王洪岩，张习平，李 志

(1.中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024;2.华能澜沧江水电股份有限公司，云南 昆明 650214)

1 工程概况

大华桥水电站位于云南省兰坪县境内，采用堤坝式开发，是澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案的第七级水电站，以发电为主。上游与黄登水电站，下游与苗尾水电站相衔接，坝址位于营盘镇下游，电站地理位置适中，对外交通十分便利。坝址右岸有县级公路通过，公路里程距营盘镇约22 km，距兰坪县城约77 km。

大华桥水电站工程以水力发电为主要任务。坝址控制流域面积9.26万km2，多年平均流量925 m3/s，水库总库容2.62亿m3。电站正常蓄水位为1 477 m，装机容量920 MW，多年平均发电量40.67亿kW·h。工程为二等大(2)型工程；大坝、泄水、电站厂房等永久性主要建筑物为2级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时建筑物为4级建筑物。

表1 地下厂房岩壁吊车梁监测仪器布置统计

岩壁吊车梁分别沿厂房上、下游边墙在厂右0+020.000～厂左0+158.700范围内布置，全长178.70 m，梁顶高程1 423.83 m，梁底高程为1 421.48 m，壁座角29.4°，梁体下部倾角为30.0°。吊车梁上部布置两排悬吊锚杆，倾角分别为25°、20°，直径为Φ32 mm(HRB400)，入岩长度8 m，间距75 cm，梅花型布置。下部布置一排受压锚杆，直径为Φ28 mm(HRB400)，入岩长度6 m，倾角为30°。厂房下游边墙交通洞进口处，该段(厂左0+142.600～厂左0+158.700)吊车梁由设置在洞口两侧的结构柱支撑，由岩壁吊车梁悬吊锚杆与下部混凝土柱联合受力。安装2台450 t/80 t单小车桥式起重机，桥机轨顶高程1 424.00 m，跨度25.6 m，桥机最大轮压约800 kN，横向最大水平刹车力为150 kN。

2 岩壁吊车梁的工作原理及在地下厂房的广泛应用

岩壁吊车梁是一种钢筋混凝土梁与岩体共同受力的新型结构型式，它具有结构简单、减少厂房洞挖石方，厂房开挖结束可较快投入使用等特点。岩壁吊车梁经过多年的运行是一种既经济又安全的新型支撑结构，其原理是利用锚杆的抗拉拨力和地下厂房边壁岩体壁座的摩擦力，将钢筋混凝土吊车梁锚固在地下厂房边壁完整稳定岩体上，使钢筋混凝土吊车梁与地下厂房边壁岩体形成一个牢固的整体。作用在吊车梁的荷载通过锚杆和梁与岩体接合面上的摩擦力传递到地下厂房边墙岩体中，充分利用了围岩的承载能力。所以岩壁吊车梁在地下厂房被广泛的采用，在我国的鲁布革、二滩、东风、大朝山、十三陵抽蓄、宜兴抽蓄、张河湾抽蓄、西龙池抽蓄、大岗山、锦屏、鲁地拉等水电站的地下厂房中都普遍采用了这种结构形式。

岩壁吊车梁作为一种新型结构，目前国内尚无完善的设计计算方法，也无规范可循，传统的计算方法存在诸多局限性。因此，对岩壁吊车梁进行荷载试验，降低吊装风险，是非常必要的。如果岩壁梁存在问题，可及早发现并采取相应的处理措施。在岩壁吊车梁安装埋设观测仪器和进行现场的荷载试验，结合监测资料，全面深入地分析岩壁吊车梁的作用机理，应力应变规律。建设部发布的2004年版《工程建设标准强制性条文》(水利工程部分)也把此项作为强制性条文，必须执行。

为保证岩壁吊车梁的安全运行，对岩壁吊车梁在各种负荷工况的运行情况进行全面检测和分析，本文根据大华桥水电站地下厂房岩壁吊车梁特点及监测布置情况结合桥机试验进行了岩壁吊车梁的荷载试验。试验过程中，在各种负荷工况下对埋设在吊车梁内及附近围岩内的监测仪器进行监测，取得了大量的观测数据。

3 监测布置及试验步骤

3.1 监测布置

根据实际地质条件及厂房结构布置特点，以了解岩锚吊车梁工作性态，岩壁吊车梁监测共布置7个监测断面，岩壁吊车梁监测仪器数量统计见表1。

3.2 试验步骤

岩壁吊车梁的承载试验于2016年5月25日开始至2016年5月30日11时15分止，试验完成静载50%Gn→75%Gn→100%Gn，动载完成了75%Gn→100%Gn(Gn为额定起重量)，静载试验125%Gn、动载110%Gn，桥机在提升过程中吊钩出现故障，试验终止。2016年6月17日试验完成动载110%Gn，静载125%Gn。大华桥水电站岩锚梁静荷载试验过程时间统计见表2，动荷载试验过程时间统计见表3。

4 岩壁吊车梁梁荷载试验成果分析

4.1 岩壁吊车梁锚杆应力

监测数据显示桥机距离监测断面越近锚杆应力值越大，反之越小。且随桥机位置变化，锚杆应力可能由拉应力变为压应力，或由压应力变成拉应力。反映了吊车梁承载后受力状态的复杂性，这与吊车梁结构形式、锚杆锚固牢靠程度以及岩壁成形好坏有一定关系。

图1 岩壁吊车梁荷载试验锚杆应力增量过程(RMpd6 1～7为锚杆应力计)

