小浪底工程排沙洞预应力溷凝土衬砌方案的试验研究..doc

小浪底工程排沙洞预应力混凝土衬砌方案的试验研究 伍安宝 陕西 安康水电联合实业有限责任公司 邮编725011 摘要：小浪底水利枢纽工程泄洪排沙洞采用后张法预应力混凝土衬砌。原设计为有粘结方案，承包商建议采用无粘结方案施工。为验证两方案的可行性，在现场浇筑两方案的试验模型。通过理论分析与张拉测试，揭示了预应力摩擦损失和结构的受力、变形特性。试验结果与理论分析为最终选定无粘结预应力混凝土衬砌方案奠定了可靠的基础。 关键词：排沙洞 预应力混凝土衬砌 有粘结 无粘结 模型试验 工程概况 小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北40KM的黄河干流上，是一座以防洪、防凌、减淤为主，兼顾发电、灌溉、供水的大型水利枢纽工程。枢纽由大坝、泄洪排沙建筑物和水电站组成。排沙洞位于左岸山体中，三条洞长各为1100M，洞径6.5M，一般洞段衬砌混凝土厚0.65M。设计正常高水位275M，当库水位220M时，单洞泄量Q=500M3/S，流速V=15M/S。水位超过220M，由设在出口的闸室控制流速不大于15M/S，以减低泥沙的冲蚀。排沙洞洞轴线以上覆盖层变化很大，覆盖层中有泥化夹层。水库运行后排沙洞帷幕下游侧地下水位仍然很低，该部位常年承受内水水头H=118.75M。排沙洞是枢纽的重要建筑物。为防止衬砌混凝土开裂，内水外渗危及出口边坡稳定，从长期安全运行考虑，确定按全预应力度结构设计。对每条排沙洞帷幕前作普通钢筋混凝土衬砌，帷幕下游长约700M的洞段采用后张法有粘结预应力混凝土衬砌。 图1 排沙洞纵剖面图 针对招标文件中有粘结设计方案，承包商在投标说明书中即建议采用国外已发展起来的预应力混凝土衬砌无粘结的替代方案。称该方案施工简便，结构整体性及应力状况较好，钢绞线防腐蚀，安全可靠，材料用量节省等。 二 试验目的 对于水工有压遂洞，有粘结预应力混凝土衬砌已在清江隔河岩和天生桥一级电站引水发电洞运用，国内在设计和施工中均有成功的经验。而将无粘结预应力混凝土衬砌技术运用于水工有压遂洞工程，在国内尚无先例。 为了验证无粘结替代方案理论计算的正确性、技术上的可靠性、与设计方案的等效性以及施工过程中的可操作性，必须在现场进行模型试验，以慎重选择预应力混凝土衬砌的方案和技术，确保该工程设计和施工的质量。 三 模型设计要点及试验程序 根据承包商的申请和工程师的批准，由承包商在现场制作了两方案的模型试验块。试验模型断面尺寸与原型相等，但洞轴线铅直布置，模型高度分别为1.925M和1.95M.。无粘结模型共布置4个锚槽，有粘结模型布置了6个锚槽。混凝土设计为400号，浇筑28天后即进行预应力张拉和压水试验。张拉过程中对钢筋混凝土的应力应变、钢绞线的张力、伸长值及磨擦系数、洞径的收敛变形等参数进行了实测。 测试中磨擦系数的验算采用下述公式 PX=P0e-( kx +μα) ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄（1） 式中：P0为张拉端处的张拉力；PX为距张拉端X处的张拉力；K为孔道偏差影响系数；X为从张拉端至计算点处的孔道长度；μ为曲率磨擦系数；α为从张拉端至计算点处的弧度变化量。 1 有粘结主设计方案 主设计方案采用12根φ15.24MM单圈布置的有粘结钢绞线的预应力混凝土衬砌技术。钢绞线张拉后在波纹管内进行压力灌浆。锚具槽间距25CM，锚具槽总数9000个。锁定前千斤顶处预拉力2343.6KN，张拉端处预拉力P0=2040KN，K=0.0015，μ=0.2。在现场试验中，应用了国内的OVM公司、德国的DSI公司的张拉设备和锚具系统。μ值测定采用瑞士VSL张拉设备和锚具系统，在试验环外表面设置环形条墩，内埋波纹管，固定端安装测力计，另一端千斤顶张拉钢绞线。当张力达到设计值时测得张拉端P0和固定端Px，将P0、Px和拟定的K=0.0015代入（1）式，即可求得μ值。对有粘结方案还作了灌浆锚固效果检验和截断钢绞线的破坏试验。锚具槽和观测仪器布置详见图2 图2 锚具槽和观测仪器布置图 无粘结替代方案 根据等效应力原则，替代方案采用8根φ15.70MM包裹涂油套管双圈布置的无粘结钢绞线预应力混凝土衬砌方案，锚具槽间距45CM，锚具槽总数5000个。锁定前千斤顶处预拉力1674KN，张拉端处预拉力P0=1535KN，拟定的K=0.0007，μ=0.07。试验中应用了德国的DSI公司的张拉设备和锚具系统。μ值测定采用了固定端安装测力计，另一端千斤顶张拉钢绞线，测得张拉端P0和固定端Px。将P0、Px和拟定的K=0.0007代入（1）式，即可求得μ值。 观测仪器的布设 在每一方案中沿管轴向布设4个观测断面，每一断面设置5个观测点。各埋设混