2024年3月24日发(作者：性绮玉)
第３２卷第４期
２０１２年８月
窿莲建设
Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖ０１．３２ Ｎｏ．４
Ａｕｇ． ２０１２
锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析
张传红
（中国水利水电第十四工程局有限公司锦屏项目经理部，四川凉山６１５６０３）
摘要：锦屏水电工程预应力锚杆检验当中，实际张拉伸长值始终不能满足设计要求，为深入了解预应力锚杆实际伸长值变化规律，
在加工车间和施工现场分别进行了自由段完全自由张拉试验和现场施工工艺张拉试验，前者锚杆体自由段处于最理想受拉状态，
后者与实际施工工艺一致，试验过程中发现不同条件下锚杆伸长值变化规律复杂，并受施工工艺、锚杆材质、温度、张拉力等诸多因
素影响。通过试验证明：２类样品锚杆实际张拉伸长值均不能达到理论伸长值要求，但锁定拉力基本不受影响。因此，预应力锚杆
张拉工序质量验收以控制张拉力为主，伸长值作参考能满足设计质量要求。
关键词：锦屏一级水电站；地下厂房；预应力锚杆；伸长值；张拉试验
ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１２．０４．００７
’
中图分类号：ＴＶ ５５４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１２）０４—０４６７—０７ ．
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ Ｌｅｎｇｔｈ Ｔｅｓｔ ｏｎ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｒｏｃｋ Ｂｏｌｔ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｉ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
ｚＨＡＮＧ Ｃｈｕａｎｈｏｎｇ
（Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｉｎｏｈｙｄｒｏ Ｂｕｒｅａｕ １４ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｇｓｈａｎ ６１５６０３，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ
ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｆｒｅｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ Ｏｆｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ａｎｄ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｔｅ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｐｒｅ－
ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ａｒｅ ｃｏｎ—
ｐｌｉｃａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｔｅｓｔｅｄ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅ—
ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｕｎａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ
ｌｅｎｇｔｈ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｉ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ；ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ；ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ；ｔｅｎｓｉｏ—
ｎｉｎｇ ｔｅｓｔ
０ 引言
锚杆支护技术至今已有７Ｏ多年发展历史，其技术
杆体系新阶段，并且引进了澳大利亚锚杆支护技术，取
得了明显的支护效果。
随着锚杆支护技术的广泛应用和发展需求，国内
外许多学者对于复杂工程环境下预应力锚杆支护理论
与技术进行了探析和研究。赵国彦等 利用弹性力
学分析方法，对锚固范围与有效锚固长度和有效预应
力的关系进行了研究。蒋新东 对室内、现场２种条
件４种工况下预应力锚杆张拉监测同步试验，证明了
特点、操作工艺已趋于成熟、稳定，国外锚杆支护技术
以澳大利亚、美国发展最为迅速，其技术水平居于世界
前列。我国从１９５６年起，在煤矿围岩中开始使用锚杆
支护，主要是采用机械式锚杆。随着技术的进步，先后
推出了树脂锚杆、管缝式锚杆、胀管式锚杆、长锚索、混
合锚头锚杆、组合锚杆和桁架锚杆等。到“九五”期
间，我国锚杆支护技术发展进入到了高强度预应力锚
收稿日期：２０１１一ＩＩ一０２；修回日期：２０１２—０６—０４
采用扭力扳手预应力锚杆张拉值与锚杆应力计监测值
作者简介：张传红（１９８０一），男，湖北应城人，２００８年毕业于武汉大学电气工程及其自动化专业，专科，工程师，主要从事水利水电地下工程施工管理
工作。
窿莲建设 第３２卷
基本一致。严定伟等 结合鲁地拉水电站地下厂房
全长粘结型预应力锚杆施工特点，优化了施工工艺。
洞、主变室、尾水调压室和尾水隧洞等组成，３大洞室
平行布置，岩体受构造影响较强，岩层产状变化较大，
出露地层为三叠系中上统杂谷脑组第二段（Ｔ２—３Ｚ２）
史哲等 通过对基坑锚杆预应力变化的系统监侧和分
析，揭示了锚杆预应力在运行过程中预应力变化的作用
因素。张友葩等 通过对锚杆承载机制的分析和研究，
大理岩，及少量后期侵入的煌斑岩脉（Ｘ），断层、层间
挤压错动带、节理裂隙等构造结构面较发育。地下厂
房洞室埋深大，地应力较高，监测数据显示，最大主应
力均大于１５ ＭＰａ，一般２Ｏ一３０ ＭＰａ，部分应力集中区
超过３０ ＭＰａ，最大达３５．７ ＭＰａ，属高一极高地应力区，
复杂的地质结构严重影响洞室的成型、稳定 。
得出了预应力锚杆最佳锚固段长度。康红普等 采用
有限差分数值计算软件分析了锚杆预应力支护参数对
锚杆预应力引起的应力场一锚杆预应力场的影响。上
述研究主要侧重于锚杆的荷载传递机制、施工工艺、锚
固参数和加固效果，但对普通钢筋预应力锚杆张拉伸长
值的研究较少，本文以锦屏一级水电站地下厂房洞室预
２试验目的、类型
为准确了解预应力锚杆在不同施工环境下实际伸
