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    在水利水电工程项目建设过程中,根据工程所在的地势条件,常常要设置缆机、吊桥等辅助设施。缆索的锚固方法为以上设施设计中的重点和难点,锚固形式严格受地质条件的限制,根据地质条件及缆索承拉张力的不同,缆索的锚固形式主要有锚拉洞、重力墩、锚桩、锚杆等几种。拉西瓦水电站左岸混凝土系统上楼栈桥悬索锚固采用锚筋桩方案,文章详细介绍了该方案的设计过程,供设计类似工程时借鉴。 关键词钢栈桥悬索;锚筋桩锚固;设计方案 1概述 拉西瓦水电站左岸混凝土拌和系统布置在坝址下游约1km左右黄河左岸的夜宿沟,由左岸高线交通洞和左缆平台开挖的石渣在夜宿沟填出一个平台,占地约1.8万m2,平台高程为2440m。该系统在平面布置上设计有一条上楼胶带机栈桥,由于拌和平台均处在新回填的石碴上,故胶带机栈桥桁架设计采用悬索吊挂的方式,悬索两端分别锚固在上下游的岩石边坡上。根据施工现场实际地质勘察情况,上下游的锚固点均位于岩石破碎区域并有断层带穿过,岩石开挖成洞较困难,同时开挖爆破对该系统其它项目施工的干扰极大,因此该栈桥悬索两端锚固采用锚筋桩方案。 2.悬索锚固设计方案 2.1设计基础资料 2.1.1该系统悬索锚固点地质条件为弱风化变质花岗岩,断层裂隙较发育,表面岩石较破碎。 2.1.2悬索承受的张拉荷载包括栈桥内胶带机设备及物料荷载,以及人行检修荷载。 2.2悬索规格设计 栈桥桁架采用两道钢索(主索)悬挂,主索间距5.5m,主索跨度为190.625m,单道主索承受的张拉荷载经计算约为3700KN,单道主索设计由14根φ38镀锌钢丝绳组成为一束。钢丝绳选用规格为6×19(b)IWS,1870级,E=1.3×105Mpa。单根钢丝绳破断拉力为890KN,缆索安全系数约为3.3倍,满足规范设计要求。 悬索锚固布置形式见图1。 2.3悬索锚固方案设计 悬索两个端头采用地锚分别锚固在上下游的岩石边坡上,两道主索共设置有4个锚固点。主索的每根钢丝绳分别与一根锚筋桩相连接,单根锚筋桩设计长度为17.5m,入岩深度17m,由于外部岩石比较破碎,内锚固段设计长度为10m,自由段设计长度为7.5m,锚筋桩造孔规格为φ120mm,采用M30水泥砂浆或纯水泥浆灌注。锚筋桩内锚固段采用4Φ32钢筋焊接成束,内锚固段采用4φ32圆钢焊接成束,内锚固段在锚桩安装前涂刷沥青油漆,保证能够自由伸缩,内锚固段则防止被油污染。锚桩制作连接接头处钢筋须先进行对接焊,然后进行并焊,焊缝受力强度必须达到母材强度。锚筋桩通过连接螺杆、锚头套筒、螺帽与主索的钢丝绳相连接。连接螺杆采用φ45圆钢加工,每套为2根。锚桩在横截断面上按照3、4、4、3的形式进行布置,间距为1.0m。 锚筋桩与螺杆焊接连接部位用混凝土浇筑成墩头,以便将连接螺杆进行定位并起到一定保护作用,但锚桩在墩头内的部分要设置套筒,使其能够在墩头内自由伸缩。连接螺杆外露长度为1.7m,该部分套丝,以便对主索垂度进行调整。在墩头与基岩接触部位打设锚杆,以利墩头稳定,在墩头上部采用型钢及钢板搭设防护棚,对连接螺杆及主索钢丝绳进行保护,防止锚固点上部山坡落石损坏主索。 由于主索锚固部位岩石比较破碎,在施工过程中若遇到造孔无法进展的情况,则采用固壁灌浆的方法进行造孔;若锚固部位整体岩石均破碎,采用固壁灌浆的方法仍然无法进行造孔,则对该部位进行固结灌浆后再造孔。 主索锚固形式见图2,图2所示为主索上游端锚固形式,下游端锚固形式结构与此同,只是倾角方向有差别,可以从悬索总布置形式图(图1)中看出。 2.4锚筋桩锚固受力计算 上楼栈桥每道主索张拉力约为3700KN,单根钢丝绳承受的工作张拉力约为264.3KN。锚桩锚固根据设计规范要求,应按照2.0倍以上安全系数进行设计,本工程在设计时按照2.5倍安全系数进行设计,单根锚筋桩锚固力需要达到660KN。 