張少杰 吳利平 席懷勇

（1.甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 蘭州 730000；2.四川中頂建設(shè)工程有限公司 成都 610041）

1 工程概況

九甸峽水利樞紐工程是以城鄉(xiāng)生活供水及工業(yè)供水、生態(tài)環(huán)境用水為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合功能的大型水利樞紐工程。工程位于甘肅省卓尼、臨潭兩縣交界，黃河支流洮河中游的九甸峽峽口處，距離蘭州市193km。工程等別為Ⅱ等，規(guī)模為大⑵型，主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、左岸兩條表孔溢洪洞、右岸有壓放空泄洪排砂洞、右岸總干渠進(jìn)水口、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及地面廠房等?；炷撩姘宥咽瘔巫畲蟾叨?33m，總庫容9.43億 m3，水庫正常蓄水位為2202.00m，校核洪水位2205.11m。電站總裝機(jī)容量300MW，年發(fā)電總量為9.94億kW·h。大壩為1級(jí)建筑物，其它主要建筑物溢洪洞、放空泄洪排砂洞、引洮供水取水口、引水發(fā)電系統(tǒng) （包括隧洞、調(diào)壓井、高壓管道等）及廠房為2級(jí)建筑物；臨時(shí)建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。工程壩址區(qū)地震基本烈度為7°，設(shè)計(jì)烈度為8°，相應(yīng)地震動(dòng)峰值加速度0.283g。

調(diào)壓井位于廠房后邊坡上，邊坡高度大于90m，邊坡類型為巖土混合型。該邊坡處于橋道堡區(qū)域大斷層的上盤，緊鄰斷層，受其影響，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖層扭曲破碎，巖體風(fēng)化較嚴(yán)重。組成后邊坡的巖性復(fù)雜，主要以灰?guī)r為主，但粉砂巖、頁巖和泥灰?guī)r的不均勻分布。粉砂巖膠結(jié)差，遇水崩解；頁巖和泥灰?guī)r巖性軟弱，抗風(fēng)化能力差，遇水具粘塑性；灰?guī)r致密堅(jiān)硬，不易風(fēng)化，單軸飽和抗壓強(qiáng)度68.7MPa，彈性模量10.2×104MPa，泊桑比0.24，縱波速4560～5680m／s。調(diào)壓井基礎(chǔ)位于背斜核部，巖層以小角度傾向岸里或近于水平，無較大斷裂構(gòu)造發(fā)育，但裂隙較發(fā)育，巖石透水性中等 （Lu＜20），無地下水，井壁圍巖巖體屬Ⅳ類圍巖，地質(zhì)條件較差。故調(diào)壓井需嚴(yán)格按限裂設(shè)計(jì)，控制調(diào)壓井襯砌裂縫滲水對(duì)廠房后邊坡穩(wěn)定的影響。

2 調(diào)壓井設(shè)計(jì)

引水發(fā)電系統(tǒng)包括岸塔式進(jìn)水口、壓力引水洞、調(diào)壓井及高壓管道等建筑物，其中調(diào)壓井中心線位于引水洞樁號(hào)2＋255.22m處，采用阻抗圓筒式結(jié)構(gòu)，井筒直徑22m，阻抗孔直徑5.4m。正常靜水位2202.00m，最高涌浪水位2223.98m，最低涌浪水位2155.39m，井筒底板高程2137.0m，頂高程2226.00m。

結(jié)合調(diào)保計(jì)算成果及地質(zhì)情況，考慮到在最高涌浪水位下，調(diào)壓井下部結(jié)構(gòu)受水壓力較大，阻抗孔附近pD值達(dá)到1610，對(duì)調(diào)壓井井身按照平面結(jié)構(gòu)力學(xué)法計(jì)算可見，采用常規(guī)的鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，要控制襯砌結(jié)構(gòu)裂縫小于0.25mm是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，對(duì)調(diào)壓井下部結(jié)構(gòu)局部考慮采用無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌，來改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力條件，混凝土襯砌厚度為2m。

通過采用Asnsys軟件三維模擬分析，在高程2151.0～2171.0m高程范圍內(nèi)施加26排預(yù)應(yīng)力錨索，排距為0.8m，在2172.2～2179.4高程范圍內(nèi)施加7排預(yù)應(yīng)力錨索，排距為1.2m，每束錨索的張拉力均為2000kN。設(shè)計(jì)剖面見圖1。

圖1 調(diào)壓井設(shè)計(jì)剖面圖

3 預(yù)應(yīng)力環(huán)錨的設(shè)計(jì)

每束環(huán)向錨索由14根公稱直徑為￠＝15.7mm、標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為f＝1860MPa的無粘結(jié)鋼絞線組成，單根長(zhǎng)79.4m，設(shè)計(jì)張拉力為2000kN。

圖2 鋼絞線及錨具槽布置圖

為提高預(yù)應(yīng)力度，鋼絞線靠近襯砌的外側(cè)布置，但在錨具附近由于加載的需要，鋼絞線要在錨具槽口附近通過一段由小半徑圓弧段向內(nèi)側(cè)彎曲并與大半徑圓及連接錨具的直線段相切，最終通過鋼絞線張拉后鎖定。因此，鋼絞線在調(diào)壓井內(nèi)的布置是近似同心圓。錨具槽在環(huán)向的布置對(duì)鋼絞線張拉后混凝土應(yīng)力分布影響很大，為了使結(jié)構(gòu)處于良好的受力狀態(tài)，又要方便施工，錨具槽的布置是至關(guān)重要的。設(shè)計(jì)方案擬定沿圓周間隔60？布置一個(gè)錨具槽，如圖2所示。錨具槽尺寸為2.0m （長(zhǎng)）0.4m （寬）0.6m （深）。

