那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计

那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计

46吉杰宇．那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计文章编号：1006-2610(2012)o4—0046—04那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计吉杰宇(中国水利水电建设工程咨询西北公司，西安710065)摘要：那邦水电站大坝右岸边坡，在施工中出现罕见的日最大位移48am、累计位移1．98m的滑移。结合边坡地质情况复杂、岩体整体性差等不良地质状况，在边坡治理中不拘于规范规定，动态地进行预应力锚索内锚段长度的个性化设计，取得了显著的工程效果，为边坡加固处理提供了成功的范例。关键词：那邦水电站；高边坡；预应力锚索；个性化；设计中图分类号：TV554．13文献标识码：ADesignofPrestressedAnchorCablesforReinforcementofHighSlopeonRightBank，NabangHydropowerProjectJIJie-yu(ChinaHydroConsultingEngineeringCorporation，No~hwestBranch，Xi"an710065，China)Abstract：：Thedailymaximumdisplacementof48amandtheaccumulatedslidingdisplacementof1．98moccurunexpectedduringcon—structionoftherightbankslope，NabangHydropowerProject．Inaccordancewithunfavorablegeologicalconditionssuchascomplicatedgeologicalconditionsofslopeandweakintegrationofrockmass，lengthsoftheprestressedanchorcablesinrockaredesigneddynamicallyinslopesuppo~accordingtospecificationbutnotrestrictedbythespecification．Thisdesignachievesgoodengineeringresuhsandpro—videssuccessfulexampleforslopesupport．Keywords：NabangHydropowerProject；highslope；prestressedanchorcables；individuation，design坡在施工期间的岩体稳定和运行期间的结构稳定，0引言改善边坡应力条件，对边坡进行预应力锚索加固。那邦水电站位于云南德宏州盈江县西部勐乃河结合边坡地质情况，在1000kN级无粘结预应力锚上，是勐乃河水电开发4级的最后一个梯级。电站索设计中，不拘成规、灵活确定锚固段长度，实施效装机3x60MW，属引水式电站，枢纽布置由大坝枢果良好。纽、引水工程和厂区枢纽3部分组成。大坝枢纽为1大坝右坝肩地质情况评述及加同方混凝土重力坝。工程为Ⅲ等中型工程。法选择大坝自左至右依次由左岸非溢流坝段、泄洪冲沙闸坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段组成。坝顶总1．1右坝肩地质情况长172．28133，坝顶高程972．O0m，坝顶宽度4．