主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁及施工方法

2023-06-28 10:21:21

專利名稱：主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁及施工方法
技術領域：
本發明涉及水電站地下廠房巖錨吊車梁的結構設計，更具體地說它是一種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁。本發明還涉及到這種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法。
背景技術：
巖錨吊車梁因具有可減小廠房跨度，改善洞室圍巖穩定性；減小開挖、支護、混凝土及鋼筋工程量，降低工程投資；可提前形成並投入使用，有利於方便施工，加快施工進度等優勢，在地下電站建設中被普遍採用。隨著我國水電事業的不斷發展，採用地下廠房的水電站越來越多，單機容量已達到700麗級別，並向1000麗級別邁進，單機容量的提高導致地下廠房洞室規模越來越大，廠房跨度已超過30m，高度接近100m，吊車梁輪壓也超過了100t，大跨度、高邊牆洞室圍巖穩定及重載巖錨吊車梁結構安全問題越來越突出，直接關係 到電站的正常運行。傳統巖錨梁主承載錨杆採用普通砂漿錨杆，仰角為15° -30°，錨杆鋼筋直接埋入梁體中，並在梁體與圍巖交界部位設一定長度的自由段。在工程實踐中，其技術缺陷日益顯現，主要體現在(I)受圍巖變形影響，部分錨杆應力偏高，甚至超過設計標準，而且施工後應力無法調節，導致結構存在安全隱患；(2)梁體與豎向巖面間結合較差，增加了巖錨梁斜巖臺的負載，降低了梁體整體穩定性。(3)主承載錨杆初始應力是由洞室圍巖變形導致的被動應力，其量值存在較大差異，在重載條件下，梁體變形可能出現不均勻，影響橋機正常運行。

發明內容
本發明的第一目的在於克服上述現有背景技術的不足，提供一種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁。本發明的另一目的在於提供這種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法。本發明的第一目的通過如下措施來達到的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，它包括巖錨吊車梁梁體、主承載預應力錨杆、加固錨杆，其特徵在於所述主承載預應力錨杆依次由錨杆錨固段，錨杆自由段和錨杆外露鎖定段組成，錨杆鋼筋貫穿錨杆錨固段，錨杆自由段和錨杆外露鎖定段；錨杆錨固段包括位於中部位置的錨杆鋼筋，在錨杆鋼筋上間隔布置有鋼筋對中支架，並通過第一次灌漿後在錨杆鑽孔內固定而成；錨杆自由段包括位於中部位置的錨杆鋼筋，位於錨杆鋼筋外的浙青及PE膜層，錨杆自由段的一部分位於錨杆鑽孔內通過在浙青及PE膜層上經第一次灌漿而成；錨杆自由段的另一部分位於巖錨吊車梁梁體內，通過預埋鋼套管後經第二次灌漿而成；錨杆外露鎖定段依次包括鋼檔板、墊圈和螺母，所述的鋼檔板、墊圈和螺母均固定在外露的錨杆鋼筋上。在上述技術方案中，所述的螺母為雙螺母。在上述技術方案中，所述的主承載預應力錨杆仰角Θ為5° -15°。優選上排主承載預應力錨杆10與水平面的仰角Θ為15°，下排主承載預應力錨杆10與水平面的仰角Θ為10°。本發明的第二目的是通過如下措施來達到的主承載預應力錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法，其特徵在於它包括如下步驟①.在錨杆自由段區域外抹浙青和包裹PE膜；②.