预应力锚索钢垫板锚墩结构设计

Ａ ０ ＝１ ０ Ｉ ｘ１００ ｎ ｌ上 垫 板 尺 寸 为 Ｂ ＝ ３０ ０ ｍｎ ０ ｌ ， Ｄ ０ ｎ ｌｏ ０ ０
４ ０ ｍｍ ８ ｎ， 踟 ＝ ５ ０ ｎｌ ８ ８ Ｘ ４ ０ ｍｌ Ｂ１ ０ ８ ｌ ｘ ５ ０ ｍｍ ， ０ ＝ ｎ Ｂ３∞
由，＝ ／ 卫 ｔ 厂
：
３ ２× Ｅ × Ｌ× （。 Ｕ
ｂ 挠 度
ａ计 算 网格
／ ５Ｘ８ ．６Ｘ １５Ｘ１ ５ ６ ９ １ １ ４
图 ４ 沿钢垫板中心线挠 度曲线 图
表 ２ 正 方 形 钢 垫 板 的 中 心点 挠 度 《 形 单 元 ） 矩 表 。 一 ∞ ３ ０ × １ ５Ｘ７ ０× ３ ０ — ２Ｘ ２ ６ ０ ０ ５
计 值 ． 为 １５ＮⅡ 。结 构 系数 取 １３ 结 构重 １ ／ ．，
要 性 ｙ 取 １３ 设计 状况 系数 取 １０ 设 计超 张拉 。 ．， ．；
力 取 １ １ ．５Ｆ。
满 足设计 要求 。 ２２ 按有 限元 弹性 薄板 理论计 算 垫板 ．
２ ２ １ １ ０ Ｎ级锚 索钢 垫板 计算 ．． ０ｋ ０
为 Ｄ１８ｍ １８０ｋ ２ ｍ； ０ Ｎ级 直 径 为 Ｄ ６ ｍ； ０ Ｎ １５ｍ ３００ｋ
级直 径 为 Ｄ ０ ｉ。 ２ ０ｍｌ ｌ
用有限元法计算钢垫板弯 曲的收敛情况 ， 在集 中荷 载作用下沿中心线的挠度 见图 ４ ｂ 。 （） 承受均布荷载 Ｐ或 中央集 中荷 载 ｐ的正方形 钢垫板 ， 用有限元法求得 的中心点挠度与精确解的 比较见 表 ２ 。
云南水力发 电
５ ８
Ｙ ＵＮＮＡＮ Ａ ＥＲ ） Ｒ Ｗ Ｔ Ｐ（ＷＥ
第２ ８卷 第 ４期
预 应 力 锚 索 钢 垫 板 锚墩 结构 设 计
赵利鹏
（ 中国水 电顾 问集团昆明勘测设计研究 院， 云南 昆明 ６０５ ） ５０ １
摘 要 ：介绍黄登水 电站地下厂房工程钢垫板锚墩 的结构设计计算。黄登水 电站地下厂房主机间 主变室 大量锚索采用“ 优化型， ， 钢垫板锚墩 ， 在很大程度上提高了总体支护施 工进度 ， 有效地 控制 了各层 开挖完成后 岩体地应 力释放及岩体 变形可能 造成 的危
算成 果见 表 １ 。
表 １ 上垫板剪应力及岩面压应力计算成 果汇 总表
图 ３ 钢 垫 板 锚 墩 设 计 计 算 简 图
本文 对 １ ０ Ｎ级 ， ０ Ｎ级 ， ０ Ｎ级 三 ０ｋ ０ １８０ｋ ３００ ｋ
种级别 的预应 力 锚 索锚 墩 作 了计 算 分 析 ， 算 参 数 计
１ ）校核 上 垫板 的抗剪 强度
ｃ ＝１ １ ｌ ｒ ．５×Ｆ Ｓ＝１ １ ０ ０ ／ ７×１８Ｘ Ｉ ．５Ｘ １ ００ ０（ｒ ２ ０ ４ ） １５ ／ ０ ＝７ ．０Ｎ 眦 ＜ ／ ｄ＝１５Ｎ Ⅱ ｙ １ ，Ⅱ
２ ）校核 下垫 板对 岩 面的压 应力
