轻型钢垫板锚墩的施工设计与应用

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1、轻型钢垫板锚墩的施工设计与应用葛畅1，张文军1，褚洪臣2（1.中国葛洲坝集团市场开发部，湖北宜昌443000；2.辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁丹东118216）摘要：本文以拉西瓦等水电站地下厂房预应力锚索施工为个例，对轻型钢垫板锚墩在大型地下厂房中的施工设计与应用问题进行初步探讨。关键词：轻型钢垫板；集中荷载；有限元；中心挠度AnchorpoleofLightSteelBackingStripExecutiveProjectandApplicationGeChang1，ZhangWen-jun1，C

2、huHong-chen2（1.MarketDevelopmentDepartmentofGezhouDamGroup，Yichang443000，Hubei；2.LiaoningPushiRiverThePumpGathersEnergyCo.Ltd.，Dandong118216，Liaoning）Abstract：ThisarticletakeLaxiwaandsoonhydroelectricpowerstationundergroundworkshoppre-stressedanchorcable

3、constructionsasanexample,carriesonthepreliminarydiscussiontoanchorpoleoflightsteelbackingstripinthelarge-scaleundergroundworkshop'sexecutiveprojectandtheapplicationquestion.Keywords:LightSteelBackingStrip；Centralizedload；Finiteelement；Centralamountofdefl

4、ection.1概述随着我国水利水电行业的不断发展，建设规模不断扩大，岩锚工程在水电行业实践中得到越来越广泛的应用，其各种结构形式的预应力锚索及其相关理论也日趋完善。但是，传统的设计理念主要将重点部位放在锚固端上，而对反力结构则基本沿袭了现有的钢筋混凝土墩头，传统墩头由于结构特点，决定了其施工耗时耗工，在地下厂房施工中该问题尤为突出。近年来，国内大多数大型地下厂房其顶拱和侧墙预应力锚索加固全部采用台锥型钢筋混凝土锚墩。例如拉西瓦水电站主副厂房长311.75m，顶宽30m，桥机轨道以下宽27.8m，高73

5、.84m。仅厂房EL.2260.7m~2228.7m上、下游侧边墙就布置了六排预应力锚索，其中1500kN级锚索446束，钢筋混凝土墩头设计尺寸为0.8×0.8×0.4m（长×宽×高）；2000kN级锚索156束，钢筋混凝土墩头设计尺寸为1.1×1.1×0.5m。由于厂房结构上的要求，锚墩应尽量少占用厂房空间，因此全部设计采用内嵌式钢筋混凝土锚墩结构。主副厂房上、下游侧边墙开挖成型后，内嵌式结构锚索墩头需对边墙进行二次开挖，其施工方法主要有钻爆法和静爆剂法等，但都存在一定弊端：（1）钻爆法施工锚墩坑槽开

6、挖采用二次钻孔爆破对围岩破坏影响较大，严重影响围岩稳定性，无形增加了厂房实际跨度，尤其是在厂房高边墙直接开孔钻爆，极可能将周围已趋于稳定的围岩荷载重新分布释放，易造成片帮及冒顶等事故。（2）静爆剂法施工锚墩坑槽开挖若采用静爆剂法施工，确实可以避免钻爆法对围岩整体性的影响，然而坑槽受造孔角度1及岩石级别2等因素制约，静爆剂法无法达到预期效果，加之静爆剂灌注后养护工序繁琐且时间较长（超过48h），耗费大量时间、人工，无形增加了施工成本。鉴于锚墩坑槽开挖所带来的诸多施工弊端，在原设计基础上对反力结构进行改进，

7、采用轻型钢垫板锚墩作为预应力锚索的反力结构，具有大幅提高施工进度、确保围岩稳定性、增加厂房整体美观以及减少后期装饰工程量等优点。但轻型钢垫板在拉西瓦地下厂房中首次应用，其理论分析、计算应与实际施工相结合，逐步调整其参数，以达到最优化结果。（注：1、造孔角度与水平夹角偏小会导致孔内无法注满静爆剂；2、岩石级别强度过高，会大大降低静爆剂效果。）2轻型钢垫板的尺寸确定钢垫板锚墩在受集中荷载后，采用普通简化模型对钢垫板下部岩层极限抗压能力进行验算、分析，初步确定垫板模型截面尺寸，再利用有限元法及材料力学理论公式

8、验算假定厚度值，推导出垫板厚度，最终结合生产、施工加以修正钢垫板的尺寸。2.1主要参数根据拉西瓦电站地下厂房相关的设计资料，获得如下基本的计算参数：（1）花岗岩的抗压强度：60～100Mpa；（2）主要预应力锚索设计荷载及相应孔径：1500kN级锚索轻型钢垫板孔径φ165mm，2000kN级锚索轻型钢垫板孔径φ195mm；（3）锚索张拉应力范围：30%σ＜σ≤115%σ；（4）钢板弹性模量E取206Gpa；（5）弹性系数，其中泊松比μ取0.