在地下廠房洞室開挖至巖錨梁斜巖臺下部後，進行錨杆鑽孔施工，清孔後插入帶有對中支架的錨杆鋼筋，將錨杆鋼筋插入後進行第一次灌漿；·③.同時進行加固錨杆施工、預埋鋼套管和鋼墊板的安裝，待第一次灌漿的水泥砂漿達到設計強度後，進行巖錨吊車梁梁體的澆築，錨杆鋼筋通過預埋鋼套管伸出巖錨吊車梁梁體外，預埋鋼套管與鋼墊板間採用貼角焊接；④.待巖錨吊車梁梁體混凝土達到設計強度後，在錨杆鋼筋外露鎖定段依次套上鋼擋板、墊圈和螺母；⑤.通過擰緊螺母對錨杆鋼筋進行第一次張拉至設定的預應力；⑥.待地下廠房洞室圍巖變形收斂後，對錨杆鋼筋進行第二次張拉，通過擰緊螺母施加預應力達到最終設計值；⑦.最後進行第二次灌漿，灌滿巖錨吊車梁梁體內預埋鋼套管。在上述技術方案中，在所述的第⑤步和第⑥步之間還包括在地下廠房洞室開挖施工過程中，根據監測資料，通過擰緊或放鬆螺母，使錨杆鋼筋的應力始終控制在設計標準範圍內；在上述技術方案中，所述的預應力錨杆外露鎖定段、鋼擋板、墊圈和雙螺母均鍍鋅或刷防鏽漆。本發明針對傳統巖錨吊車梁由於圍巖變形導致部分主承載錨杆應力偏高，甚至超過設計標準，且施工後無法調節的技術缺陷，研究發明了一種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁。該種巖錨梁主承載錨杆應力可始終控制在設計標準範圍內，且巖錨梁整體穩定性高，梁體不均勻變形小，有利於橋機的正常運行。具體地說本發明具有如下特點(I)巖錨梁主承載錨杆採用後張部分預應力錨杆，固定錨杆採用普通砂漿錨杆。後張部分預應力錨杆可避免錨杆鋼筋直接埋入巖錨梁梁體中，為主承載錨杆應力的全過程調節提供了前提條件。(2)預應力錨杆錨杆鋼筋通過外抹浙青和包裹PE膜形成自由段(張拉段)，通過巖錨吊車梁梁體中預埋鋼套管伸出梁體，在錨杆端部利用螺母施加預應力鎖定梁體。設置自由段可使錨杆鋼筋與鑽孔及鋼套管內的水泥砂漿不直接粘結，滿足錨杆鋼筋的自由伸縮，為施加預應力鎖定梁體、並使預應力向錨杆錨固段傳遞提供了技術保障，保證了錨杆施加預應力對巖錨梁梁體的預期錨固效果。(3)通過擰緊或放鬆錨杆端部的螺母，可調節錨杆中預應力的大小，從而實現主承載錨杆應力的全過程調節，保證錨杆應力始終控制在設計標準範圍內，有效地解決了傳統巖錨吊車梁由於地下廠房開挖施工過程中，圍巖變形導致的部分主承載錨杆應力偏高，甚至超過設計標準，且施工後無法調節的技術缺陷。(4)通過對主承載錨杆施加設定的預應力，保證巖錨吊車梁梁體與豎向巖面結合良好，從而可利用梁體與豎向巖面間的摩擦力來平衡橋機輪壓帶來的部分豎向載荷，減小巖錨梁斜巖臺上的荷載，達到提高巖錨吊車梁的整體穩定性，減小梁體變形，降低主承載錨杆承受的剪應力等目的。橋機運行之前，巖錨梁主承載錨杆初始應力是通過錨杆端部螺母施加的主動應力，其量值一致性好，且大小可以適時調節；橋機運行時，主承載錨杆拉伸值小，且一致性好，可提高巖錨梁變形的均勻性，保證橋機正常行走。(5)由於該種巖錨吊車梁梁體與豎向巖面結合良好，提高了巖錨吊車梁的整體穩定性，減小了橋機運行時梁體的變形，因而可降低主承載錨杆承受的剪應力，為主承載錨杆採用更小的仰角(5° -15° )提供了前提條件。錨杆小仰角的採用，增加了主承載錨杆受力力臂，為加大主承載錨杆的間距創造有利條件，從而降低施工難度，方便施工。本發明主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，其優勢主要體現在以下幾方面(I)通過調節錨杆螺母，實現主承載錨杆應力的全過程控制，使錨杆應力始終可控制在 設計標準範圍內，巖錨梁結構安全更有保障；(2)巖錨吊車梁與巖面結合良好，可提高巖錨梁的整體穩定性；(3)錨杆受力與梁體變形均勻，有利於橋機的正常運行；(4)主承載錨杆可採用更小的仰角，從而可加大錨杆間距，有利於方便施工。本發明綜合考慮了巖錨吊車梁結構的受力特點、施工過程中地下廠房洞室圍巖變形特徵、環境影響及橋機正常運行要求，規避了傳統巖錨吊車梁的技術缺陷，適用於I、II及III類圍巖中各種規模的地下廠房，在保證巖錨梁結構安全、整體穩定性和正常運行方面具備較大優勢，尤其適用於重載、大懸臂巖錨吊車梁。


