三峽工程船閘閘室直立坡錨固監(jiān)測成果分析

本文對雙線五級船閘及其高邊坡的滲流監(jiān)測成果進行分析,通過分析認為高邊坡地下水位主要受閘室開挖和降雨影響,目前地下水位基本穩(wěn)定,高邊坡地下水壓力和閘室底板、閘墻背后滲壓較小,均在設計允許范圍內(nèi)。

針對三峽永久船閘高邊坡失穩(wěn)原因,采取以下錨固處理措施:一是向巖體施加利于穩(wěn)定的外荷載,增加巖體抗滑力;二是將已風化或弱風化巖體保護起來,配合錨固措施增加穩(wěn)定性。

根據(jù)15年的監(jiān)測成果,對施工及運行期高邊坡和船閘的變形、滲流和應力應變等進行分析。結(jié)果表明:高邊坡變形主要受開挖卸荷的影響,開挖結(jié)束后變形速率減緩,并逐漸趨于穩(wěn)定;船閘變形主要受水壓、氣溫和時效影響;高邊坡和船閘滲流滲壓較小,說明高邊坡經(jīng)過采取截、防、排水等措施后,防滲效果顯著;高邊坡和直立墻經(jīng)過噴錨支護、錨桿和預應力錨索加固,限制了高邊坡的變形。目前高邊坡和船閘處于穩(wěn)定狀態(tài)。

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本文對三峽雙線五級船閘中隔墩巖體變形監(jiān)測資料進行了分析。通過分析認為,中隔墩由于三面臨空且各部位地質(zhì)條件差異較大等原因,在閘室開挖過程中變形較為復雜,總體上巖體呈現(xiàn)向臨近閘室臨空面位移;在二、三、四閘首部位兩側(cè)表層測點呈現(xiàn)同向位移,僅反映表層巖體位移情況,主要受閘首地質(zhì)條件及兩側(cè)閘室開挖次序有關(guān);中隔墩巖體變形在開挖結(jié)束后收斂很快,目前變形穩(wěn)定。

錨固工程的防護,既影響錨固結(jié)構(gòu)的工程性能,又直接影響其耐久性.在此對三峽船閘錨固工程的防護環(huán)境、結(jié)構(gòu)、措施和固化漿體性能等進行分析.結(jié)果表明,單層固化漿體或混凝土對錨固結(jié)構(gòu)能形成保護作用,其防護結(jié)構(gòu)及措施符合規(guī)范要求,具有永久性的防護功能.

三峽永久船閘為雙線連續(xù)五級船閘,閘室長280m,閘室邊墻高度47m,共21塊,單數(shù)塊內(nèi)設有浮式系船柱,邊墻內(nèi)外側(cè)均設有鋼筋網(wǎng),背側(cè)設有水平及豎向的排水管網(wǎng),設計有預應力錨索和高強錨桿。在施工時襯砌混凝土施工非常困難,遂決定采用對撐式滑模施工。

概述了三峽永久船閘閘室底板消能蓋板預制安裝過程,內(nèi)容涉及其施工布置、預制方法、混凝土保護及溫控等。側(cè)重介紹了消能蓋板施工過程中關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制和施工優(yōu)化,提出了消能蓋板施工中存在的優(yōu)缺點以及自身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議。

三峽船閘是三峽工程的主要工程之一。閘室區(qū)邊坡高度一般為70～120m,最高約160m,地下水是影響巖體高邊坡穩(wěn)定的重要因素之一。介紹了船閘高邊坡施工期地下水滲流監(jiān)測的布置和實施情況,根據(jù)將近3a的實際監(jiān)測成果,分析了施工期船閘高邊坡地表降雨、排水、水質(zhì)、排水硐滲流滲壓的變化規(guī)律和影響因素;監(jiān)測成果分析認為,施工期船閘南北邊坡地下水位均低于設計水位,與長江科學院計算成果基本一致,隨著二期工程的實施,地下水位將隨之緩慢降低,說明設計最后選定的滲控方案是基本合理的。

