轻型钢锚墩在高边墙(坡)开挖支护中的应用

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1、轻型钢锚墩在高边墙（坡）开挖支护中的应用轻型钢锚墩在高边墙（坡）开挖支护中的应用杨清雄（屮国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650041）摘要：锚索设计采用轻型钢锚墩代替传统的混凝土锚墩，解决了传统混凝土锚墩锚索施工干扰人、组织复杂、占直线工期长的缺点，确保高边墙（坡）开挖有锚索设计的部位的施工安全、质量、进度。关键词：轻型钢锚墩；锚索；设计；施工；应用1、概述在公路、矿山及水电站等工程中，广泛采用预应力锚索，解决高边墙（坡）幵挖后地应力的释放及重新分布后引起高边墙（坡）变形及坍塌等危害。在多数地下厂房结构上要求，锚墩应尽量少占用厂房空间，锚索设计采用内嵌式

2、钢筋混凝土锚墩结构，这就要求对已开挖成型的边墙进行二次开挖，其开挖不管采用钻爆发或静爆剂法都存在一定的弊端。由于高边墙（坡）开挖过程中，锚索施工工程量大、工序多、工艺复杂及耗时长，所以锚索能否快速施工，是高边墙（坡）开挖后的稳定和工期得以保证的关键。因此在传统锚索施工各工序中，锚墩采用混凝土现浇而成，施工难度相对较大，单束锚索施工时间较长且不利于外锚头保护。经过我公司在小湾电站、锦屏电站、三峡电站、溪洛渡电站及糯扎渡电站和其它公司等地下工程开挖过程中，锚索施工采用钢锚墩代替混凝土锚墩并不断的优化,使下层开挖爆破飞石不损坏上层施工的外锚头，提高了锚索施工质量，加快了

3、锚索施工时间，缩短了高边墙(坡)每层开挖间隔时间。2、钢锚墩设计2.1钢锚墩所用钢板材料选择根据我公司在各电站的成功经验，钢锚墩材料选用Q235钢材，厚度为40〜60mm，抗压强度为fc=200N/mm2，抗剪强度为fv=200N/mm2。2.2钢板尺寸确定2.2.1主要参数根据相关电站地下厂房钢锚墩设计资料，获得以下计算参数：1、岩石的抗压强度P,单位Mpa;2、预应力锚索设计荷载F,单位KN;3、相应钢板开孔孔径巾，单位cm;3、锚索张拉应力范围：30%o<[o]^115%o；4、钢板弹性模量，E=206GPa；5、弹性系数0=，其中泊松比U取0.3;6、钢锚

4、墩钢板釆用方形结构。2.2.2钢板边长计算由于钢板下岩层应力为不均匀分布，高应力区主要集中在穿索孔周的小范围内，因此计算围岩极限抗压强度时，应考虑局部安全超高kl和锚索超张拉k2等安全系数等，故最小安全系数1<=(kl+k2)，根掘相关经验，按k=1.6〜1.8取值，围岩完整性好的取小值，反之取大值假设钢板的厚度为t(cm)，边长为L(m)，根据应力计算公式得：芸P->L^①考虑安全系数，代入式①得：L^=（1.6〜1.8）②以溪洛渡地下厂房1500KN锚索为例，选取相应的参数为：1、岩石的抗压强度P=60〜100Mpa=（60〜100）X106Pa（根裾地质资料

5、和[1]地基承载力规范确定）；32、预应力锚索设计荷载F=1500X10N;3、钢板开孔孔径4）=11.5X10-2m（由锚板和钻孔孔径确定）；相应的计算数值和参数带入公式②计算得：LS（1.6〜1.8）=0.18X（1.6〜1.8）=（28.8〜32.4）cm根据上述计算结果，溪洛渡地下厂房锚索采用的钢锚墩选用边长30cm和边长45cm的两块钢板作为钢锚墩，远远满足应力计算要求。2.2.3钢板厚度计算1、钢锚墩使用的钢板在有限元应用中归结于弹性薄板问题，在受到垂直于钢板面的集中荷载后，钢板将产生弯曲，最大挠度umax理论产生在钢板穿索孔中心。利用有限元法计算钢板

6、弯曲的收敛情况，计算网格及图1（a），在集屮荷载作用下，沿屮心的挠度u见图1（b）所示。图1集中荷载q作用下的正方形钢板承受均均布荷载p或中央集中荷载q的正方形钢板，用有限元法求得的中心挠度与精确解的比较见表1所示。表1正方形钢板屮的屮心挠度（矩形单元）由于钢板高应力主要集中在锚索穿索孔小范围内，最大挠度WmaxD/QL2取集屮荷载屮心点0.0116。a、假定F（KN）级铺索钢铺墩钢板厚度为40cm，最大集中荷载为1.15F，代入式wmaxD/FL2中，可得：omax=0.0116FL2/D=0.0116QL2/）③以溪洛渡地下厂房1500KN及锚索钢锚墩为例，代

7、入式③中计算：a）max=0.0116x1.15x1500x103x0.32/2、根据工程手册及材料力学文献公式omax==0.00179m=1.79mm。为理论计算依据，利用有限元法计算◦的精确解，验算假定钢板厚度。式中L为钢板宽度（mm）,t为钢板厚度（mm）,E为材料的纵向弹性模量（MPa）,P为钢板内压强（MPa），d为穿索孔直径（mm），按孔外矩形计算，b为承受内压P部分的宽度（mm）。则钢锚墩钢板厚度由挠度公式计算如下：以溪洛渡地下厂房1500KN级锚索钢锚墩为例，钢锚墩钢板内压强计算为：32P1500=1500xl0xl.l5/0.115=130.4

8、3Mpa由