圖I為地下廠房巖錨吊車梁布置橫剖面圖；圖2為現有的傳統巖錨吊車梁結構大樣圖；圖3為現有的巖錨吊車梁主承載錨杆結構示意圖；圖4為本發明巖錨吊車梁結構大樣5為本發明巖錨吊車梁主承載錨杆結構示意圖；圖中1、地下廠房洞室，2、橋機，3、巖錨吊車梁梁體，4、普通主承載錨杆(或稱普通錨杆)，5、錨杆鋼筋，6、錨杆鑽孔，7、水泥砂眾，8、鋼筋對中支架，9、浙青及外裹PE膜，10、主承載預應力錨杆(或稱預應力錨杆)，11、預埋鋼套管，12、鋼墊板，13、鋼擋板，14、墊圈，15、螺母，16、錨杆錨固段，17、錨杆自由段，18、錨杆直接埋入梁體段，19、錨杆外露鎖定段，20、第一次灌漿段，21、第二次灌漿段，22、斜巖臺，23、豎向巖壁面，24、加固錨杆，25、地下廠房洞室圍巖
具體實施例方式以下結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們並不構成對本發明的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。說明書中的名詞解釋
預應力錨杆由錨頭、預應力筋、錨固體組成，利用預應力筋自由段(張拉段)的彈性伸長，對錨杆施加預應力，以提供所需的主動支護拉力的長錨杆。錨固段預應力錨杆體的內部持力端，它是用膠結材料或用金屬加工的機械裝置，使錨杆內端同被錨固體深部穩定的介質形成整體的區段。巖錨吊車梁(簡稱巖錨梁)巖錨梁是通過長錨杆將鋼筋混凝土吊車梁固定在巖壁上的結構，橋式起重機的全部載荷以及自重通過長錨杆和鋼筋混凝土吊車梁與巖壁接觸面上的摩擦力傳到巖體上。灌漿利用灌漿泵或漿液白重，通過鑽孔、埋管或其它方法把水泥漿液壓送到巖體的裂隙、混凝土裂縫、接縫或空洞內的工程措施。參閱圖I可知現有的地下廠房的水電站為地下廠房洞室圍巖25圍成的地下廠房 洞室1，橋機2可在巖錨吊車梁梁體上移動，參閱圖2可知現有的主承載錨杆4均位於巖體和巖錨吊車梁梁體3的上端，加固錨杆24位於斜巖臺22和巖錨吊車梁梁體3的下端，主承載錨杆4和加固錨杆24均為普通砂漿錨杆。參閱圖3可知現有的主承載錨杆4由錨杆錨固段16,錨杆自由段17和錨杆直接埋入梁體段18組成。錨杆錨固段16包括中部位置的錨杆鋼筋5，在錨杆鋼筋5上間隔布置有鋼筋對中支架8，並通過對鋼筋對中支架8和錨杆鋼筋5經水泥砂漿7在錨杆鑽孔6內固定而成；錨杆自由段17位於錨杆錨固段16和錨杆直接埋入梁體段18之間，它是在錨杆鋼筋5外抹浙青和包裹PE膜9經水泥砂漿7在錨杆鑽孔6及巖錨吊車梁梁體3內固定而成；其中位於巖錨吊車梁梁體3內的部分為小部分；錨杆直接埋入梁體段18全部位於巖錨吊車梁梁體3內。參閱圖4、圖5可知主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，它包括巖錨吊車梁梁體3，預應力錨杆10，加固錨杆24，其特徵在於所述主承載預應力錨杆10依次由錨杆錨固段16,錨杆自由段17和錨杆外露鎖定段19組成，錨杆鋼筋5貫穿錨杆錨固段16,錨杆自由段17和錨杆外露鎖定段19 ；錨杆錨固段16包括位於中部位置的錨杆鋼筋5,在錨杆鋼筋5上間隙布置有鋼筋對中支架8，並通過對鋼筋對中支架8和錨杆鋼筋5經第一次灌漿後在錨杆鑽孔6內固定而成； 錨杆自由段17包括位於中部位置的錨杆鋼筋5，位於錨杆鋼筋5外的浙青及PE膜層9，錨杆自由段17的一部分位於錨杆鑽孔6內通過在浙青及PE膜層9上經第一次灌漿而成；錨杆自由段17的另一部分位於巖錨吊車梁梁體3內，通過預埋鋼套管11後經第二次灌漿而成；錨杆外露鎖定段19依次包括鋼檔板13、墊圈14和螺母15，所述的鋼檔板13、墊圈14和螺母15均固定在外露的錨杆鋼筋5上。