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后锚固技术在大型水电机组加固处理中的应用

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王永洪

Summary：大型水电站发电机多采用埋入混凝土的锚杆螺栓作为定子机座与混凝土的连接部件。由于锚杆螺栓设计承载力不足或材质不达标，直接造成锚杆螺栓实际许用应力降低，使发电机定子机座受力状况恶化，给机组的安全稳定运行带来极大隐患，特别是使应对事故工况的能力急剧变差。而且，在投产发电后，由于施工条件的限制，加强定子基础受力的施工难度极大。提出了采用增加化学植筋加固的方法对发电机定子基础板进行加固处理，即基于投产发电后的机组所具备的处理条件选择的一种切合实际的处理方法。介绍了后锚固方案的制定和新植筋螺杆及其承力附件性能的检验。在国内某大型电站的应用实例表明，该方法能够彻底消除锚杆螺栓断裂对机组安全稳定运行的影响，机组开机运行情况良好，各部件振动情况良好，达到了预期的效果。

Key：后锚固;化学植筋;新植螺杆;锚杆螺栓;发电机

中图法分类号：TV223.34

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.07.011

大型水电机组发电机定子机座基础板锚杆螺栓的作用是将来自定子的切向力、径向力及轴向力传递给混凝土基础，对水轮发电机组应对发电机半数磁极短路、两相短路、120°非同期等事故工况起着至关重要的作用。该锚杆螺栓多采用含铬的高强度钢制螺栓，具有良好的硬度、屈服强度、抗拉强度和冲击吸收能量等。但在设计、制造、安装及运行维护各个环节出现问题时，都可能造成锚杆螺栓许用应力降低，定子机座基础板承载力不足等情况，对机组安全稳定运行造成不良影响。特别是在机组投产发电后，对定子机座基础板的加固处理受混凝土钢筋网、施工空间和工期等因素的限制，施工难度极大。为提升定子机座的受力状态，必须突破常规设计，采用全新的方法进行加固处理。

1研究背景

后锚固技术是指通过相关技术手段在既有混凝土结构上的锚固[1]。该技术具有在原结构基础上加固改造，施工周期快，目标设计性能好以及费用大幅度降低等优点[2]，适用于已投产发电后的水电机组加固处理。以化学锚固胶为胶粘剂，将带肋或全螺纹螺杆胶结固定于混凝土基材锚孔中的一种后锚固生根钢筋或螺杆称为化学植筋[3]。采用化学植筋的方式对定子机座基础板进行加固处理，是一种简单、高效且安全、可靠的处理方式。植筋新技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生锚固力。同时，根据施工条件，结合扩展基础板或利用原有基础板，实现定子机座与化学植筋有效连接，从而达到预紧效果。植筋加固一般分为定位、钻孔、清孔、注胶、植筋、养护锚固和预紧七大步骤。

采用化学植筋方式，首先应掌握化学植筋的破坏形式。化学植筋连接的破坏类型包括：化学植筋钢材破坏、胶结剂破坏和混凝土基材破坏[4]。植筋钢材破坏主要是指被拉断、剪断或复合受力破坏。控制此类破坏的方式是在设计之初即要选用符合受力要求的钢材，工程应用中，在使用之前应对植筋钢材进行化学成分分析、力学性能试验和金相检验等，以检验材质是否符合标准要求。胶结剂破坏属于脆性破坏，分为胶筋界面破坏和胶混界面破坏两类。防止胶筋界面破坏的有效途径是采用质量有保障的化学锚固胶，确保钢材与胶体之间的粘结力远大于钢材的受拉承载力;防止胶混界面破坏主要是在植筋成孔时，做好清孔、干燥等技术措施，保证胶体与基材之间的粘结力。混凝土基材破坏形式分为化学植筋受拉时以基材上部混凝土椎体及深部粘结拔出的混合型破壞、基材边缘劈裂破坏和化学植筋受剪时形成以植筋轴为顶点的一定深度的楔形体破坏。混凝土基材破坏形式属于脆性破坏。第一类破坏形式主要需要控制植入钢筋受拉区的总的受拉设计值不大于混凝土椎体破坏受拉承载力;基材边缘的劈裂破坏主要是由于植入钢材在基材上的布置不当和施工不当造成的，因此需要在受拉区配置能够限制裂缝的钢筋以及确保钢筋离基材的边缘构造厚度;第三类的破坏形式主要是由于钢筋在构件边缘受剪，混凝土沿楔形体破坏，目标设计应控制混凝土的受剪承载力大于受剪设计值[2]。

植筋拉伸试验分非破坏性和破坏性试验两类，试验要求应按照GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》[3]的规定，并结合实际情况进行检验试验。

2后锚固方案制定

2.1直接植筋加扩展基础板

在原有定子机座基础板平面周向，凿除一定厚度的混凝土直至露出混凝土基础上层环筋，利用地质探伤仪充分探明下部钢筋网及预埋管路布置，根据设计方案避开混凝土钢筋网及预埋管路，利用水钻在混凝土上钻孔，直径和深度满足设计要求。扩展基础板放置于凿除后的混凝土表面，根据水钻钻孔位置确定扩展板开孔位置，采用对边焊接方式与原基础连接。植筋螺杆下部与混凝土连接，上部与扩展基础板连接，采用六方螺母的形式，利用力矩扳手进行预紧，实现基础板加固处理。该方案施工难度小、进度快，但由于植筋螺杆