楊春旗

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

觀音閣水庫(kù)為大型碾壓混凝土壩結(jié)構(gòu)，為了使工程質(zhì)量得到保障，建設(shè)方要求不僅對(duì)混凝土抗壓性能做出檢測(cè)，還要檢測(cè)混凝土的抗剪性能。碾壓混凝土層面結(jié)合的優(yōu)劣性能直接影響碾壓混凝土的質(zhì)量，因此有必要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行碾壓混凝土的原位抗剪試驗(yàn)。碾壓混凝土原位抗剪試驗(yàn)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的試驗(yàn)，操作步驟復(fù)雜。試驗(yàn)裝置主要由豎向加載系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、錨桿反力系統(tǒng)組成。目前普遍應(yīng)用在試驗(yàn)中的豎向荷載加載方法有壓重法和錨桿法。

壓重法需要不斷的重復(fù)運(yùn)輸和吊裝，存在安裝時(shí)間長(zhǎng)、安全性能低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。錨桿法多由直徑較小的鋼筋或錨筋制成錨桿，打孔后往孔中注入一定量的錨固劑，再插入鋼筋，并沿同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，使錨固劑很好地包裹桿體，形成握裹力，由于錨固劑需要一定的凝結(jié)時(shí)間，待強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)才可以使用，因此從錨桿埋設(shè)完畢到投入使用需時(shí)間較長(zhǎng)，且錨固后的錨桿殘留在錨固體中，不便回收，影響后續(xù)施工。由于碾壓混凝土原位抗剪試驗(yàn)需在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，環(huán)境多變，傳統(tǒng)的壓重法和錨桿法都有很大的局限性，實(shí)施困難。

1 實(shí)施方案

為突破傳統(tǒng)方法的局限性，在觀音閣水庫(kù)碾壓混凝土抗剪試驗(yàn)過(guò)程中采用一種碾壓混凝土原位抗剪試驗(yàn)的錨固反力裝置。本裝置施工方便、破壞性小、錨固力強(qiáng)，拆卸方便，可反復(fù)使用，且節(jié)省試驗(yàn)材料，降低成本，縮短試驗(yàn)周期。此裝置包括錨桿反力機(jī)構(gòu)、豎向加載機(jī)構(gòu)和剪切機(jī)構(gòu)。

錨桿反力機(jī)構(gòu)，包括第一膨脹錨桿、第二膨脹錨桿、第三膨脹錨桿、第四膨脹錨桿、第一次梁、第二次梁和主梁。

第一膨脹錨桿機(jī)構(gòu)，包括螺桿、固定螺帽、上脹塞、瓣?duì)钐坠堋㈤_口式箍環(huán)、下脹塞、第一支撐桿和活動(dòng)螺帽。

螺桿的上下端分別有外螺紋，中間為無(wú)螺紋段。固定螺帽為普通六角螺母，該螺帽與螺桿焊接固定；上脹塞下端為圓錐形體，其中心為無(wú)螺紋孔；下脹塞為圓錐形體，其中心孔有內(nèi)螺紋。瓣?duì)钐坠苡裳貓A周方向分布的三個(gè)弧形瓣件對(duì)接構(gòu)成，弧形瓣件兩端對(duì)應(yīng)瓣?duì)钐坠茌S線的夾角為120°。瓣?duì)钐坠艿纳?、下端分別與上脹塞和下脹塞接觸，瓣?duì)钐坠苌隙说娜齻€(gè)弧形瓣件的內(nèi)徑與上脹塞的錐形體部分的外徑相匹配，瓣?duì)钐坠芟露说娜齻€(gè)弧形瓣件的內(nèi)徑與下脹塞外徑相匹配，這樣保證了上下錐形脹塞能夠嵌入瓣?duì)钐坠軆?nèi)部。瓣?duì)钐坠芡獗谏嫌卸拉h(huán)形凹槽。二道環(huán)形凹槽內(nèi)分別套裝有開口式箍環(huán)，其作用是使瓣?duì)钐坠茉谂蛎洉r(shí)箍緊，在收縮時(shí)放松，從而保證整個(gè)螺桿和第一膨脹錨桿機(jī)構(gòu)脹縮自如，拆卸方便。