所述的螺母15為雙螺母。所述的主承載預應力錨杆10與巖錨吊車梁梁體3之間的仰角Θ為5° -15°。優選上排主承載預應力錨杆10與水平面的仰角Θ為15°，下排主承載預應力錨杆10與水平面的仰角Θ為10°。
本發明主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法，其特徵在於它包括如下步驟①.在錨杆自由段17區域外抹浙青和包裹PE膜9 ;②.在地下廠房洞室I開挖至巖錨梁斜巖臺22下部後，進行錨杆鑽孔6施工，清孔後插入帶有對中支架8的錨杆鋼筋5，將錨杆鋼筋5插入後進行第一次灌漿20 ；③.同時進行加固錨杆24施工、預埋鋼套管11和鋼墊板12的安裝，待第一次灌漿的水泥砂漿7達到設計強度後，進行巖錨吊車梁梁體3的澆築，錨杆鋼筋5通過預埋鋼套管11伸出巖錨吊車梁梁體3外，預埋鋼套管11與鋼墊板12間採用貼角焊接。貼角焊接可防止鋼套管11與鋼墊板12之間相對位置的變化；④.待巖錨吊車梁梁體3混凝土達到設計強度後，在錨杆鋼筋5外露鎖定段19依次套上鋼擋板13、墊圈14和螺母15 ； ⑤.通過擰緊螺母15對錨杆鋼筋5進行第一次張拉至設定的預應力；⑥.待地下廠房洞室圍巖25變形收斂後，對錨杆鋼筋5進行第二次張拉，通過擰緊螺母15施加預應力達到最終設計值；⑦.最後進行第二次灌漿21，灌滿巖錨吊車梁梁體3內預埋鋼套管11。在所述的第⑤步和第⑥步之間還包括在地下廠房洞室I開挖施工過程中，根據監測資料，通過擰緊或放鬆螺母15，使錨杆鋼筋5的應力始終控制在設計標準範圍內。預應力錨杆10外露鎖定段19、鋼擋板13、墊圈14和雙螺母15均鍍鋅或刷防鏽漆。加固錨杆24為普通砂漿錨杆，其施工方法此處不再贅述，嚴格按照國內相關規程規範執行。
權利要求
1.主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，它包括巖錨吊車梁梁體(3)，主承載預應力錨杆(10)，加固錨杆(24)，其特徵在於所述主承載預應力錨杆(10)由錨杆錨固段(16),錨杆自由段(17)和錨杆外露鎖定段(19)組成,錨杆鋼筋(5)貫穿錨杆錨固段(16),錨杆自由段(17)和錨杆外露鎖定段(19)； 錨杆錨固段(16)包括位於中部位置的錨杆鋼筋(5),在錨杆鋼筋(5)上間隙布置有鋼筋對中支架(8)，並通過第一次灌漿後在錨杆鑽孔(6)內固定而成； 錨杆自由段(17)包括位於中部位置的錨杆鋼筋(5)，位於錨杆鋼筋(5)外的浙青及PE膜層(9)，錨杆自由段(17)的一部分位於錨杆鑽孔(6)內通過在浙青及PE膜層(9)上經第一次灌漿而成；錨杆自由段(17)的另一部分位於巖錨吊車梁梁體(3)內，通過在錨杆鋼筋(5)外的浙青及PE膜層(9)上經第一次灌漿，在第一次灌漿後的預埋鋼套管(11)上經第二次灌漿，且在鋼套管(11)的尾端上焊接鋼墊板(12)而成； 錨杆外露鎖定段(19)依次包括鋼檔板(13)、墊圈(14)和螺母(15)，所述的鋼檔板(13 )、墊圈(14 )和螺母(15 )均固定在外露的錨杆鋼筋(5 )上。
2.根據權利要求I所述的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，其特徵在於所述的螺母(15)為雙螺母。