根據(jù)有限元平面分析，預(yù)留的錨具槽會(huì)在張拉過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以分層張拉時(shí)應(yīng)該使相鄰兩層鋼絞線的錨具槽錯(cuò)開盡可能大的角度。

4 預(yù)應(yīng)力環(huán)錨的施工

（1）下料。鋼絞線采用￠15.7mm標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。下料前首先對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼絞線進(jìn)行外觀檢查；如PE護(hù)套有輕微劃傷的，按照技術(shù)要求規(guī)定采用防水乳膠處理；如有嚴(yán)重破壞的則禁止使用。下料時(shí)嚴(yán)格控制下料的準(zhǔn)確性，并將下料完成的鋼絞線兩頭編排序號(hào)，作為標(biāo)記，以防在穿錨墊板時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)位；調(diào)壓井環(huán)錨的設(shè)計(jì)斷面尺寸為76.54m，加張拉端、錨固端的預(yù)留工作長(zhǎng)度以及允許的安裝誤差，確定下料長(zhǎng)度為79.5m，下料完成后的鋼絞線，立即將其重新單根盤起，堆放整齊并予以遮蓋防護(hù)。

（2）錨索的安裝。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)高程進(jìn)行施工放線，如此大斷面的環(huán)形錨索，在平面高程的控制上要求十分嚴(yán)格；首先根據(jù)基準(zhǔn)高程放出每一環(huán)的高程，再加密每一層的控制點(diǎn)為30個(gè)，徑向控制以模板邊界進(jìn)行控制，徑向點(diǎn)在架力筋完成后放樣，并通過基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核。

安裝過程中，鋼絞線按照要求順序碼放整齊，不得打扭；整齊穿索完成后，每隔1.5m扎一道束緊環(huán)，并用鉛絲與架力筋綁扎牢固，索體在穿錨墊板的時(shí)候，必須注意鋼絞線不能交叉，并嚴(yán)格控制索體兩頭的搭接長(zhǎng)度；索體安裝完成后，采用棉紗將鋼絞線護(hù)套擦拭干凈。

（3）錨具槽施工。在安裝鋼絞線之前，首先安裝錨具槽，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制其尺寸位置；在新澆混凝土脫模并拆除錨具槽模板后，采用風(fēng)鎬配合鏨子對(duì)錨具槽各個(gè)面進(jìn)行鑿毛，鑿毛時(shí)注意鋼絞線的PE防護(hù)套不得損壞。

錨具槽回填混凝土級(jí)別為C30自密實(shí)微膨脹混凝土，以便使二期混凝土澆得更密實(shí)。

模板采用5mm厚的開口弧形鋼模板，混凝土澆筑完成拆模后，清除超澆的三角體混凝土并打磨光滑。

（4）張拉施工。襯砌混凝土澆筑完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%后，用集張拉端與固定端于一體的HM錨具將錨索連接安裝，用專用變角張拉裝置對(duì)錨索進(jìn)行張拉并鎖定。通過錨索張拉變形擠壓PE套和混凝土，使混凝土襯砌環(huán)受到徑向擠壓力和切向拖曳力，從而使環(huán)向襯砌截面形成預(yù)應(yīng)力。

為了在張拉時(shí)避免相鄰兩束錨索間的張拉力差值過大導(dǎo)致襯砌混凝土產(chǎn)生局部過大的拉應(yīng)力而破壞，錨索每循環(huán)的張拉按360°為一張拉單元，一單元中六根錨索按兩兩相對(duì)關(guān)系編為三組，每次張拉只有一組進(jìn)行同時(shí)張拉，或每個(gè)單元內(nèi)的錨索間隔順序張拉。

張拉前先對(duì)所有錨索單根設(shè)計(jì)張拉力的20%進(jìn)行預(yù)張拉，然后鎖定。

5 結(jié)語

九甸峽水利樞紐調(diào)壓井直徑大，承受的內(nèi)水水頭高，采用常規(guī)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)襯砌，難以滿足結(jié)構(gòu)限裂要求，經(jīng)多方案比選，井筒襯砌采用預(yù)應(yīng)力環(huán)錨設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)張拉力為2000kN。

根據(jù)有限元分析，采用預(yù)應(yīng)力錨索后，有效的降低了襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)后，可以保證襯砌結(jié)構(gòu)滿足限裂要求。

根據(jù)水庫水位蓄至2092.8m時(shí)，機(jī)組進(jìn)行了甩負(fù)荷試驗(yàn)，產(chǎn)生涌浪高3.0m，從襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋計(jì)及滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映的結(jié)果看，調(diào)壓井結(jié)構(gòu)良好，未出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)應(yīng)力值遠(yuǎn)小于容許應(yīng)力值。

可以說，調(diào)壓井的設(shè)計(jì)是合理的，預(yù)應(yīng)力環(huán)錨技術(shù)在本工程中的應(yīng)用是成功的。

1 郭文中 .消能防沖原理與水利設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社，1982 2 武漢水利電力學(xué)院 .水利計(jì)算手冊(cè)，水利電力出版社，1980