应力锚杆施工为例，在锚杆伸长值计算理论的基础上，
通过现场工艺、室内车间２种环境下张拉试验，得出预
长值变化规律，采用了与施工现场一致的材料和施工
工艺，分别在加工车间和施工现场２种环境下，进行车
间自由段完全自由和现场实际施工工艺２种类型张拉
应力锚杆伸长值的影响因素及伸长值变化规律，提出合
理化建议，以期对实际施工具有指导意义。
试验，探析预应力锚杆实际张拉伸长值变化规律和特
征，论证实际张拉伸长值是否能达到设计理论伸长值
要求。试验样品锚杆型式及参数如下。
１）加工车间试验。，ｔ，３２钢筋，Ｌ＝６．７ ｉｎ和８．２２
ＩＴＩ，自由段长６ ５７２．０，８ ０９４，５ ｍｍ（根据实际长度测量
ｌ 工程概况
锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里
县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅
砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头
水库，河流流向约Ｎ２５。Ｅ，河道顺直而狭窄，两岸山体
雄厚、谷坡陡峻，为典型的深切“Ｖ”型谷。枢纽工程采
数据，用锚杆长度减去锚垫板和螺母厚度所得），设计
张拉力１２０ ｋＮ，实际张拉取１．１倍设计值，即１３２
用坝式开发，主要任务是发电，正常蓄水位以下库容
７７．６５亿ＩＴＩ ，电站装机６台，总装机容量３ ６００ ＭＷ。
地下电站发电系统工程布置于坝区右岸，位于大
坝下游约３５０ ｍ的山体内，水平埋深１１０～３００ １ＴＩ，垂
直埋深１８０～３５０ １ＴＩ，主要由引水洞、地下厂房、母线
ｋＮ（理论伸长值见表１）。
２）现场施工工艺试验。，ｔ，３２钢筋，锚孔直径１０２，
孔深９．０ １ＴＩ，孔向为垂直岩面，内锚段长度为２．５ １ＴＩ，自
由段长６．５ Ｉｎ，设计张拉力１２０ ｋＮ，实际张拉力取１．１
倍设计值，即１３２ ｋＮ（理论伸长值见表２）。
表１ Ｊｊｎ－ｒ车间试验预应力锚杆理论伸长值计算表
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｉｎ ｗｏｒｋｓｈｏｐ
２００ ０００
２ｏｏ Ｏｏｏ
５．３３
６．３６
４．２７
注：１）依据设计文件要求，锚杆实际伸长值应不小于自由段理论伸长值的８０％，且不大于自由段与锚固段１／２之和的伸长值；２）试验所用锚杆为
攀枝花钢铁集团生产的ＩＩ级螺纹钢，锚杆弹性模量Ｅ 取２×１０ ＭＰａ Ｅ ；３）锚杆理论伸长值△ （ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）Ｅ９］。
２．１ 加工车间自由段完全自由张拉试验
２）材料及锚杆参数。８．２２ ｉｎ ４３２锚杆预应力锚杆
３根，两端均套丝１５０ ｍｍ，编号为１ ，２ ，３ 锚杆；
６．７ ｎｌ尘３２预应力锚杆３根，两端均套丝１５０ ｍｍ，编
号为４ ，５ ，６ 锚杆。
３）试验方法。采用２榀８．０ ｉｎ １１６工字钢和下部
２．１．１试验准备工作及方法
１）主要试验设备。自制钢梁、６．７ ｉｎ和８．２２ ｍ
４３２预应力锚杆、扭力扳手、常用温度计、游标卡尺、锚
垫板８块和５０ Ｉ１３钢卷尺等其他辅助工具。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析
１６ ｍｍ厚钢板联合焊接形成钢梁，作为锚杆变形约束
体，用于１～３ 锚杆一次张拉试验平台；另外在其钢梁
上用钢板焊接２个固定支座，支座间距离为６．５ ｍ，支
座钢板中间钻有西５０圆孔，２圆孔中心点连线与钢梁保
为承压板，一端用螺帽锁定，另一端拧人螺帽后作为主
动端，利用扭力扳手张拉（使用前进行率定，回归方程Ｙ
＝
０．２４４ ５Ｘ＋４．１９，线性相关系数Ｒ ＝０．９９８ ６）。采取
次张拉到位和分级张拉２种方式加载，每级张拉后测
一
持平行，锚杆置于２支座上，用于４ ～６ 锚杆分级张拉
试验平台，分级张拉不进行稳荷间歇（详见图１）。试验
时将锚杆置入自制钢梁内，钢梁两端分别安装锚垫板作
固定支座、
量锚杆伸长值，整个试验过程中确保锚杆张拉时完全自
由，测试锚杆在完全自由的状态下，施加拉力后的变形
量及变形规律。
２块锚垫板
球形垫圈
６．７０ ｍ圣３２预应力锚杆
８．２２ ｍ ３２预应力锚杆
支撑点
８ ０００
ｌ１６工字钢
（ａ）横剖面图 （ｂ）侧视图
图１ 加工车间自由段完全自由张拉试验（单位：ｍｍ）
Ｆｉｇ．１ Ｆｒｅｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｏｎ ｆｒｅｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｗｏｒｋｓｈｏｐ（ｍｍ）
２．１．２试验步骤
１）安装锚杆。先将锚杆缓慢、均速、谨慎穿人钢
梁内（如图１所示）。对锚杆各接触部位进行润滑处
理，丝牙处用牛皮纸隔开，以消除张拉时摩擦，同时测
量钢梁两端支座之间距离，作为钢梁初始长度。
２）预紧。利用１００ Ｎ・ｍ的扭矩对锚杆进行预
位置（见表３和表４）。
３）张拉。张拉采用扭力扳手，其中３根８．２２ ｍ锚
杆采取预紧后一次张拉到设计值的方法加载，张拉时
取１．１倍的设计拉力即１３２ ｋＮ加载；另外３根６．７ ｍ
锚杆分４级张拉，拉力分别取设计拉力的０．３，０．５，
０．７５和１．１倍分４级加载，每级加载到位后，用游标
卡尺量测张拉后锚杆末端至锚垫板之间的距离，作为
锚杆外露长度最终值，然后用５０ ｍ钢卷尺量测两端钢
紧¨ ，预紧前在锚杆丝牙、螺母、钢梁支座等接触部位
涂抹黄油，以减少摩擦。预紧后用游标卡尺、钢卷尺分
别测量锚杆外露长度和钢梁形体，作为变形量计算初
始值，第１次测量时做好标记，之后每次测量均在同一
梁支座、钢垫板的最终体形尺寸（见表３和表４）。
４）测量数据统计对比。
表３锚杆实际伸长值与理论伸长值对比（一次张拉到位）
圈一
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ（ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒ ｏｎｅ ｔｉｍｅ）
嘲
垫一 母
注：１）锚杆理论伸长值△｜已（ｒａｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）［ ，具体计算数据见表１；２）锚杆全长８ ２２０ｍｍ，实际张拉长度８ ０９４．５ ｍｍ，现场气温１９．０℃；３）
钢梁变形值（ｍｍ）＝（内边中心变形＋外边中心变形）／２；４）锚杆实际伸长值（ｍｍ）＝锚杆杆端外露长度初值一锚杆杆端外露长度终值一钢梁变形
值；５）试验地点为露天加工车间。
４７０ 攫莲建设
表４锚杆实际伸长值与理论伸长值对比（分级张拉）
第３２卷
Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｓｉｎｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ（ｔｅｎｓｉｏｉｎｇｎ ｓｔａｇｅ ｂｙ ｓｔｇｅ）ａ
锚杆编号 张拉力分级ＭＮ 扭之
初始值
预紧值
２８．７
３６
６０
篙
２３．４０
２４．６０
２６．００
２８．８０
３２．１０
篇 值ｍ
６ ５０９
６ ５０９
６ ５０８
６ ５０７
６ ５０５
６ ５０３
—
理论
Ｏ
伸
１００．２
１３Ｏ．１
２２８．３
３５１．０
５２２．７
Ｏ．２
Ｏ．６
１．４
５．３９
９Ｏ
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
１３２
２．７
８．７Ｏ
６
初始值
预紧值
２８．７
１００．２
１３０．１
２２８．３
３５１．０
５２２．７
３６．９０
３７．７０
４０．００
０
【ｏ三 ：： 墨
・
３６
６０
９０
１３２
０．８
１，１
１．３
５．３９
）三级Ｏ
．
７５倍
４２．２Ｏ
４５．ｏｏ
８．１
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
３．１
初始值
预紧值
２８．７
３６
６０
１ｏｏ．２
１３Ｏ．１
２２８．３
３５１．Ｏ
５２２．７
２４．６０
２５．９０
２８．ｏｏ
３１．ＯＯ
３３．７０
０
嚣
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
１．３
１．４ ５．３９ ２．２９
９０
２．４
３．１
１３２
９．１
６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６
注：１）锚杆理论伸长值计算公式△Ｌ（ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）［ ，具体计算数据见表１；２）扭力扳手扭矩依据公式回归方程Ｙ＝０．２４４ ５Ｘ＋４．１９计算
如∞∞如如 ７ ７ ７ ５ ３ ２ ５ ７ ７ ７ ５ ３ １ ６ 一 如∞如∞∞如 一
（其中，ｌ，为拉力，ｋＮ；Ｘ为扭矩，Ｎ・ｍ）；３）锚杆全长６ ７００ ｍｍ，实际张拉长度６ ５７２ ｍｍ，现场气温１９．０ ｏＣ；４）钢梁变形值（ｍｉｌ１）＝（内边中心变形＋
外边中心变形）／２；５）锚杆实际伸长值（ｍｍ）＝锚杆杆端外露长度初值一锚杆杆端外露长度终值一钢梁变形值；６）试验地点为露天加工车间。
２．１．３成果分析
从以上试验数据可知，在预应力锚杆完全自由的
状态下，无论是采取分级张拉还是预紧后一次张拉到
２．２现场施工工艺张拉试验
２．２．１试验准备工作及方法
１）主要试验设备。８ ｔ吊车、强制式搅拌机、ＺＪＢ一
１．８Ｚ型挤压式注浆机、锚杆应力计采集仪、游标卡尺、
位，其自由段实际伸长值均小于理论伸长值，其中１—
３ 锚杆（８．２２ ｉｎ）实际伸长值与理论值相差１．９４～
２．２４ ｍｍ，最小相差值所占比例２９．２％；４—６ 锚杆
（６．７ １ＴＩ）实际伸长值与理论值相差２．２９—２．６９ ｍｍ，最
小相差值所占比例４２．５％。从所占比例看，锚杆自由
段越长其伸长值差值越小，说明锚杆自由段越长，由其
材质不均匀引起的误差会越小，故实际伸长值更接近
理论值。由此可见，锚杆自由段长度是影响伸长值变
化的主要因素之一。然而在这种较理想的完全自由状
态下受拉，其实际伸长值也很难达到理论伸长值，对于
受各种不确定因素影响的施工现场来说，实际伸长值
达不到理论伸长值，或者甚至小于理论５０％也是符合
实际的。
常用温度计、扭力扳手、带止浆塞注浆管等其他辅助
工具。
２）材料及锚杆参数。４根 ３２，Ｌ＝９ ｍ预应力锚
杆，内锚段长均为２．５ ｍ，自由段长６．５ ｍ，设计张拉力
１２０ ｋＮ，３种试验类型。锚杆应力计（型号：ＮＶＧＲ一
３２Ｔ１）；２５０×２５０×１６锚垫板及螺帽；郑州兰瑞ＭＳＳＫ
型散装快凝锚固剂；ＪＭ一Ⅱ缓凝高效减水剂。
３）试验方法。现场施工工艺张拉试验主要有３
种类型，即锚杆自由段完全自由（装有ＰＥ套管和应力
计）、自由段非完全自由（无ＰＥ套管、装有应力计）和
自由段非完全自由（无ＰＥ套管也无应力计），共进行４
根锚杆张拉试验（详见图２—５）。试验预应力锚杆严
格按照锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆挤压式注
浆工艺进行造孔、注装和张拉，其试验方法、作业环境
与实际施工工艺完全一致。张拉试验过程中利用游标
卡尺测量锚杆实际伸长值，同时通过锚杆应力计观测
因此，抛开现场施工环境因素的影响，在锚杆设计
预应力值和自由段长度较小的条件下，锚杆张拉力变
量与伸长值因变量之间也并不具有稳定的线性关系，
这一点也印证了只有预应力值大于２００ ｋＮ、长度大于
８ ｍ的锚杆才适用ＧＢ ５００８６－－２００１规范中第７．５，７．６
节对预应力锚杆张拉伸长值的规定 。
锚杆实际受力情况，综合所测得数据分析锚杆实际伸
长值和张拉力变化规律。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析 ４７１
扭力扳手仍采用车间自由段张拉试验中所用扳
２）锚杆制作。锚杆均采用９ ｍ尘３２ １１级螺纹钢
加工，一端车丝１５０ ｍｍ，涂上黄油。制作形式分３种：
①自由段装６．５ ｍ长的ＰＥ塑料管，共２根，编为１ ，２
锚杆（详见图２和图５）；②自由段装６．５ ｍ长的ＰＥ
塑料管，并在距孔口１ ｍ处安装锚杆应力计，共１根，
编为３ 锚杆（详见图３和图５）；③自由段不装ＰＥ塑
料管，只在距孔口１ ｍ处安装锚杆应力计，共１根，编
手，编号为９６４１１，使用前进行检测率定，回归方程为：
Ｙ：０．２０１ ８Ｘ＋０．０７１ ４，回归方程线性相关系数
Ｒ ＝０．９９７ ４。
２．２．２试验过程
１）锚杆造孔。锚杆孔采用３５３Ｅ多臂凿岩台车钻
造，一次成孔，孔径为１０２ ｍｍ，孔深９ ｍ，孔向垂直于
岩面，孔道顺直、无错台、弯曲，试验前对造孔质量进行
全面检查，确保锚孔质量满足试验要求。
为４ 锚杆（详见图４），锚杆应力计采用直螺纹套筒与
锚杆可靠连接。
图２仅装有ＰＥ套管的预应力锚杆（单位：ｃｍ）
Ｆｉｇ．２ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ＰＥ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｖｅ（ｅｍ）
图３装有ＰＥ塑料套管和锚杆应力计的预应力锚杆（单位：ｃｍ）
Ｆｉｇ．３ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ＰＥ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｖｅ ａｎｄ ｂｏｌｔ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅｔｅｒ（ｃｍ）
２５ ０内锚段 ６５ ０自由段