5m，那邦水电站坝址区两岸地形不对称，左岸边坡最大坝高49．0m。陡峭，岩石相对完整，955．00m高程以下至河边基施工期间，右坝肩边坡出现了中国国内水电工岩多裸露。右岸为向河道突出的山梁，靠河边高程程中罕见的日最大位移48cm的滑移。为确保高边950．O0～960．00in左右，为宽约80in、长约120in的缓坡平台。临河一侧多为由基岩形成的小陡崖，收稿日期：2012—02—29陡崖高约6～8in，在河边及河床内有部分基岩出作者简介：吉杰宇(1973一)，男，陕西省渭南市人，工程师，注册露，缓坡平台960．O0in高程以上山坡坡度40。～监理工程师，从事水电工程项目管理工作．45。，河流流向约为北偏西33。。n西北水电·2012年·第4期47坝址岩性为黑云角闪斜长片麻岩，眼球状混合经过现场对局部滑动剪切破坏面的分析，并经片麻岩、条带状、条痕状斜长角闪片麻岩。其问夹多实地地质补充勘察，拟定采用预应力锚索对边坡进层黑云片岩或石英片岩，其中右岸缓坡平台内分布行加固，同时，辅以钻打深孔排水孔等主动措施；因一层较厚的云母石英片岩夹层，其内有顺层断层为边坡累计位移较大，在未浇筑混凝土的右坝基部(F。，F06，F。)分布，断层产状为N30。E，SEL80。，位，采用临时压坡的处理办法，以确保锚索加固处理云母石英片岩夹层在构造应力作用下原岩已粉化并的作业安全，也有效减缓了边坡的进一步位移。黏土化，遇水后易软化，失水后易崩解，强度较低，局2锚索设计部呈可塑状，形成构造蚀变带。右岸1000．00m高程以上为坡积层的土质边坡，1000．00～950．00m2．1锚索设计材料利用强度高程为土夹石(孤石)质边坡，边坡的工程地质条件岩土工程锚索设计，一般考虑材料强度均有一较差，因此，右岸坝基边坡的稳定问题尤为突出。定的安全储备，常采用保证强度的60％。现行1．2右坝肩边坡加固方法选择SL212—98／水工预应力锚固设计规范》⋯规定岩锚、右岸边坡在开挖过程中，及时按照设计要求完锚索设计张拉强度系数不大于0．69。经了解，中国成了相应的支护工作。1000．00m高程以上，按网已建工程的锚索材料利用强度系数为0．55～0．65，格梁辅以土锚钉的方式进行支护；1000．00～平均约为0．62，超张拉时强度系数为0．66～0．75，950．00m高程，按系统锚杆、挂网喷护方式进行支平均约为0．71左右。本工程1000kN级预应力锚护。右坝肩在开挖至设计高程后适值雨季，坝址区索索体由7股015．24mm1860MPa级高强度低松又是云南省的暴雨中心之一，多年平均降雨量在弛钢绞线组成，锚索设计利用系数也具有相应的安4700．00mm左右，由于边坡岩石条件较差、加之开全储备。通过对边坡变形体的计算，拟定沿边坡以挖卸荷后，特别是2009年6月份以后，坝址区连降4rex4m的间排距共布置85根锚索(见图1)。大雨(6月单日降雨量超过100mm共计4d，月总降雨量为1202．3mm；7月1__6日，日超过100mm降雨量天数2d，总降雨量454mm)，边坡稳定面临暴雨考验。6月3日，955．0～972．0m高程已完成系统锚杆支护及挂网喷护的边坡下游侧局部出现细微裂缝；6月20日，右岸边坡变形加剧，至7月6日，最大日位移48cm，最大垂直位移92em，边坡累计位移1．98m。基于开挖后右岸边坡崩塌及堆积体分布较多、图1效果体现图风化较为严重、卸荷作用、降雨量偏大，加之边坡为2．2动态化设计、内锚固段长度的确定单斜构造的陡倾角顺坡，凡此种种因素，均不利于边确定内锚固段的长度，主要考虑内锚固段能否坡的稳定。满足锚索不会从胶结体中被拔出、锚索胶结体不会连日暴雨，在边坡底部坝基混凝土未浇筑的情顺着孑L壁产生位移，同时必须考虑必要的安全储况下，形成了不利于边坡稳定的临空面，在955．