固定螺帽、上脹塞、瓣?duì)钐坠芎拖旅浫缮现料乱来翁籽b在螺桿上。其中，固定螺帽固定在螺桿的上端有外螺紋段底部。上脹塞和瓣?duì)钐坠芪挥诼輻U的無(wú)螺紋段，上脹塞的錐形體插入瓣?duì)钐坠艿纳隙碎_口內(nèi)。下脹塞旋設(shè)在螺桿的下端有外螺紋段，且下脹塞插入瓣?duì)钐坠艿南露碎_口內(nèi)。

第一支撐桿的下端中心孔內(nèi)有內(nèi)螺紋，螺桿的上端以外螺紋與第一支撐桿下端連接。

第二膨脹錨桿、第三膨脹錨桿和第四膨脹錨桿在結(jié)構(gòu)上與第一膨脹錨桿相同。

第一膨脹錨桿和第二膨脹錨桿豎直設(shè)置，第一膨脹錨桿的第一支撐桿和第二膨脹錨桿的第二支撐桿的上端分別穿過(guò)第一次梁的兩端并與活動(dòng)螺帽連接。第二次梁與第一次梁平行設(shè)置。第三膨脹錨桿和第四膨脹錨桿豎直設(shè)置。第三膨脹錨桿的第三支撐桿和第四膨脹錨桿的第四支撐桿分別穿過(guò)第二次梁的兩端并與活動(dòng)螺帽連接。主梁橫向設(shè)置，其兩端分別與第一次梁和第二次梁垂直固定連接。

豎向加載機(jī)構(gòu)包括橫向滾軸排、豎向千斤頂和水平鋼墊板。橫向滾軸排抵頂在主梁的下端面上。橫向滾軸排設(shè)置在豎向千斤頂上，豎向千斤頂設(shè)置在水平鋼墊板上。

剪切機(jī)構(gòu)包括第一垂直鋼墊板、剪切向千斤頂、傳力塊和第二垂直鋼墊板。第一垂直鋼墊板和第二垂直鋼墊板豎直設(shè)置，剪切向千斤頂?shù)猪斣诘谝淮怪变搲|板上，傳力塊左端抵頂在剪切向千斤頂?shù)牡鬃希瑐髁K右端抵頂在第二垂直鋼墊板上。

膨脹錨桿示意圖如圖1所示，瓣?duì)钐坠苁疽鈭D如圖2所示。

圖1 膨脹錨桿示意圖

圖2 瓣?duì)钐坠苁疽鈭D

使用中，用鉆機(jī)在試驗(yàn)構(gòu)件上打好四個(gè)錨固孔，將四個(gè)膨脹錨桿分別插入四個(gè)錨固孔中，旋緊固定螺帽，螺桿跟著一起旋轉(zhuǎn)，下脹塞隨著螺紋逐漸旋緊，使得上下兩個(gè)脹塞的錐形部分同時(shí)插入由三個(gè)弧形瓣件組合成的套管中，三個(gè)弧形瓣件隨即向外張開，兩個(gè)開口式箍環(huán)也隨著三個(gè)弧形瓣件組合成的套管向外擴(kuò)張，由于套管膨脹形成摩擦握裹力，達(dá)到錨固效果。

試驗(yàn)中通常用4個(gè)膨脹錨桿連接的4個(gè)支撐桿，4個(gè)膨脹錨桿通過(guò)上端螺桿分別與4個(gè)支撐桿相連接，其中二個(gè)支撐桿之間架設(shè)第一次梁，另外二個(gè)支撐桿間架設(shè)第二次梁，用活動(dòng)螺帽固定次梁；在二個(gè)次梁的中間架設(shè)主梁，主梁下部依次安裝橫向滾軸排，豎向千斤頂，水平鋼墊板。整個(gè)豎向加載機(jī)構(gòu)所有部件需安裝在同一軸線上，與預(yù)定剪切面相垂直。其次是安裝剪切機(jī)構(gòu)，安裝順序?yàn)榇怪变搲|板，剪切向千斤頂，傳力塊，垂直鋼墊板，剪切系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格定位，中心線要平行于預(yù)定剪切面。錨固反力裝置安裝完畢后即可緩慢施加荷載開展試驗(yàn)。具體實(shí)施方案如圖3所示。