锚杆应力计
：，＝ Ｉ一＝一＝ 一＝
Ｉ……Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ一＿．Ｉ －Ｉ
一ｒ； 三－＿一ｒ 啦 趸
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唾；§《 曩 激 ： 蕊连 置§ 斗气 麓ｊ毫ｊ 罨穗：§ 嚣謦毒 甲
图４无套管仅装有锚杆应力计的预应力锚杆（单位：ｅｍ）
Ｆｉｇ．４ Ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｂｏｈ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅｔｅｒ（ｃｍ）
ｈ，实测抗压强度为２６．５ ＭＰａ）；自由段６．５ ｍ注缓凝
砂浆，采用普通河砂配制，掺入ＪＭ一１１缓凝高效减水
剂，凝结时间可达１６ ｈ ４５ 。注浆时，先将浆管插入孔
底，利用注浆管管口１５ ｃｍ处设置的海绵止浆塞，使注
浆管在浆液压力的作用下，慢慢被挤出，以确保孔内注
浆密实且内锚段与外锚段不发生混浆。注浆过程中做
好注浆开始和结束时间记录，按锦屏地下厂房预应力
锚杆施工工艺技术要求，锚杆有效张拉时段为锚杆开
始注装后６～９ ｈ（即自由段缓凝砂浆初凝前，内锚段
锚固剂终凝后），由于１ ～３ 锚杆为无粘结型，因此注
浆满６ ｈ后的任意时间均可进行张拉，但４ 锚杆必须
图５现场张拉工艺试验
Ｆｉｇ．５ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ
按此工艺技术要求在有效时间内进行张拉。
４）预紧、张拉。张拉前，首先通过数据采集仪测
量出锚杆应力计的初始值，同时量测气温，再以
１００ Ｎ・ｍ的扭矩对锚杆进行预紧，预紧前先清理锚头
部位杂物，对锚杆丝牙处各接触部位进行润滑处理，以
３）锚杆注装。采用先注浆后插杆方法注装锚杆，
锚固段２．５ ｍ注入ＭＳＳＫ，型速凝锚固剂浆液，配合比
为０．３：１（经试验锚固剂浆液初凝时间８１ ９ ，终凝６
４７２ 隧道建设 第３２卷
减少摩擦。预紧后用游标卡尺测量锚杆末端至锚垫板
之间的距离，作为锚杆外露长度的初始值。
载，张拉锁定后稳荷１０ ｍｉｎ，读出应力计采集仪读数，
同时测出锚杆末端至锚垫板之间的距离，作为锚杆外
张拉采用扭力扳手预紧后一次张拉到位的方法进
行，张拉力取设计值１．１０倍（１３２ ｋＮ）的拉力，均匀加
露长度的最终值，最后根据记录计算伸长值和张拉力。
各锚杆具体试验数据如表５所示。
表５预应力锚杆现场施工工艺试验张拉力与伸长值对照表
Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｐｏｅ・ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ
注：１）锚杆理论伸长值计算公式△Ｌ（ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ） ，具体计算数据见表２；２）锚杆应力计所受应力（ｋＮ）＝（采集仪测试读数一采集仪初
始读数）×灵敏度／（８０４．２×０．００１），灵敏度来源于该锚杆应力计出厂标定报告中，ＲＣＺＤ２０６０、ＲＬＺＤ３４８２灵敏度分别为０．１３４和０．１２０；３）试验地点
为锦屏水电站地下厂房Ⅶ层（ＥＬ１６３３．９０一ＥＬ１６４０．１３ ｍ）上下游边墙，现场气温为１８．６℃。
２．２．３成果分析
预应力值满足设计要求。预应力锚杆的核心功能是利
用预应力加固围岩，而实际伸长值未能达到设计伸
长值，对工程质量和使用功能无实质性影响，相比张
从表５中试验成果数据看，３ 为带套管预应力锚
杆和４ 无套管预应力锚杆，在施加相同设计张拉力的
作用下，２根锚杆实际所受张拉力相近，与设计拉力分
别相差１３．８ ｋＮ和２２．１ ｋＮ，３ 为带套管预应力锚杆，
拉力而言，实际伸长值属次要性指标。试验表明：预
应力锚杆张拉伸长值变化受其材质、张拉力、温度、
自由条件较好，拉力损失相对较小，符合实际常理。另
施工工艺、锚杆长度等诸多因素影响，实际伸长值不
能满足规范中理论伸长值要求。因此，对于普通钢
材预应力锚杆的验收，建议以控制实际张拉力为主，
外该４根试验锚杆实际伸长值基本接近，其中实际最
大伸长值２．２ ＩＴｌｍ，最小值２．０ ｍｍ，均远远小于理论伸
长值５．３３ ｍｍ。由此可见，在复杂的现场施工环境下，
实际伸长值仅作参考，同时控制好注浆密实度，确保
工程质量。
锦屏工程预应力锚杆采用的是普通二级螺纹钢，
带套管预应力锚杆自由段实际伸长值也很难达到设计
理论伸长值要求。
综上所述，锚杆杆体自身所受到的拉力通过锚杆应
设计拉力为１２０ ｋＮ，主要用于洞室围岩初期支护，依
据相关设计文件及标准 ，设计服务年限２年以上，
属永久性锚固工程，其实际情况并不符合验收标准中
前提条件。如果违背客观事物规律，考虑因素过多，不
仅不能提高工程质量反而增加了施工难度，势必会制
力计的检测显示基本与设计要求的锁定张拉力一致，满
足设计及规范要求，而预应力锚杆自由段无论是带套管
还是无套管，在设计锁定张拉力作用下，其自由段实际
伸长值均小于理论伸长值范围（４．２７～６．３６ ｍｍ），且最
大伸长值仅占理论伸长值的４１．２％，相差较大。
约它快速承载、适应性强、效率高等优势的发挥。若在
其范围内引用标准，简化施工操作难度，以达到最终效
３结论与建议
通过在加工车间和施工现场２种具有代表性的环
境中进行张拉试验可知，预应力锚杆即使在完全自由
状态下张拉，其自由段实际伸长值依然小于理论伸长
值。在加工车间试验中，自由段长度８．０９ １Ｔｌ，最大伸
果和目的为原则，确定一个科学、合理的控制标准，将
更有利于施工质量管理和工程效益的表现。
本次试验主要研究了普通钢材预应力锚杆张拉力
大小、操作工艺、温度、锚杆长度对预应力锚杆伸长值
的影响，由于试验条件有限，未对监测仪器自身精度、
长值也仅达到设计值的７０．８％。此试验数据与锦屏
一
级水电站地下厂房预应力锚杆实际张拉伸长值从未
注装后孔内温度、预应力锚杆轴线与锚垫板面的夹角、
切向位移、成孔质量及同厂家不同批号钢材弹性模量
的波动等因素予以考虑，这也充分反映了普通二级螺
超过３．０ ｍｍ的实际情况也是相呼应的。因此，在复
杂多变的施工现场，影响张拉的因素更多，如锚杆材
质、张拉力、温度、施工工艺和锚杆长度等因素，都将影
响锚杆张拉伸长值和张拉力。但从现场施工工艺试验
数据看，张拉力可通过适当加大锁定拉力（如１．１～
１．１５倍）的方法，弥补实际锁定张拉力的损失，使锚杆
纹钢筋张拉伸长值变化的影响因素众多，关系复杂，且
不呈线性关系，目前相关实践经验数据缺乏，难以量化
计算。因此，普通钢材制成的预应力锚杆张拉实际伸
长值规律的确定还有待进一步研究。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析 ４７３