本文對三峽工程雙線五級船閘高邊坡錨索測力計監(jiān)測資料進行了分析。分析認為,錨索預應力變化總體上分為速損期、波動期和平穩(wěn)期三個階段,實測錨索預應力受溫度、錨索外錨固段灌漿、降雨、錨索孔造孔質(zhì)量、錨墩墊板情況和開挖等因素影響。目前高邊坡錨固力平均損失率為-12.6%,直立坡錨固力平均損失率為-10.4%,變化不大。分析結(jié)果表明預應力錨索在加固高邊坡穩(wěn)定性方面作用顯著,高邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

三峽雙線五級船閘兩線間保留60m寬的巖體中隔墩,可大大節(jié)約工程投資。在船閘閘槽開挖過程中,中隔墩頂面找平混凝土的表面和閥門井周圍噴射混凝土的表面先后產(chǎn)生不同程度的裂縫,中隔墩巖體穩(wěn)定性問題已引起參建各方的高度關(guān)注。為此,在施工現(xiàn)場選擇典型剖面,采取鉆孔取芯、壓水試驗、巖石力學試驗、鉆孔彈模測試、鉆孔全孔壁數(shù)值錄像、單孔聲波、跨孔地震波、跨孔電磁波ct、數(shù)值計算、施工地質(zhì)調(diào)查及施工期監(jiān)測資料分析等多種手段,綜合研究巖體卸荷范圍與分區(qū)、裂縫開裂機制、加固效果以及中隔墩巖體力學性狀和穩(wěn)定性等。研究成果顯示:卸荷區(qū)巖體可分為爆破–卸荷松弛帶、卸荷松弛帶和非卸荷松弛帶等3個帶;卸荷區(qū)巖體經(jīng)過適當錨固仍然具有較好的整體性,中隔墩巖體的穩(wěn)定性滿足設計要求。

根據(jù)三峽永久船閘高邊坡多點位移計監(jiān)測資料選取典型測孔進行回歸分析。結(jié)果表明,對邊坡變形影響最大的因素是開挖因素,隨著船閘閘槽的下挖,邊坡臨空面的水平地應力逐步釋放,邊坡高度逐漸增大,邊坡邊界條件發(fā)生變化,使得邊坡巖體向臨空面變形。開挖強度越大、變形速率越大。由于錨固措施的使用開挖結(jié)束后,巖體深層變形逐漸趨于穩(wěn)定。說明船閘邊坡深層變形是穩(wěn)定的。

三峽工程永久船閘邊坡位移反分析回顧

三峽船閘結(jié)構(gòu)復雜,高邊坡穩(wěn)定與否關(guān)系到其施工與運行安全。著重研究船閘閘室開挖與錨固快速施工技術(shù)方案,提出的錨固支護施工措施對控制邊坡塑性變形有很好地作用。監(jiān)測資料數(shù)據(jù)分析表明,船閘高邊坡整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,直立邊坡變形量小于設計允許值。充分說明了施工技術(shù)方案可行,措施合理,成效顯箸,為高邊坡工程提供借鑒資料。

三峽永久船閘高邊坡工程共安裝了4204根大噸位預應力錨索,加固巖石邊坡楔形塊體1054個,完成的邊坡錨固量和巖石塊體支護量均屬世界之最。但大量水平布置大噸位錨索的設計與施工,技術(shù)復雜,成為工程成敗的關(guān)鍵要素之一。通過大量室內(nèi)與現(xiàn)場試驗,研究出快速錨固材料,有效解決錨索工期問題;研究出氣囊式止?jié){環(huán),成功解決錨索水平孔注漿密實性問題;設計出1000kn3、000kn端頭錨索,3000kn對穿錨索及3000kn閘首無粘結(jié)錨索等錨索結(jié)構(gòu),滿足了船閘邊坡各部位不同錨固需求。研究成果顯示:錨索內(nèi)錨段應力分布集中于內(nèi)錨段前端2.5m以內(nèi),隨后迅速衰減;邊坡地下水的ph值中性偏堿性,對水泥結(jié)石保護的鋼絞線無腐蝕危害。錨索受力監(jiān)測資料顯示,船閘邊坡錨索預應力損失較小,邊坡錨固工程具有較好的安全性。