Ｆ ．５×Ｆ Ｓ：１ １ ０ ０ Ｏ ／７Ｏ×７ ０一 ＝１ １ ／ ．５ １ ０ Ｏ （Ｏ Ｘ Ｏ ０
甲
８ ．６ Ｎ ｍ ￣ ； ６９ （ ／ｍ ）
线
验 算 １ ０ Ｎ锚 墩垫板 厚度 ０ｋ ０
一 田 ． ＼
４×４
Ｊ
Ｌ ０ ８ ｍ ； ｌ ｏ ．６×１５ ｒ ｍ ￣ ； １ ＝４０（ ｍ） Ｅ ＝２ ０ ０ ０ ０ ０ （ （ ／ ｍ ） ） ｑ
ｄ ０ ｌ （ ｍ） ｂ０ ＝１５ｎｎ ｌ ＝ｌ５ ｍ ； ｌｏ １ ｌ 。 ０ ０ ０ ｌ
ｏ４２ ［ ．８／
］ ．５ ０ －３０ ×ｌ～ｍ
即当板厚 ４ １ 时 ， 板 的最 大挠度 为 ３ ０ ０１／ 垫 １１ １ ．５
Ｉ ｍ ｏ ｎ
进度 ， 有效地控制了各层开挖完成后岩体地应力释 放及 岩体 变形可 能 造 成 的危 害 ， 决 了地下 厂房 开 解
挖进 度 与洞室 稳定安 全之 间可 能存在 的相 互影 响 因
况下 ， 为便于施工并加快进度， 黄登水电站借鉴已有 成 功经 验 ， 用 了优化 型 的钢 垫板 锚墩 ， 采 具体 结构形
式 见图 ２ 。
钢垫板∥
＝ 噩 ｉ ｌ
／／ ＼
五ｊ 巡
卜执 炻
下 ／ 垫／／ ／Ｈｌ ；
训圣议 ’
上 垫 板
ｋ
钢筋 保 护 网
／ ／
１ 前 言
在 以往水电站地下厂房锚索外锚镦 的钢锚镦结 构 ， 采用 立柱 式 钢锚 镦 （ 图 １ ， 构 复 杂 ， 装 多 见 ）结 安
困难 并 且焊 接量 大 。在 厂房 系统施 工工 期较 紧 的情
工能有 效 的加快 施 工进 度 ， 而 减 小 地应 力 的释 放 从 对岩 体变 形危 害程度 。 钢垫 板 锚 墩 已经 在糯 扎 渡水 电站 、 丫 口水 电 大 站、 黄登水 电站 中应用 并取 得较 好 的效 果 。
如下 ： １ ）钢 垫板 采用 Ｑ ３ ２ ５钢材 ， 根据 Ｇ ５ ０ ７ ０ ３ Ｂ ０ １ —２０ 《 钢结构设计规 范》 厚度 ＞ ０ ６ ｍ时的 Ｑ ３ ， ４ ～ ０ｍ ２５
由表 １ 出 ： 看 垫板 抗剪 强度 ， 对岩 面 的压应 力均
钢材抗压强度设计值 ． 为 ２０Ｎ ； 厂 ｃ ０ ／ 抗剪 强度设
赵利鹏
预应力锚索钢垫板锚墩结构设计
２ 钢垫板锚墩设计计算
２１ 按材 料 力学理 论 对钢锚 墩 垫板 抗剪 、 压验 算 ． 抗
２ １ １ 计 算参 数 ．． 钢 垫板 锚墩 设计 计算 简 图见 图 ３ 。锚 索 预拉 力
ｄ８ ４ ｍ， ３ｏ ６ ｍ； 垫板 螺栓 开孔 直径 ｌ 呻＝１５ｍ ｄ０ ：１５ｍ 钢 ０
表 ２中弹性 系数 Ｄ
由于垫板高应力主要集 中在锚索穿索孔小范围
内， 取最 大挠 度 ∞一 ＝ＤＩ ＝００ １。 ．１６