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ｒ
８
］ｊ
2024年3月24日发(作者：性绮玉)
第３２卷第４期
２０１２年８月
窿莲建设
Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖ０１．３２ Ｎｏ．４
Ａｕｇ． ２０１２
锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析
张传红
（中国水利水电第十四工程局有限公司锦屏项目经理部，四川凉山６１５６０３）
摘要：锦屏水电工程预应力锚杆检验当中，实际张拉伸长值始终不能满足设计要求，为深入了解预应力锚杆实际伸长值变化规律，
在加工车间和施工现场分别进行了自由段完全自由张拉试验和现场施工工艺张拉试验，前者锚杆体自由段处于最理想受拉状态，
后者与实际施工工艺一致，试验过程中发现不同条件下锚杆伸长值变化规律复杂，并受施工工艺、锚杆材质、温度、张拉力等诸多因
素影响。通过试验证明：２类样品锚杆实际张拉伸长值均不能达到理论伸长值要求，但锁定拉力基本不受影响。因此，预应力锚杆
张拉工序质量验收以控制张拉力为主，伸长值作参考能满足设计质量要求。
关键词：锦屏一级水电站；地下厂房；预应力锚杆；伸长值；张拉试验
ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１２．０４．００７
’
中图分类号：ＴＶ ５５４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１２）０４—０４６７—０７ ．
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ Ｌｅｎｇｔｈ Ｔｅｓｔ ｏｎ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｒｏｃｋ Ｂｏｌｔ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｉ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
ｚＨＡＮＧ Ｃｈｕａｎｈｏｎｇ
（Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｉｎｏｈｙｄｒｏ Ｂｕｒｅａｕ １４ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉａｎｇｓｈａｎ ６１５６０３，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ
ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｆｒｅｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ Ｏｆｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｓｈｏｐ，ａｎｄ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｔｅ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｐｒｅ－
ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ａｒｅ ｃｏｎ—
ｐｌｉｃａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｎｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｔｅｓｔｅｄ ｃａｎ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅ—
ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｕｎａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ
ｌｅｎｇｔｈ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｊｉｎｐｉｎｇ Ｉ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ；ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ；ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ；ｔｅｎｓｉｏ—
ｎｉｎｇ ｔｅｓｔ
０ 引言
锚杆支护技术至今已有７Ｏ多年发展历史，其技术
杆体系新阶段，并且引进了澳大利亚锚杆支护技术，取
得了明显的支护效果。
随着锚杆支护技术的广泛应用和发展需求，国内
外许多学者对于复杂工程环境下预应力锚杆支护理论
与技术进行了探析和研究。赵国彦等 利用弹性力
学分析方法，对锚固范围与有效锚固长度和有效预应
力的关系进行了研究。蒋新东 对室内、现场２种条
件４种工况下预应力锚杆张拉监测同步试验，证明了
特点、操作工艺已趋于成熟、稳定，国外锚杆支护技术
以澳大利亚、美国发展最为迅速，其技术水平居于世界
前列。我国从１９５６年起，在煤矿围岩中开始使用锚杆
支护，主要是采用机械式锚杆。随着技术的进步，先后
推出了树脂锚杆、管缝式锚杆、胀管式锚杆、长锚索、混
合锚头锚杆、组合锚杆和桁架锚杆等。到“九五”期
间，我国锚杆支护技术发展进入到了高强度预应力锚
收稿日期：２０１１一ＩＩ一０２；修回日期：２０１２—０６—０４
采用扭力扳手预应力锚杆张拉值与锚杆应力计监测值
作者简介：张传红（１９８０一），男，湖北应城人，２００８年毕业于武汉大学电气工程及其自动化专业，专科，工程师，主要从事水利水电地下工程施工管理
工作。
窿莲建设 第３２卷
基本一致。严定伟等 结合鲁地拉水电站地下厂房
全长粘结型预应力锚杆施工特点，优化了施工工艺。
洞、主变室、尾水调压室和尾水隧洞等组成，３大洞室
平行布置，岩体受构造影响较强，岩层产状变化较大，
出露地层为三叠系中上统杂谷脑组第二段（Ｔ２—３Ｚ２）
史哲等 通过对基坑锚杆预应力变化的系统监侧和分
析，揭示了锚杆预应力在运行过程中预应力变化的作用
因素。张友葩等 通过对锚杆承载机制的分析和研究，
大理岩，及少量后期侵入的煌斑岩脉（Ｘ），断层、层间
挤压错动带、节理裂隙等构造结构面较发育。地下厂
房洞室埋深大，地应力较高，监测数据显示，最大主应
力均大于１５ ＭＰａ，一般２Ｏ一３０ ＭＰａ，部分应力集中区
超过３０ ＭＰａ，最大达３５．７ ＭＰａ，属高一极高地应力区，
复杂的地质结构严重影响洞室的成型、稳定 。
得出了预应力锚杆最佳锚固段长度。康红普等 采用
有限差分数值计算软件分析了锚杆预应力支护参数对
