新疆下坂地电站岩壁吊车梁设计

王 洁，张 敏

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

新疆下坂地电站岩壁吊车梁设计

王 洁，张 敏

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

岩壁吊车梁是用长锚杆将钢筋混凝土梁锚固与岩石上的结构，可减小地下洞室宽度，利于围岩稳定，加快施工进度，节约投资。本文着重分析岩壁吊车梁的计算原则及方法。

岩壁吊车梁;锚杆;围岩;稳定

下坂地水利枢纽工程位于塔里木河主要源流之一的叶尔羌河支流塔什库尔干河中下游。该工程是以生态补水和春旱供水为主，同时结合发电的大型水利工程，是塔里木河近期综合治理规划中唯一的山区水利枢纽工程。该电站是2015年喀、克电力系统调峰的骨干电源之一，总装机容量为150 MW。工程于2005年7月开工，计划2009年12月第一台机组发电。主副厂房开挖尺寸 72.35×17.6×38.835 m(长×宽×高)。岩壁吊车梁上安装一台起重量为80+80/40t/10t双钩桥式吊车，上下游梁长各为 54.9 m。下游除有交通洞口外，距梁底2.75 m的下部有三条6.0×6.0 m的母线洞，使下游岩壁吊车梁受力复杂化。

岩壁吊车梁是用长锚杆将钢筋混凝土梁锚固与岩石上的结构，锚杆不仅承受吊车梁的荷载，而且还起着围岩支护作用，限制边墙围岩变形，调整围岩应力，承担围岩开挖后应力释放的部分应力。采用岩壁吊车梁，可减小地下洞室的宽度。利于围岩稳定，加快施工进度，节约投资。

1 工程地质条件

站址所处位置属高山峡谷区，两岸山坡高陡。山坡基岩裸露，主要岩性为片麻状黑云斜长花岗岩。电站厂房下游约1.5 km处有协力波斯断裂通过，为左旋逆冲断层，走向320°，倾向 SW，倾角70°～80°，延伸长度约10 km 左右，断层带宽5～7.5 m，外观为灰色条带，上、下盘影响带宽约15 m和23 m，岩体破碎。受该断裂的影响，该段河谷从上游至下游，岩脉及断层裂隙较上游发育，岩体逐渐破碎，崩坡积也较上游发育。电站地下厂房区最大水平地应力值在8～10 KPa之间，最小地应力在5～8 KPa之间变化，属中等水平;最大水平应力方位为260°～300°，基本上接近东西向。

地下厂房围岩按水利水电地下工程围岩综合分类属基本稳定的Ⅱ类和局部稳定性差的Ⅲ类岩体。

2 设计基本原则和基本假定

(1)岩壁吊车梁是建筑在边墙稳定的基础上的，因此岩壁吊车梁设计不包括对不稳定掩体和断层蚀变带的处理。

(2)吊车梁锚杆内力计算，沿长度方向取1m按极限平衡计算;吊车荷载(垂直轮压和水平刹车力)换算为作用在每米岩壁吊车梁上的集中荷载。

(3)按极限平横分析时，不考虑岩石应力影响。

(4)假定岩锚吊车梁梁体为刚体，不计混凝土与岩壁之间的凝聚力，只考虑斜面上正应力引起的摩擦力，岩锚吊车梁的上部锚杆按轴心受拉构件考虑，只承受拉力，不承受剪力;下部锚杆不承受吊车梁上的荷载，只作为附加固定作用。锚杆内力按力系平衡法求出，然后根据锚杆内力计算结果对梁体进行岩台面和主要结构面的抗滑稳定及岩体抗压承载力核算，如不满足要求，则调整梁体断面及锚筋布置倾角重新计算。

(5)竖向动力系数 1.1，水平向 1.0。

3 结构计算

3.1 计算公式

图1 厂房主洞室上游墙岩锚梁计算简图

3.1.1 荷载计算

如图1所示，作用在岩壁吊车梁的荷载有:钢筋混凝土梁自重、钢轨及其附件重、吊车荷载。

吊车荷载如图2所示，最大垂直轮压510.68 KN，最大横向水平力20 KN，换算为每米吊车梁上的荷载为:

岩壁吊车梁的结构计算包括锚杆内力、安全度计算及配筋计算。岩壁吊车梁的配筋计算:横向按短牛腿配筋，纵向近似按矩形截面连续梁配筋。

图2 吊车轮压及轮距布置图

3.1.2 内力及安全度计算

3.2 主要参数的选择

3.2.1 锚杆参数的选定

锚杆直径、间距根据计算确定。锚杆直径一般不宜小于25 mm，锚杆间距不宜小于600 mm。下坂地电站厂房锚杆选用 Φ32@750。

锚杆埋入深度，一方面是为了吊车梁受力的需要，另一方面是为了加强岩壁支护和控制围岩变形。

(1)L=Lb+La

式中:L为锚杆锚入岩体内的长度;Lb为围岩松动圈深度;La为有效锚固长度。

(2)经验法，按一般工程经验，取有效锚固长度为锚杆钢筋直径的40～50倍。

公式(2)的计算结果小于公式(1)，锚杆埋入深度采用公式(1)计算。

3.2.2 岩壁壁座角选择

壁座与垂线的夹角α在00～900之间变化。计算表明，当α＜00时，μ＞1，锚杆处于受剪状态;当α=100时，为岩台式吊车梁，需增加厂房宽度。经综合比较，选定壁角α为250。

3.2.3 锚杆倾角 β1、β2 选择

通过计算比较，得知锚杆倾角影响较小，参考已建工程及施工方便确定 β1为250，β2为200。

3.2.4 断面尺寸的确定

吊车梁断面尺寸既要考虑短牛腿的要求，更主要的是考虑岩壁吊车梁的特点来决定，高度不宜太小，可参考已建工程拟定各种断面计算比较确定。

3.2.5 断层蚀变带的特殊处理

由于sf2断层从上至下贯通岩壁吊车梁，对岩壁吊车梁岩台的抗滑及变形稳定计算分析并考虑墙面的稳定安全，在岩壁吊车梁下增设加宽立柱，增加φ28砂浆锚杆，锚杆单根长7 m，深入岩石6 m，外露0.8 m+0.2 m直钩，并把锚杆与加宽立柱钢筋焊接。

在该段下不利结构面，增加φ28随机锚杆，随机锚杆应尽量垂直结构面，结合上游墙系统锚杆，保证锚杆间、排距1 m左右。

4 结语

(1)岩壁吊车梁受力复杂、影响因素甚多，岩石情况多变，目前尚无精确计算的方法，关键要在施工中严格控制壁角和超挖。岩壁吊车梁设计除锚杆外，重点应放在边墙围岩稳定分析和断层带处理上。

(2)岩壁吊车梁设计，目前国内尚无规范遵循。锚杆应力集中在头部1～2 m范围内，当出现过应力现象时，砂浆容易开裂，此时如有地下水，锚杆就会腐蚀，严重时还会失效，安全度明显降低，因此安全系数不宜太小。

TV7

B

1004－1184(2012)01－0126－01

2011－05－17

王洁(1982－)，女，陕西渭南人，工程师，主要从事电站厂房设计工作。