７ ０ｍ ｌ ８ ｍ； 板 开 口直 径 ｄ ８ ｎ ｘ７０ ｍ 垫 ｌ０＝ １５ ｎｎ ０ ０ １ ｌ ， ｌ
云南水力发 电
２１ ０２年第 ４期
、
害， 解决 了地下厂房开挖进度与洞室稳定安全之间可能存在 的相互影响 。
关键 词：钢垫板锚墩 ； 抗剪 ； 挠度 ； 结构设计 中圉分类号 ：Ｔ ２ ３３ Ｖ Ｚ ． ４ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编号 ：０ ６ ９ １２ １ １４ ０８ ３ １０ —３５ （０２０ —０ ５ —０
Ｄ Ｉ１ ． ６ ／．ｓ ．０６—３５ ．０２ ０ ．１ Ｏ ：０３ ９ｊｉ ｎ １０ ９ ｓ ９ １２ １．４０７
为 ３ ｉ。 ０ｒ ｎ ａ
２ １２ １ ０ Ｎ级锚 索钢 垫板 计算 ．． ０ｋ ０
荷载 ： Ｆ＝１ ０ ０ ０Ｎ； ０ ０ ０
Ｆ通 过锚 具 作用 于钢 垫板 传 递 到基 岩 中。设 计 主要 验 算 上垫板 锚 具外 周部 位 的剪应 力及 下 垫板 与岩 面 接 触 部位 的挤 压应力 是 否满 足要 求 。
图 １ 预应力锚 索立柱式钢锚墩剖面图
由于地下洞 室 开挖进 度与 洞室 稳定安 全具 有较 明确 的对应 关 系 ， 地下 厂 房 锚 索 采用 钢 垫 板 锚墩 施
［— 一 ——
图 ２ 预应 力锚索钢垫板锚墩剖面图
收 稿 日期 ：２ １ —０ —０ ０ ２ ４ ９
作者简介 ： 赵利鹏（９０ ） 男 ， １８ 一 ， 云南曲靖 人 ， 工程师 ， 主要从事水工设计工作 。
按 弹性 薄 板 理论 分 析 钢 垫板 的变 形 ， 在集 中荷 载下 ， 钢垫 板 最 大 挠度 一发 生 在 钢 板 中心 点 。利
２ ）外锚 墩位 置地 基设 计 承载 力 厂 ． Ｐ 。 ＝４ ０Ｍ ａ ３ ）锚具 型号 选用 Ｏ Ｍ 型 系列 ； ００ｋ Ｖ １ ０ Ｎ级 直径
工作锚
藿 ｆ・ｉ １ 一 、 户 ． 、一
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麓 篓
环 氧
锚墩外保护／ ／
环氧砂浆
３ ｏ ０
Ｉ ｆ挖面 开 －岩
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ｆ０ ５
后 浇 季 期注
） ：
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ｎｒ Ｉ ￣ ｌ ＝ Ｏ ｌｍ
贴
缝
．
＼ ＼ ＼ Ｍ４ ０砂 浆 厚 约 １０ ００ 伸人基岩 ３０ ０
．
．
９． ７ Ｉｒ ４ ／ ６ ／ ｎ＜ ０ ｍｌ Ｌ ｌ
２ ２ １ 计 算成 果汇 总 ．．
１ ０ Ｎ， ８０ｋ ３００ｋ ０ｋ １ ０ Ｎ， ０ Ｎ三 个级 别 预应 力 锚 ０ 索上 钢垫板 计算 成果 见表 ３ 。