锚杆预应力引起的应力场一锚杆预应力场的影响。上
述研究主要侧重于锚杆的荷载传递机制、施工工艺、锚
固参数和加固效果，但对普通钢筋预应力锚杆张拉伸长
值的研究较少，本文以锦屏一级水电站地下厂房洞室预
２试验目的、类型
为准确了解预应力锚杆在不同施工环境下实际伸
应力锚杆施工为例，在锚杆伸长值计算理论的基础上，
通过现场工艺、室内车间２种环境下张拉试验，得出预
长值变化规律，采用了与施工现场一致的材料和施工
工艺，分别在加工车间和施工现场２种环境下，进行车
间自由段完全自由和现场实际施工工艺２种类型张拉
应力锚杆伸长值的影响因素及伸长值变化规律，提出合
理化建议，以期对实际施工具有指导意义。
试验，探析预应力锚杆实际张拉伸长值变化规律和特
征，论证实际张拉伸长值是否能达到设计理论伸长值
要求。试验样品锚杆型式及参数如下。
１）加工车间试验。，ｔ，３２钢筋，Ｌ＝６．７ ｉｎ和８．２２
ＩＴＩ，自由段长６ ５７２．０，８ ０９４，５ ｍｍ（根据实际长度测量
ｌ 工程概况
锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里
县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅
砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头
水库，河流流向约Ｎ２５。Ｅ，河道顺直而狭窄，两岸山体
雄厚、谷坡陡峻，为典型的深切“Ｖ”型谷。枢纽工程采
数据，用锚杆长度减去锚垫板和螺母厚度所得），设计
张拉力１２０ ｋＮ，实际张拉取１．１倍设计值，即１３２
用坝式开发，主要任务是发电，正常蓄水位以下库容
７７．６５亿ＩＴＩ ，电站装机６台，总装机容量３ ６００ ＭＷ。
地下电站发电系统工程布置于坝区右岸，位于大
坝下游约３５０ ｍ的山体内，水平埋深１１０～３００ １ＴＩ，垂
直埋深１８０～３５０ １ＴＩ，主要由引水洞、地下厂房、母线
ｋＮ（理论伸长值见表１）。
２）现场施工工艺试验。，ｔ，３２钢筋，锚孔直径１０２，
孔深９．０ １ＴＩ，孔向为垂直岩面，内锚段长度为２．５ １ＴＩ，自
由段长６．５ Ｉｎ，设计张拉力１２０ ｋＮ，实际张拉力取１．１
倍设计值，即１３２ ｋＮ（理论伸长值见表２）。
表１ Ｊｊｎ－ｒ车间试验预应力锚杆理论伸长值计算表
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｉｎ ｗｏｒｋｓｈｏｐ
２００ ０００
２ｏｏ Ｏｏｏ
５．３３
６．３６
４．２７
注：１）依据设计文件要求，锚杆实际伸长值应不小于自由段理论伸长值的８０％，且不大于自由段与锚固段１／２之和的伸长值；２）试验所用锚杆为
攀枝花钢铁集团生产的ＩＩ级螺纹钢，锚杆弹性模量Ｅ 取２×１０ ＭＰａ Ｅ ；３）锚杆理论伸长值△ （ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）Ｅ９］。
２．１ 加工车间自由段完全自由张拉试验
２）材料及锚杆参数。８．２２ ｉｎ ４３２锚杆预应力锚杆
３根，两端均套丝１５０ ｍｍ，编号为１ ，２ ，３ 锚杆；
６．７ ｎｌ尘３２预应力锚杆３根，两端均套丝１５０ ｍｍ，编
号为４ ，５ ，６ 锚杆。
３）试验方法。采用２榀８．０ ｉｎ １１６工字钢和下部
２．１．１试验准备工作及方法
１）主要试验设备。自制钢梁、６．７ ｉｎ和８．２２ ｍ
４３２预应力锚杆、扭力扳手、常用温度计、游标卡尺、锚
垫板８块和５０ Ｉ１３钢卷尺等其他辅助工具。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析
１６ ｍｍ厚钢板联合焊接形成钢梁，作为锚杆变形约束
体，用于１～３ 锚杆一次张拉试验平台；另外在其钢梁
上用钢板焊接２个固定支座，支座间距离为６．５ ｍ，支
座钢板中间钻有西５０圆孔，２圆孔中心点连线与钢梁保
为承压板，一端用螺帽锁定，另一端拧人螺帽后作为主
动端，利用扭力扳手张拉（使用前进行率定，回归方程Ｙ
＝
０．２４４ ５Ｘ＋４．１９，线性相关系数Ｒ ＝０．９９８ ６）。采取
次张拉到位和分级张拉２种方式加载，每级张拉后测
一
持平行，锚杆置于２支座上，用于４ ～６ 锚杆分级张拉
试验平台，分级张拉不进行稳荷间歇（详见图１）。试验
时将锚杆置入自制钢梁内，钢梁两端分别安装锚垫板作
固定支座、
量锚杆伸长值，整个试验过程中确保锚杆张拉时完全自
由，测试锚杆在完全自由的状态下，施加拉力后的变形
量及变形规律。
２块锚垫板
球形垫圈
６．７０ ｍ圣３２预应力锚杆
８．２２ ｍ ３２预应力锚杆
支撑点
８ ０００
ｌ１６工字钢
（ａ）横剖面图 （ｂ）侧视图
图１ 加工车间自由段完全自由张拉试验（单位：ｍｍ）
Ｆｉｇ．１ Ｆｒｅｅ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｏｎ ｆｒｅｅ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｗｏｒｋｓｈｏｐ（ｍｍ）
２．１．２试验步骤
１）安装锚杆。先将锚杆缓慢、均速、谨慎穿人钢
梁内（如图１所示）。对锚杆各接触部位进行润滑处
理，丝牙处用牛皮纸隔开，以消除张拉时摩擦，同时测
量钢梁两端支座之间距离，作为钢梁初始长度。
２）预紧。利用１００ Ｎ・ｍ的扭矩对锚杆进行预
位置（见表３和表４）。
３）张拉。张拉采用扭力扳手，其中３根８．２２ ｍ锚
杆采取预紧后一次张拉到设计值的方法加载，张拉时
取１．１倍的设计拉力即１３２ ｋＮ加载；另外３根６．７ ｍ
锚杆分４级张拉，拉力分别取设计拉力的０．３，０．５，
０．７５和１．１倍分４级加载，每级加载到位后，用游标
卡尺量测张拉后锚杆末端至锚垫板之间的距离，作为
锚杆外露长度最终值，然后用５０ ｍ钢卷尺量测两端钢
紧¨ ，预紧前在锚杆丝牙、螺母、钢梁支座等接触部位
涂抹黄油，以减少摩擦。预紧后用游标卡尺、钢卷尺分
别测量锚杆外露长度和钢梁形体，作为变形量计算初
始值，第１次测量时做好标记，之后每次测量均在同一
梁支座、钢垫板的最终体形尺寸（见表３和表４）。
４）测量数据统计对比。
表３锚杆实际伸长值与理论伸长值对比（一次张拉到位）
圈一
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ（ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｆｏｒ ｏｎｅ ｔｉｍｅ）
嘲
垫一 母
注：１）锚杆理论伸长值△｜已（ｒａｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）［ ，具体计算数据见表１；２）锚杆全长８ ２２０ｍｍ，实际张拉长度８ ０９４．５ ｍｍ，现场气温１９．０℃；３）
钢梁变形值（ｍｍ）＝（内边中心变形＋外边中心变形）／２；４）锚杆实际伸长值（ｍｍ）＝锚杆杆端外露长度初值一锚杆杆端外露长度终值一钢梁变形