3.根據權利要求I或2所述的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，其特徵在於所述的主承載預應力錨杆(10)與巖錨吊車梁梁體(3)之間的仰角Ω為5° -15°。
4.根據權利要求3所述的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，其特徵在於所述的主承載預應力錨杆(10)包括上排預應力錨杆和下排預應力錨杆，上排預應力錨杆與水平面的仰角Ω為15°，下排預應力錨杆與水平面的仰角Ω為10°。
5.主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法，其特徵在於它包括如下步驟 ①.在錨杆自由段(17)區域外抹浙青和包裹PE膜(9); ②.在地下廠房洞室(I)開挖至巖錨梁斜巖臺(22)下部後，進行錨杆鑽孔(6)施工，清孔後插入帶有對中支架(8)的錨杆鋼筋(5)，將錨杆鋼筋(5)插入後進行第一次灌漿段(20)； ③.同時進行加固錨杆(24)施工和預埋鋼套管(11)的安裝，待第一次灌漿的水泥砂漿(7)達到設計強度後，進行巖錨吊車梁梁體(3)的澆築，錨杆鋼筋(5)通過預埋鋼套管(11)伸出巖錨吊車梁梁體(3)外，預埋鋼套管與鋼墊板間採用貼角焊接； ④.待巖錨吊車梁梁體(3)混凝土達到設計強度後，在錨杆鋼筋(5)外露鎖定段(19)依次套上鋼擋板(13)、墊圈(14)和螺母(15); ⑤.通過擰緊螺母(15)對錨杆鋼筋(5)進行第一次張拉至設定的預應力； ⑥.待地下廠房洞室圍巖(25)變形收斂後，對錨杆鋼筋(5)進行第二次張拉，通過擰緊螺母(15)施加預應力達到最終設計值； ⑦.最後進行第二次灌漿，灌滿巖錨吊車梁梁體內預埋鋼套管。
6.根據權利要求5所述的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法，其特徵在於在所述的第⑤步和第⑥步之間還包括在地下廠房洞室(I)開挖施工過程中，根據監測資料，通過擰緊或放鬆螺母(15)，使錨杆鋼筋(5)的應力始終控制在設計標準範圍內。
7.根據權利要求5所述的主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法，其特徵在於所述的主承載預應力錨杆(10)外露鎖定段(19)、鋼擋板(13)、墊圈(14)和雙螺母(15)均鍍鋅或刷防鏽漆。
全文摘要
主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁，它包括巖錨吊車梁梁體(3)，主承載預應力錨杆(10)，加固錨杆(24)，所述主承載預應力錨杆(10)由錨杆錨固段(16)，錨杆自由段(17)和錨杆外露鎖定段(19)組成，錨杆鋼筋(5)貫穿錨杆錨固段(16)，錨杆自由段(17)和錨杆外露鎖定段(19)。本發明克服了傳統巖錨吊車梁由於圍巖變形導致部分主承載錨杆應力偏高，且施工後無法調節的技術缺陷。本發明巖錨梁主承載錨杆應力可始終控制在設計標準範圍內，巖錨梁整體穩定性高，梁體不均勻變形小，有利於橋機的正常運行。本發明還同時公開了這種主承載錨杆應力可全過程調節的巖錨吊車梁的施工方法。
文檔編號B66C7/00GK102839664SQ201210296678
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者鈕新強, 周述達, 謝紅兵, 邵年, 王 煌, 牟春來, 劉惟, 陳銳, 韓前龍, 李旻 申請人:長江勘測規劃設計研究有限責任公司