系統(tǒng)地介紹三峽船閘高邊坡加固的錨固系統(tǒng),重點介紹預應力錨索和結(jié)構(gòu)錨桿的施工技術(shù)和質(zhì)量控制以及論證錨固效果。

三峽船閘是目前世界上規(guī)模最大、水頭最高、結(jié)構(gòu)最復雜的船閘,人工開挖邊坡最大高度170m,下部直立坡最大高度678m,地質(zhì)條件相對較復雜,直立巖壁上有大小1000多個不穩(wěn)定塊體出露。錨固工程是保證施工安全和結(jié)構(gòu)安全的主要措施,預應力錨固一般為水平孔、多為3000kn級,孔深索長30～57m,數(shù)量多、技術(shù)要求高,施工作業(yè)條件差,施工干擾多。施工中針對系列技術(shù)難題,進行了試驗攻關(guān)。文章介紹了長江三峽船閘錨固工程的設計情況和施工技術(shù)難題。重點介紹了鉆機的改造,水平錨固孔防斜保直鉆進工藝、錨固孔測斜技術(shù),水平孔止?jié){措施及編索、下索等方面的各項技術(shù)措施和施工干擾的協(xié)調(diào)處理。通過錨索測力計、巖體變形等觀測資料表明工程巖體及邊坡穩(wěn)定,一整套預應力錨固技術(shù)工藝創(chuàng)新,達到了預期效果,經(jīng)驗可供參考。

三峽工程永久船閘是世界上最大的船閘，其閘室直立坡錨固分為永久錨固和臨時錨固噴護，永久錨固內(nèi)涵兩方面，高強結(jié)構(gòu)錨桿和預應力錨索，閘室直立坡臨時錨固噴護，采用了馬道壓混凝土及載水溝，直立坡沿口鎖口錨桿，沿口掛網(wǎng)噴護，隨機錨桿和隨機錨索等，本文詳細介紹其施工程序和施工方法。

三峽工程升船機基礎高邊坡采用了大量的預應力錨索進行加固,由于早強材料的使用和合理的施工組織,較好地解決了巖錨工程施工工序的突出交叉矛盾和施工工期問題。通過對長達一年的監(jiān)測成果分析,表明預錨達到了預期效果.

三峽永久船閘陡高邊坡的巖體開挖后,由于重力作用,邊坡可能沿某一圓弧面滑動問題.為了保證開挖后邊坡的穩(wěn)定,必須進行加固.這就涉及到以什么角度開挖所需經(jīng)費最少的問題.為解決滑動面為某一圓弧的情況,分為三步討論此問題的最優(yōu)化解,即:直線型,標準圓弧型和一般圓弧型3種情況的最優(yōu)解.

根據(jù)觀測試驗資料和有限元計算結(jié)果，研討了三峽船閘高邊坡巖體因開挖卸荷及應力調(diào)整而產(chǎn)生的松動區(qū)和性狀劣化的規(guī)律，從而為研究邊坡的穩(wěn)定性及加固方案提供了重要依據(jù)。

介紹了三峽永久船閘輸水隧洞襯砌混凝土溫度與溫度應力現(xiàn)場監(jiān)測和裂縫觀測成果.利用實測資料計算分析了輸水隧洞襯砌混凝土邊墻和頂拱的溫度應力.采用彈性徐變溫度應力理論分析了大型隧洞襯砌混凝土的溫度與溫度應力變化特點,并與實測值進行了比較.根據(jù)實測結(jié)果與理論分析,提出了大型隧洞襯砌混凝土施工期的溫控有效措施:降低水化熱溫升、加強早期養(yǎng)護和冬季保溫.