值；５）试验地点为露天加工车间。
４７０ 攫莲建设
表４锚杆实际伸长值与理论伸长值对比（分级张拉）
第３２卷
Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｃｔｕａｌ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅｓｉｎｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔｓ（ｔｅｎｓｉｏｉｎｇｎ ｓｔａｇｅ ｂｙ ｓｔｇｅ）ａ
锚杆编号 张拉力分级ＭＮ 扭之
初始值
预紧值
２８．７
３６
６０
篙
２３．４０
２４．６０
２６．００
２８．８０
３２．１０
篇 值ｍ
６ ５０９
６ ５０９
６ ５０８
６ ５０７
６ ５０５
６ ５０３
—
理论
Ｏ
伸
１００．２
１３Ｏ．１
２２８．３
３５１．０
５２２．７
Ｏ．２
Ｏ．６
１．４
５．３９
９Ｏ
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
１３２
２．７
８．７Ｏ
６
初始值
预紧值
２８．７
１００．２
１３０．１
２２８．３
３５１．０
５２２．７
３６．９０
３７．７０
４０．００
０
【ｏ三 ：： 墨
・
３６
６０
９０
１３２
０．８
１，１
１．３
５．３９
）三级Ｏ
．
７５倍
４２．２Ｏ
４５．ｏｏ
８．１
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
３．１
初始值
预紧值
２８．７
３６
６０
１ｏｏ．２
１３Ｏ．１
２２８．３
３５１．Ｏ
５２２．７
２４．６０
２５．９０
２８．ｏｏ
３１．ＯＯ
３３．７０
０
嚣
四级１．１倍
变形量／ｍｍ
１．３
１．４ ５．３９ ２．２９
９０
２．４
３．１
１３２
９．１
６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６ ６
注：１）锚杆理论伸长值计算公式△Ｌ（ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ）［ ，具体计算数据见表１；２）扭力扳手扭矩依据公式回归方程Ｙ＝０．２４４ ５Ｘ＋４．１９计算
如∞∞如如 ７ ７ ７ ５ ３ ２ ５ ７ ７ ７ ５ ３ １ ６ 一 如∞如∞∞如 一
（其中，ｌ，为拉力，ｋＮ；Ｘ为扭矩，Ｎ・ｍ）；３）锚杆全长６ ７００ ｍｍ，实际张拉长度６ ５７２ ｍｍ，现场气温１９．０ ｏＣ；４）钢梁变形值（ｍｉｌ１）＝（内边中心变形＋
外边中心变形）／２；５）锚杆实际伸长值（ｍｍ）＝锚杆杆端外露长度初值一锚杆杆端外露长度终值一钢梁变形值；６）试验地点为露天加工车间。
２．１．３成果分析
从以上试验数据可知，在预应力锚杆完全自由的
状态下，无论是采取分级张拉还是预紧后一次张拉到
２．２现场施工工艺张拉试验
２．２．１试验准备工作及方法
１）主要试验设备。８ ｔ吊车、强制式搅拌机、ＺＪＢ一
１．８Ｚ型挤压式注浆机、锚杆应力计采集仪、游标卡尺、
位，其自由段实际伸长值均小于理论伸长值，其中１—
３ 锚杆（８．２２ ｉｎ）实际伸长值与理论值相差１．９４～
２．２４ ｍｍ，最小相差值所占比例２９．２％；４—６ 锚杆
（６．７ １ＴＩ）实际伸长值与理论值相差２．２９—２．６９ ｍｍ，最
小相差值所占比例４２．５％。从所占比例看，锚杆自由
段越长其伸长值差值越小，说明锚杆自由段越长，由其
材质不均匀引起的误差会越小，故实际伸长值更接近
理论值。由此可见，锚杆自由段长度是影响伸长值变
化的主要因素之一。然而在这种较理想的完全自由状
态下受拉，其实际伸长值也很难达到理论伸长值，对于
受各种不确定因素影响的施工现场来说，实际伸长值
达不到理论伸长值，或者甚至小于理论５０％也是符合
实际的。
常用温度计、扭力扳手、带止浆塞注浆管等其他辅助
工具。
２）材料及锚杆参数。４根 ３２，Ｌ＝９ ｍ预应力锚
杆，内锚段长均为２．５ ｍ，自由段长６．５ ｍ，设计张拉力
１２０ ｋＮ，３种试验类型。锚杆应力计（型号：ＮＶＧＲ一
３２Ｔ１）；２５０×２５０×１６锚垫板及螺帽；郑州兰瑞ＭＳＳＫ
型散装快凝锚固剂；ＪＭ一Ⅱ缓凝高效减水剂。
３）试验方法。现场施工工艺张拉试验主要有３
种类型，即锚杆自由段完全自由（装有ＰＥ套管和应力
计）、自由段非完全自由（无ＰＥ套管、装有应力计）和
自由段非完全自由（无ＰＥ套管也无应力计），共进行４
根锚杆张拉试验（详见图２—５）。试验预应力锚杆严
格按照锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆挤压式注
浆工艺进行造孔、注装和张拉，其试验方法、作业环境
与实际施工工艺完全一致。张拉试验过程中利用游标
卡尺测量锚杆实际伸长值，同时通过锚杆应力计观测
因此，抛开现场施工环境因素的影响，在锚杆设计
预应力值和自由段长度较小的条件下，锚杆张拉力变
量与伸长值因变量之间也并不具有稳定的线性关系，
这一点也印证了只有预应力值大于２００ ｋＮ、长度大于
８ ｍ的锚杆才适用ＧＢ ５００８６－－２００１规范中第７．５，７．６
节对预应力锚杆张拉伸长值的规定 。
锚杆实际受力情况，综合所测得数据分析锚杆实际伸
长值和张拉力变化规律。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析 ４７１
扭力扳手仍采用车间自由段张拉试验中所用扳
２）锚杆制作。锚杆均采用９ ｍ尘３２ １１级螺纹钢
加工，一端车丝１５０ ｍｍ，涂上黄油。制作形式分３种：
①自由段装６．５ ｍ长的ＰＥ塑料管，共２根，编为１ ，２
锚杆（详见图２和图５）；②自由段装６．５ ｍ长的ＰＥ
塑料管，并在距孔口１ ｍ处安装锚杆应力计，共１根，
编为３ 锚杆（详见图３和图５）；③自由段不装ＰＥ塑
料管，只在距孔口１ ｍ处安装锚杆应力计，共１根，编
手，编号为９６４１１，使用前进行检测率定，回归方程为：
Ｙ：０．２０１ ８Ｘ＋０．０７１ ４，回归方程线性相关系数
Ｒ ＝０．９９７ ４。
２．２．２试验过程
１）锚杆造孔。锚杆孔采用３５３Ｅ多臂凿岩台车钻
造，一次成孔，孔径为１０２ ｍｍ，孔深９ ｍ，孔向垂直于
岩面，孔道顺直、无错台、弯曲，试验前对造孔质量进行
全面检查，确保锚孔质量满足试验要求。
为４ 锚杆（详见图４），锚杆应力计采用直螺纹套筒与
锚杆可靠连接。
图２仅装有ＰＥ套管的预应力锚杆（单位：ｃｍ）
Ｆｉｇ．２ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ＰＥ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｖｅ（ｅｍ）
图３装有ＰＥ塑料套管和锚杆应力计的预应力锚杆（单位：ｃｍ）