表2 大华桥水电站岩锚梁静荷载试验过程时间统计

从监测成果看出，在吊车梁逐级加载过程中，拉锚杆应力值随荷载量增加而相应增大，过程线呈台阶状，在100%负荷试验中，应力变化值均大于其它荷载应力变化量；卸荷后，锚杆应力明显减小甚至归零。且锚杆应力值与吊车梁荷载量大致呈线性关系，表明承载试验过程中锚杆及混凝土处于弹性变形阶段。逐级加载作用下的应力增量线性关系较为明显。拉锚杆锚杆应力值变化较大的主要发生在测点1和测点4上，也就是在埋深0.5 m附近，随深度的增加而明显的减少；拉锚杆距岩壁3.5 m以后，应力值变的很小。锚杆应力增量过程线见图1。

在吊车梁逐级加载过程中，大部分压锚杆呈受压状况，与拉锚杆应力值变化规律相同随荷载量增加而相应增大，过程线呈台阶状。在100%负荷试验中，应力变化值均大于其他荷载应力变化量；压锚杆应力变化较大的主要发生在测点7上，也就是基本发生在岩体内距岩壁最近的测点。压锚杆距岩壁3 m以后，应力值变的很小。部分锚杆处于拉压并存状态。压应力增量变化见图2。

表3 大华桥水电站岩锚梁动荷载试验过程时间统计

4.2 岩壁吊车梁与岩壁之间开合度

岩壁吊车梁岩壁中上部缝的开合度相对竖向岩壁下部及壁座处缝的开合度要大，后者基本为负值，表明壁座处于受压状态。在试验过程中吊车梁与岩壁之间缝面的开合度(净增量)普遍较小，最大开合度测值为0.25 mm，绝大部分测值介于-0.07 ～0.09 mm之间。100%载荷试验结束后，小部分界面开合度较试验前界面开合度有所下降，在-0.07～0 mm之间，同时岩壁吊车梁在荷载作用下，应力重分布致使部分界面开合度较试验前有所升高，开合度最大增量0.25 mm。

图2 岩壁吊车梁荷载试验受压锚杆应力增量过程(RMpd4-1～7为锚杆应力计)

载荷试验结束24 h后，经再次卸载观测，岩锚梁梁体与岩壁界面开合度绝大部分测值恢复至试验前状态，开合度最大回弹量为0.25 mm。

从百分表读数可知，界面开合度与岩体内埋设的测缝计变化较为吻合，总体趋势一致。岩壁吊车梁载荷试验梁体与岩壁界面开合度分别为小于等于0.02 mm、0.02～0.08 mm、大于等于0.08 mm时，分量计算比例分别对应为43.33%、30.00%、26.67%。

4.3 岩壁吊车梁附近围岩监测仪器

在岩壁吊车梁上下同断面布置有围岩变形和围岩锚杆应力的多点位移计和锚杆应力计。荷载试验过程中，厂房围岩变形增量很小(接近零值)。梁体上部围岩1.5 m处边墙应力最大增量 0.19 MPa，下部1.5 m处最大增量0.95 MPa，说明岩壁吊车梁载荷试验未对周围岩体产生不利影响。

5 岩锚梁在吊装重物情况下的稳定判别

在重荷载情况下，岩壁吊车梁的锚杆应力、梁体与岩壁界面开合度的监测结果分析如下：

(1)岩壁吊车梁拉锚杆在不同工况下，绝大部分锚杆应力呈台阶式增量，在100%负荷试验中，应力变化值均大于其他荷载应力变化量，在逐级加载作用下应力增量线性关系较好。实测上倾锚杆最大应力增量为35.34 MPa，变化较大的主要发生在测点2、3测点上，也就是在埋深0.5 m附近，

(2)岩壁吊车梁压锚杆在不同工况下，绝大部分锚杆应力呈受压状况，大部分应力增量在-8 MPa以下。

(3)岩壁吊车梁梁体与岩壁界面开合度在不同工况下最大值为0.25 mm。从岩壁吊车梁载荷试验成果可以看出：在吊装重物对岩锚梁会产生一定影响，但影响较小。经卸载后观测，岩壁吊车梁绝大部分锚杆应力以及界面开合度恢复至试验前状态。

综上所述，岩壁吊车梁在吊装重物工况下，是稳定的。

6 结 语

从对岩壁吊车梁载荷试验观测资料分析的结果来看，试验是成功的，并取得了较为丰富的试验成果。同时，相关工程质量也得到了检验，包括施工质量、设计质量以及监测工作质量等。通过岩壁吊车梁现场荷载试验，了解了岩壁吊车梁450 t桥机在不同工况下受力与变形。荷载试验结果表明:

(1)岩壁吊车梁梁体上部围岩1.5 m处边墙应力最大增量 0.19 MPa，下部1.5 m处最大增量0.95 MPa，说明岩锚梁在吊装重物情况下没有对周边围岩产生不利影响。

(2)各级载荷试验过程中通过对各断面监测仪器的分析，各断面监测仪器的变化量均比较小，但总体符合受力特点与变形规律。

(3)卸载后，各监测仪器测值的变化情况显示，绝大部分测点测值都能回到初始状态，说明岩壁吊车梁在承载时，各部位基本处在弹性状态。

(4)类比小湾水电站、大朝山水电站、锦屏二级水电站岩锚梁载荷试验成果，增量不同，但总体趋势较为一致。

(5)试验表明岩壁吊车梁梁体结构和体型的设计是合理可行的，岩锚梁在吊装重物工况下是稳定安全的。