00备一。～972．00m高程边坡面上出现浅层的剪切滑动面，拟定锚固段的锚索等直径，锚索可以从胶结体并出现了局部滑坡。中被拔出，则据以下公式计算锚固长度。边坡加固，常用处理办法可分为3种，一是向岩L。=kP(1)体施加利于稳定的外荷载，增加岩体抗滑力，提高其稳定安全系数，亦即锚固措施；二是减少岩体所受的当胶结体与锚索同时沿孔壁滑移时，则不利于稳定的外荷载，如地下水压力等，采取排水系L=kP(2)统；三是将已风化或弱风化岩体保护起来，配合锚固措施增加稳定性，如混凝土衬砌及喷锚支护等。式中：为锚固段安全系数；P为锚索的设计超张拉n48吉杰宇．那邦水电站大坝右岸高边坡加固中的预应力锚索设计力；n为单根锚索的钢绞线根数；d，D分别为钢绞线范围内还存在风化较为严重、岩石强度较低的地质直径、钻孔直径；C为钢绞线与胶结材料的设计握状况，参照潜在的滑坡面及局部滑坡面的工程特点，裹力；C，为胶结材料体与孑L壁的粘结强度设计值。本着个性化的动态设计理念，拟定采用无粘结预应锚固段是为锚索提供抗拔力的地段，加固滑坡力锚索加固变形体，锚索孔深60．0m，内锚固段长时一般置于滑动(或剪切)面(潜在滑动面)以下的度15．0m。内锚固段对于较坚硬的岩质边坡采用稳定岩体中，通过灌浆将钢绞线与岩体连为整体以等直径较好，方便施工。基于本工程边坡较为复杂提供抗拔力。锚固段提供的抗拔力大小与锚索钢绞的地质条件，将锚索的内锚固段制作成枣核状。线强度、钢绞线与胶结体的握裹力以及胶结体与孔充分考虑边坡地质条件，结合锚索灌浆试验参壁岩体的结合力有关。数，拟定灌浆水灰比0．36：1，灌浆压力0．2～0．3根据公式(1)，(2)知，锚固段的长度可以利用MPa，灌浆期间，灌注量较大且压力上升极小，采取增大钻孑L直径D或胶结材料体与孑L壁的粘结强度间歇灌浆的方法，在保证灌浆效果的同时又较为经设计值c，来调整。济、合理。设计中以剪应力沿锚固全长分布，采用平均粘较长的锚索内锚段在灌浆后，可以在边坡岩土结强度来计算锚固段的长度。但事实上，剪应力在体内形成一固结的较大块体，结合边坡坡面上的锚锚固段并非均匀分布，而是呈单峰曲线状分布，按剪拉板整体受力，可以合理地改变整个边坡在开挖轮应力均匀分布计算锚固段长度趋于不安全。目前，廓线内的应力状况，使边坡的力学边界条件得到合这一曲线的机理和模型尚在探讨中，锚固段设计只理改善，提高了右坝肩的整体稳定性。能变通地解决。2．3外锚头设计边坡稳定分析中存在诸多不确定因素，随情况外锚头部分由钢筋混凝土垫墩、钢垫板、工作锚的不断变化应适时进行稳定复核，据此指导边坡支具等组成。垫墩为纯受压构件，它把锚具的集中荷护工程的实施是边坡治理、加固设计的显著特点，开载均匀传至岩体面上。垫墩为一正四棱台体(局部展个性化的动态设计是适应这一特点的有效方隐于锚拉板中)，可以保证传力的均匀性，其底面积法引。F则承受锚索设计承载力及下部岩体的允许承载力根据大坝右坝肩补充勘察的地质情况及锚索造[]，即F=kP／[]。考虑到本工程边坡岩体较为孔过程中的岩粉情况分析，表明边坡内较深处岩体破碎，为确保传力的均匀性，沿边坡面设计为钢筋混依然较为破碎，造孔过程中常伴有卡钻、掉钻等情凝土锚拉板，使岩体作用于锚索的反力更趋于均匀，况，无法进行干钻造孔，实际造孔过程中采取了湿钻群锚效果更加显著，有效提高边坡加固效果。跟管钻进的方法，严格实时记录每一钻孔进尺、回水锚墩设计尺寸：顶部为0．2mx0．2in，底部为颜色及钻进速度等数据，特别是对拟定锚固段始末1．1mx1．1m(局部可能隐于锚拉板中)。采集的岩粉进行认真分析，以取得合理拟定锚固段锚墩钢垫板尺寸：300minx300mlTl，厚401TI／TI，长度的原始资料。