2.4.1锚桩规格选取计算 As=Ft/fy As——锚桩截面面积(mm2) Ft——锚桩所受拉拔力(N) fy——锚桩的抗拉强度设计值 As=660000N÷310N/mm2=2129mm2 As=660000N÷210N/mm2=3142mm2 内锚固段选用4Φ32钢筋加工锚桩,其截面面积为4×803=3224mm2>2129自由段选用4φ32圆钢加工锚桩,其截面面积为4×803=3224mm2>3142mm2,满足使用要求。 说明4Φ28钢筋加工锚桩也满足使用要求,但φ28钢筋与φ32钢筋直径差较大,不利于焊接连接 2.4.2锚桩锚固长度及抗拔力验算 1、由公式Ft≤π*D*L*f计算锚桩锚固长度 Ft——单根锚桩拉拔力(N) D——锚桩孔直径(mm) L——锚桩有效锚固长度(mm) f——砂浆与岩石壁之间的粘结强度设计值(MPa),根据岩石性质,f值可取0.1~0.45。 f取0.2时 L=Ft/(π*D*f)=660000÷(3.14×120×0.2)≈8.8m f取0.3时 L=Ft/(π*D*f)=660000÷(3.14×120×0.3)≈5.8m 根据本工程实际岩石情况,锚筋桩内锚固长度定为10.0m,自由长度定为7.5m。 2、由公式F=π*d*h*τb验算砂浆与锚桩表面的粘结力 F——锚固力(N) d——锚桩直径(mm) h——在砂浆内的锚固深度(mm) τb——砂浆与锚桩表面的粘结强度,可取2.5~3.5Mpa。 按照单根锚筋计算 F=3.14×32×10000×2.5=2512000(N)=2512(KN)>660(KN) 说明有效锚固长度按10m验算,单根锚筋已经满足锚固要求,锚桩肯定满足锚固要求。 2.4.3连接螺杆规格选取计算 由As=(3700000N÷14)÷210N/mm2=1258mm2,选用2φ45圆钢(材质为Q235),截面面积为3180mm2,安全系数为2.5,满足使用要求。 3.悬索安装及张拉试验 锚筋桩打安及锚固灌浆完毕待龄期达到后,进行悬索钢丝绳安装,将绳索锚头套筒与预埋的连接螺杆进行螺栓联结。单根绳索安装完毕后,对其做张拉试验,以检验锚筋桩的锚固质量。根据单道主索所需承受的370t总荷载,其单根钢丝绳所承受的张拉荷载约为26.5t,试验张拉力按照40t进行控制,为1.5倍工作张力,满足实际使用要求。根据上楼栈桥主索特性,吊挂的试验荷载应达到12.7t。 试验完毕且锚桩锚固力符合设计要求后,通过调整螺帽位置将绳索垂度调至设计要求。 4.结语 拉西瓦水电站左岸混凝土拌和系统上楼栈桥悬索锚固成功采用了锚筋装方案,实践证明该方案较采用其它锚固方案有很多方面的优势。 第一方面符合施工实际地质情况。锚拉洞方案及重力墩方案均须对岩石边坡进行大开挖,因实际地质条件很差,开挖成洞很难成功。锚桩方案简单易行,成功率高、可靠性大。 第二方面大大地加快了施工进度,减小了对拌和系统其它施工项目施工的干扰。采用锚拉洞方案或重力墩方案,施工时岩石开挖量很大,锚杆打安及钢筋混凝土施工量也很大,施工工期很长,而锚桩锚固施工工期相对较短;锚拉洞方案或重力墩方案在爆破开挖施工期间,该系统的拌和楼安装及骨料罐罐体滑模施工必须停止,而锚桩方案在实施时带来的施工干扰则小得多。悬索锚固采用锚筋桩方案,为拌和系统建安施工能够按照合同工期完工创造了条件。 第三方面降低了项目建设成本。若悬索锚固采用锚拉洞方案估算造价约为45万元,而锚筋桩锚固方案实际造价为23万元。 在工程项目建设过程中,若能够结合工程特性及实际外界条件,选用合理的设计方案并对设计方案进行深入优化,将会降低工程项目的建设成本,同时能够缩短建设周期,促使工程提前投产运行。总之,对建设项目的实施方案进行优化设计,有着深远的经济效益和社会效益。 注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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