表 ３ 上钢 垫板最大挠度、 厚度计算汇总表
计算 １ ０ Ｎ级锚 索上 垫板挠 度 ０ｋ ０
素。
参 考文 献 ：
根 据 《 结 构 设 计 手 册 》公 式 （－ｓ 钢 Ｏ ｘ＝ ） ｍ
、
． ｒ ， ｗ ， ， ， １
。
Ｍ砂 ４浆 ０
向 钢 管
，， ，
。 。
（ １西 ６ ： ５ Ｏ ２ ０
钢绞 线 ｌຫໍສະໝຸດ 一隔离支架 ￣２０ ００
．ｖ
，
／ ／
钢绞线 －
＼、 ０ 、 ’
＇ ＿＿
Ｉ
－ － ．
Ｌ Ｉ ．
．
则：
／ ［ ］
叫 ＝００１ ～ ．ｌ ６
３ 结 语
地 下 厂 房 主 机 间 、 变 室 大 量 锚 索 采 用 “ 化 主 优 型” 钢垫板 锚墩 ， 在很 大程度 上提 高 了总体支 护施 工
∞一 ＝０． １ ．５× １０ ０Ｘ１ ， ０ １６Ｘ１ １ ０ ０ ×
１ ０ ｉ级 锚索 钢垫 板厚 度 ｔ ０ ０ ｌ垫板 长 ０ｋ ０ ｎ ＝ ．４ｎ， 度 Ｌ＝Ｂ 。 ＝０ ４ 计 算 集 中荷 载 Ｑ＝１ １Ｆ＝ 。 ． ８ｍ， 。 ．５
１１ ． ５× １ ６Ｎ ０
，
根 据 两种 方 法计 算 ， 垫板 厚 度 满足 锚 索 张 拉 钢 受 力要 求 。
丌Ｘ １５／ １ ４—４ Ｘ ７ ×３２４ ｒ Ｏ／ ）＝２ ４ ／ ｍ ． １Ｎ ｍ ２＜ｆ＝４
Ｎ／ ｍｍ２
在施工中为使受力均匀 ， 钢锚墩施工部位岩面
预先 用 １ ０砂 浆混 凝土 抹平 。 ４
２ １３ 计算 成 果汇 总 ．．
１ ０ Ｎ １ ０ Ｎ及 ３ ０ Ｎ级锚索钢垫板计 ０ｋ ， ８０ｋ ０ ０ｋ ０
工
厂— ■广
导向钢筻 广整浆 —
’ １ 一
●
景
一
．、 ０ ． １ ０ ＿ ｌ ． Ｉ ： 。 ｜ １．。 ｜ｌ
．
．
０ 。 ’ ： 。 Ｌ ＿ － ｌ 二 一 ０． ： 。 １ Ｉ
ｒ
Ｙ
２０ ５ ｙ
Ｉ
ｙ
隔 架＠ ∞／ 离支 ∞
取 钢板 弹性 模量 Ｅ＝２６Ｇ ａ 泊松 比 Ｍ＝０ ３ ０ Ｐ ； ．；
Ｌ，３ － ．
４ ）选 用 的三 种 级别 锚 墩 钢 垫 板 厚 度
＝４ ０
ａ ， ｒｎ ｌ０＝４ ｕ ， ０ ｉ ８ ０ ０ｎｎ ３０＝５ ｎ， 垫 板 尺 寸 为 ０ ０ｍ ｌ下
１０ ｏ： ０
７ ０ ｍｍ ×７ ０ ｎｒ ０ ０ ｌ ｎ，Ａ１０ ０＝ ８ ０ ｌ Ｘ ８ ０ ｌｎ ， ８ ０ ｍｉ ０ ｎ ｌ ｌ
锚 具外 直径 Ｄ＝１８ｍ ２ ｍ； 下垫 板与 岩 面 接 触 垫 板 尺 寸 Ａ 。 ＝７０ｍｎＸ 。 ０ ｉ 。 ７０ｍｎ 与锚 具接 触 的上垫 板尺 寸 Ｂ ＝４０ｉ ０ ｌ， １０ ８ ｍｘ ０ ０ ｎ
４０ｍ 垫板 厚度 １０ ０ ｍ ８ ｍ， ＝４ ｍ； ０ ０