造孑L资料表明岩体内部风化较为其中心正交焊接一薄壁导向钢管，钢管外径0160严重，随孑L深的不同岩石强度离散性强、强度偏低、mm，壁厚5mm，长度0．8m。设置导向钢管是为了岩性较为复杂，可能存在较大的构造裂隙或局部空保证锚墩表面与锚索轴线垂直。腔，沿孔深甚至出现岩石与矿化黏土交替出现的状锚墩(正四棱台)内设置4层钢筋网，在导向钢况，c值较低，同H,j-q~L径，J较大时成孔较差，为达到管周围设置螺旋筋，钢筋直径均为14mm。预期的加固效果，则应加大锚固长度。设计规2．4锚索构造范⋯规定，正常情况下，一般锚固长度不宜超过101000kN级预应力锚索构造示意图，如图2。m。锚固段长度可以通过理论计算或采用工程类比锚索体主要构件：①导向帽；②架线环；③钢法确定，亦可通过拉拔试验即破坏性试验来确定。绞线[每股钢绞线由7@5mm(d=15．24mm)高强低经现场多次试验、分析、研究，并结合边坡具体地质松弛钢丝组成]；④定位止浆环；⑤内、外灌浆管；情况，特别是锚索造孔过程中，孔内42～481TI深度⑥钢筋混凝土锚墩；⑦钢垫板；⑧OVM锚具。n西北水电·2012年·第4期49VM锚具导图21000kN级预应力锚索构造示意图快速、经济、可靠、高效进行边坡加固的重要手段之3锚索施工技术要求简述一。自完成边坡加固19个月以来的锚索应力监测3．1锚索施工工序资料表明，锚索的各项指标均达到设计要求，边坡变形得到有效控制，彰显了个性化的动态设计在边坡测斜】一穿索一内锚段灌浆一垫座混凝治理中的工程效果。其效果体现在：土浇筑一张拉一封孑L灌浆一封锚(1)不拘成规，根据实际情况合理进行锚索内3．2锚索施工的技术要求锚段长度的设计、确定，动态灵活的设计理念取得了锚索施工技术要求高，专业性强，对编索、造孑L、明显的工程效果；孔斜测量控制、内锚段灌浆、垫座混凝土浇筑、张拉、(2)沿坡面布设锚拉板，与锚索构成联合受力封孔灌浆等工序均有严格的施工要求J，此处不再体系，增强了锚索的加固群锚效果，使边坡岩体及锚赘述。索的受力更趋于均匀、合理，对边坡岩体整体性差、岩土体内部结构复杂的边坡加固更具明显的工程效4锚索预应力损失的简要分析果，耐久性强；4．1影响锚索预应力损失的主要因素(3)预应力锚索在工程加固、工程抢险中发挥钢绞线外锚固端卡具产生滑移；围岩发生位移了快捷、高效、经济合理的效果。以及钢绞线松弛；混凝土的干缩、徐变等因素都可能参考文献：造成锚索预应力损失。[1]SL212—98，水工预应力锚固设计规范[s]．北京：中国水利水4．2锚索监测资料简要分析电出版社，1998．边坡加固后，随即进行大坝混凝土的浇筑，也有[2]高大钊．土质学与土力学[M]．3版．北京：人民交通出版社，效地控制了边坡形变，因时间紧张未进行补偿张拉。2001．预应力锚索测力计用来监测预应力损失和预应[3]谭靖夷．中国水力发电工程(施工卷)[M]．北京：中国电力出力效果。右岸坝肩85根锚索共布置了5台锚索测版社，2000．力计，对锚索预应力状态进行长期监测，其预应力损[4]王文革，黄志辉，刘艳领．西藏某水电站右岸边坡稳定性评价失变化趋势符合一般规律。预应力损失过程表现为及工程处理措施[J]．西北水电，2010，(3)：15—21．[5]方伟，代丽华．小湾水电站边坡锚索施工[J]．西北水电，3个阶段：①急剧损失期，时间一般为6～12d，损失2010，(5)：38-41值一2％—一5％；②一般损失期，时间为2—5个月，[6]尤春安．预应力锚索锚固段的应力分布规律分析[J]．岩石力损失值为一3％—一5％；③缓慢损失期，一般损失期学与工程学报．2005，(6)：925—928．以后进入该期，此时锚索应力趋于稳定，但整体呈下降趋势，下降幅度符合设计及相关规范要求。5结语预应力锚索是确保边坡稳定的主要措施，也是