2 選用該方案的優(yōu)勢(shì)

(1)膨脹錨桿與傳統(tǒng)錨桿相比，其原理是依靠錨桿膨脹產(chǎn)生的摩擦力達(dá)到錨固效果。本文中的膨脹錨桿，當(dāng)旋緊固定螺帽時(shí)，受上下脹塞擠壓作用，使三個(gè)弧形瓣件組成的套管外壁始終能保持與螺桿平行，產(chǎn)生的摩擦阻力更大更均勻，因此錨固力更強(qiáng)。通過(guò)拉拔試驗(yàn)，膨脹錨桿可提供大于10kN的錨固力。

(2)施工方便，破壞性小，由于錨固力更強(qiáng)，打孔無(wú)需像傳統(tǒng)錨桿一樣打得很深，埋設(shè)時(shí)也無(wú)需注入錨固劑，節(jié)省施工時(shí)間。

圖3 抗剪試驗(yàn)實(shí)施方案示意圖

(3)膨脹錨桿與支撐桿靠螺紋連接固定，支撐桿采用直徑較粗的鋼管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋和錨筋，具有更好的穩(wěn)定性和剛性。支撐桿與次梁，次梁與主梁之間也通過(guò)螺紋來(lái)連接和固定，整個(gè)反力系統(tǒng)更牢固、穩(wěn)定，且方便拆卸，可以反復(fù)使用，節(jié)省試驗(yàn)材料，降低成本，提高工效。

3 結(jié)語(yǔ)

在觀音閣水庫(kù)建設(shè)中，選用該方案，將設(shè)備組裝并布置到需試驗(yàn)的混凝土上，按照試驗(yàn)規(guī)范要求逐步操作，順利完成了抗剪試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程和效果比較理想。采用這種新的方案完成碾壓混凝土原位的抗剪試驗(yàn)比傳統(tǒng)方案節(jié)約時(shí)間14d左右。

這種方案的不足在于當(dāng)碾壓混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，需要將設(shè)備埋的較深才能保證試驗(yàn)順利完成。

[1] 胡曉靜. 既有建筑嵌套建造地下室設(shè)計(jì)與施工[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2013(12).

[2] 張林, 徐進(jìn), 陳新, 等. 碾壓混凝土斷裂試驗(yàn)研究[J]. 水利學(xué)報(bào), 2001(05).

[3] 莊玉峰. 擋土墻墻后土體顆粒實(shí)驗(yàn)及直接剪切試驗(yàn)研究探析[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2017(02).

[4] 蔡躍波, 陸采榮, 孫君森. 碾壓混凝土材料性能和耐久性研究[J]. 水利發(fā)電, 2001(08).

[5] 張剛, 鎮(zhèn)俊武, 寧順才. 哥斯達(dá)黎加水電站項(xiàng)目碾壓混凝土軸向直接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究 [J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2016(02).

[6] 朱岳明, 黃文雄. 碾壓混凝土及碾壓混凝土壩的滲流特性研究[J]. 水利水電技術(shù), 1995(12).

[7] 黃志強(qiáng), 宋玉普, 王學(xué)志. 碾壓混凝土層面拉伸破壞試驗(yàn)研究[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2003(12).

[8] 湯洪潔. 碾壓混凝土拱壩的質(zhì)量控制[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2010(05).

[9] 劉數(shù)華, 曾力, 吳定燕. 碾壓混凝土抗裂性能研究[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào), 2015(03).

[10] 雷興順, 歐陽(yáng)松, 張勇. 大朝山攔河壩碾壓混凝土施工質(zhì)量控制[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2001(05).