2～3。

3.3 差异补偿张拉

安装D1锚固单元钢绞线需要整体张拉千斤顶工具锚夹片，根据计算得出的差异荷载对D1锚固单元（3根钢绞线）进行差异补偿张拉至D2锚固单元起始荷载处。安装D2锚固单元钢绞线需要整体张拉千斤顶工具锚夹片，根据计算得出的差异荷载对D1、D2锚固单元（7根钢绞线）进行差异补偿张拉至D3锚固单元起始荷载处。安装D3锚固单元钢绞线需要整体张拉千斤顶工具锚夹片，根据计算得出的差异荷载对D1、D2、D3锚固单元（11根钢绞线）进行差异补偿张拉至D4锚固单元起始荷载处。安装D4锚固单元钢绞线需要整体张拉千斤顶工具锚夹片，根据计算得出的差异荷载对D1、D2、D3、D4锚固单元（15根钢绞线）进行差异补偿张拉至D5锚固单元起始荷载处，锚索差异补偿张拉完成。

3.4 锚索张拉试验数据记录

锚索差异补偿张拉完成后，可进行整体分级张拉验收试验。整体张拉前，先按照差异补偿张拉方式安装D5组钢绞线工具锚夹片，再按照图1中多、单循环加荷、持荷、卸荷方式进行张拉试验。多、单循环张拉初始荷载为锚索拉力设计值P的0.1倍（多循环张拉各级分别取锚索拉力设计值P的0.4，0.6，0.8，1.0，1.2倍、单循环张拉分别取0.4，0.7，1.0，1.2倍），在每级荷载不同的持荷时间内，单、多循环张拉按照持荷时间1，3，5，10 min測读钢绞线位移量。

多循环张拉按照要求记录升压至0.1，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2倍设计荷载，记录稳压1，3，5，10 min后伸长值和降压至设计荷载的0.1后稳压1 min钢绞线伸长值。单循环张拉试验位移值记录升压、降压至0.4，0.7，1.0倍设计荷载后稳压1 min后伸长值及升压至1.2倍设计荷载稳压1，3，5 min后的伸长值。

3.5 张拉试验图形绘制及合格判定

根据测读并记录的读数统计多、单循环张拉试验弹性位移及塑性位移值，并与理论计算位移值进行比较，绘制荷载-位移曲线，判定试验结果是否合格。试验结果合格则可按照规范要求进行锚索常规的锁定张拉，不合格则应根据实际情况重新试验或采取相应处理措施。

4 试验成果

（1）根据对杨房沟水电站边坡支护压力分散型锚索多、单循环张拉试验结果统计，1.2倍设计张拉力情况下，弹性位移值均未超过规范所允许范围，持荷状态位移增量未出现位移大于1 mm情况，为0.12～0.82 mm；塑性位移值为5.2～13.7 mm，边坡锚固效果及过程中监测锚索应力损失相对均较小，对边坡加固效果较好。

（2）采用差异补偿方式进行压力分散型预应力锚索张拉，缩短施工时间。通常情况下，压力分散型锚索采用穿心式千斤顶进行单根预紧、单根张拉，单根钢绞线第一至四级张拉时间约为5 min，第五级张拉时间约为15 min，一束3 000 kN锚索张拉施工约为11 h。而采用差异补偿整体张拉方法进行张拉施工则只需1 h，大大缩短了张拉时间，提高锚索张拉效率。

5 关于锚索试验的思考

（1）通过锚索张拉试验，可及时发现锚索施工过程中存在的问题及缺陷，分析施工过程资料并及时采取处置措施，避免不能满足锚索受力而降级、报废等问题。

（2）根据对锚索张拉试验相关数据的分析，可判断锚索锚固岩层的持力情况，进一步复核边坡稳定性，为边坡安全稳定设计反馈分析提供了系统、全面的基础数据。

（3）压力分散型锚索结构相对复杂，采用传统单根张拉工艺进行施工耗时长、受力相对不均匀。压力分散型锚索张拉试验及试验成果表明，差异补偿张拉方式对锚索锁定张拉施工同样适用，可大幅缩短工期。

（5）锚索张拉试验耗时较长，通过实现对锚索张拉设备、测读及记录系统的自动化、数字化，提高工作效率，保证试验结果的精度。可思考将锚索张拉跟BIM技术［7］、数字孪生等先进技术等相结合，或利用数字技术进行远程或无人操作等，探索水电工程智能化的发展方向。

6 结论

（1）在杨房沟水电站工程施工过程中，按照规范要求采用补偿张拉方式进行压力分散型锚索张拉试验，属行业领先，可为其他水电工程项目锚索张拉验收试验的实施提供参考借鉴。

（2）在杨房沟水电站工程施工过程中，严格执

行最新规范要求，进行了大规模锚索张拉单、多循环验收试验。试验结果表明：锚索施工质量满足规范要求。

（3）差异补偿张拉方法在杨房沟水电站工程锚索张拉验收试验中成功的应用为压力分散型锚索锁定张拉方法提供了更佳选择，大幅提高了锚索张拉施工效率、保证了锚索张拉质量，有利于工程边坡支护。

参考文献：

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50086-2015 岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范［S］.北京：中国计划出版社，2015.