Ｆｉｇ．３ Ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ＰＥ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｖｅ ａｎｄ ｂｏｌｔ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅｔｅｒ（ｃｍ）
２５ ０内锚段 ６５ ０自由段
锚杆应力计
：，＝ Ｉ一＝一＝ 一＝
Ｉ……Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ一＿．Ｉ －Ｉ
一ｒ； 三－＿一ｒ 啦 趸
～一…Ｉ…Ｉ…－
蟊冉
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＿…Ｉ…Ｉ Ｉ Ｉ●
： 、 ： ． ｝ ‘
－…●
唾；§《 曩 激 ： 蕊连 置§ 斗气 麓ｊ毫ｊ 罨穗：§ 嚣謦毒 甲
图４无套管仅装有锚杆应力计的预应力锚杆（单位：ｅｍ）
Ｆｉｇ．４ Ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ ｗｉｔｈ ｂｏｈ ｓｔｒｅｓｓ ｍｅｔｅｒ（ｃｍ）
ｈ，实测抗压强度为２６．５ ＭＰａ）；自由段６．５ ｍ注缓凝
砂浆，采用普通河砂配制，掺入ＪＭ一１１缓凝高效减水
剂，凝结时间可达１６ ｈ ４５ 。注浆时，先将浆管插入孔
底，利用注浆管管口１５ ｃｍ处设置的海绵止浆塞，使注
浆管在浆液压力的作用下，慢慢被挤出，以确保孔内注
浆密实且内锚段与外锚段不发生混浆。注浆过程中做
好注浆开始和结束时间记录，按锦屏地下厂房预应力
锚杆施工工艺技术要求，锚杆有效张拉时段为锚杆开
始注装后６～９ ｈ（即自由段缓凝砂浆初凝前，内锚段
锚固剂终凝后），由于１ ～３ 锚杆为无粘结型，因此注
浆满６ ｈ后的任意时间均可进行张拉，但４ 锚杆必须
图５现场张拉工艺试验
Ｆｉｇ．５ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ
按此工艺技术要求在有效时间内进行张拉。
４）预紧、张拉。张拉前，首先通过数据采集仪测
量出锚杆应力计的初始值，同时量测气温，再以
１００ Ｎ・ｍ的扭矩对锚杆进行预紧，预紧前先清理锚头
部位杂物，对锚杆丝牙处各接触部位进行润滑处理，以
３）锚杆注装。采用先注浆后插杆方法注装锚杆，
锚固段２．５ ｍ注入ＭＳＳＫ，型速凝锚固剂浆液，配合比
为０．３：１（经试验锚固剂浆液初凝时间８１ ９ ，终凝６
４７２ 隧道建设 第３２卷
减少摩擦。预紧后用游标卡尺测量锚杆末端至锚垫板
之间的距离，作为锚杆外露长度的初始值。
载，张拉锁定后稳荷１０ ｍｉｎ，读出应力计采集仪读数，
同时测出锚杆末端至锚垫板之间的距离，作为锚杆外
张拉采用扭力扳手预紧后一次张拉到位的方法进
行，张拉力取设计值１．１０倍（１３２ ｋＮ）的拉力，均匀加
露长度的最终值，最后根据记录计算伸长值和张拉力。
各锚杆具体试验数据如表５所示。
表５预应力锚杆现场施工工艺试验张拉力与伸长值对照表
Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｐｏｅ・ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｒｏｃｋ ｂｏｌｔ
注：１）锚杆理论伸长值计算公式△Ｌ（ｍｍ）＝ＦＬ／（Ｅ Ａ） ，具体计算数据见表２；２）锚杆应力计所受应力（ｋＮ）＝（采集仪测试读数一采集仪初
始读数）×灵敏度／（８０４．２×０．００１），灵敏度来源于该锚杆应力计出厂标定报告中，ＲＣＺＤ２０６０、ＲＬＺＤ３４８２灵敏度分别为０．１３４和０．１２０；３）试验地点
为锦屏水电站地下厂房Ⅶ层（ＥＬ１６３３．９０一ＥＬ１６４０．１３ ｍ）上下游边墙，现场气温为１８．６℃。
２．２．３成果分析
预应力值满足设计要求。预应力锚杆的核心功能是利
用预应力加固围岩，而实际伸长值未能达到设计伸
长值，对工程质量和使用功能无实质性影响，相比张
从表５中试验成果数据看，３ 为带套管预应力锚
杆和４ 无套管预应力锚杆，在施加相同设计张拉力的
作用下，２根锚杆实际所受张拉力相近，与设计拉力分
别相差１３．８ ｋＮ和２２．１ ｋＮ，３ 为带套管预应力锚杆，
拉力而言，实际伸长值属次要性指标。试验表明：预
应力锚杆张拉伸长值变化受其材质、张拉力、温度、
自由条件较好，拉力损失相对较小，符合实际常理。另
施工工艺、锚杆长度等诸多因素影响，实际伸长值不
能满足规范中理论伸长值要求。因此，对于普通钢
材预应力锚杆的验收，建议以控制实际张拉力为主，
外该４根试验锚杆实际伸长值基本接近，其中实际最
大伸长值２．２ ＩＴｌｍ，最小值２．０ ｍｍ，均远远小于理论伸
长值５．３３ ｍｍ。由此可见，在复杂的现场施工环境下，
实际伸长值仅作参考，同时控制好注浆密实度，确保
工程质量。
锦屏工程预应力锚杆采用的是普通二级螺纹钢，
带套管预应力锚杆自由段实际伸长值也很难达到设计
理论伸长值要求。
综上所述，锚杆杆体自身所受到的拉力通过锚杆应
设计拉力为１２０ ｋＮ，主要用于洞室围岩初期支护，依
据相关设计文件及标准 ，设计服务年限２年以上，
属永久性锚固工程，其实际情况并不符合验收标准中
前提条件。如果违背客观事物规律，考虑因素过多，不
仅不能提高工程质量反而增加了施工难度，势必会制
力计的检测显示基本与设计要求的锁定张拉力一致，满
足设计及规范要求，而预应力锚杆自由段无论是带套管
还是无套管，在设计锁定张拉力作用下，其自由段实际
伸长值均小于理论伸长值范围（４．２７～６．３６ ｍｍ），且最
大伸长值仅占理论伸长值的４１．２％，相差较大。
约它快速承载、适应性强、效率高等优势的发挥。若在
其范围内引用标准，简化施工操作难度，以达到最终效
３结论与建议
通过在加工车间和施工现场２种具有代表性的环
境中进行张拉试验可知，预应力锚杆即使在完全自由
状态下张拉，其自由段实际伸长值依然小于理论伸长
值。在加工车间试验中，自由段长度８．０９ １Ｔｌ，最大伸
果和目的为原则，确定一个科学、合理的控制标准，将
更有利于施工质量管理和工程效益的表现。
本次试验主要研究了普通钢材预应力锚杆张拉力
大小、操作工艺、温度、锚杆长度对预应力锚杆伸长值
的影响，由于试验条件有限，未对监测仪器自身精度、
长值也仅达到设计值的７０．８％。此试验数据与锦屏
一
级水电站地下厂房预应力锚杆实际张拉伸长值从未
注装后孔内温度、预应力锚杆轴线与锚垫板面的夹角、
切向位移、成孔质量及同厂家不同批号钢材弹性模量
的波动等因素予以考虑，这也充分反映了普通二级螺
超过３．０ ｍｍ的实际情况也是相呼应的。因此，在复
杂多变的施工现场，影响张拉的因素更多，如锚杆材
质、张拉力、温度、施工工艺和锚杆长度等因素，都将影
响锚杆张拉伸长值和张拉力。但从现场施工工艺试验
数据看，张拉力可通过适当加大锁定拉力（如１．１～
１．１５倍）的方法，弥补实际锁定张拉力的损失，使锚杆
纹钢筋张拉伸长值变化的影响因素众多，关系复杂，且
不呈线性关系，目前相关实践经验数据缺乏，难以量化
计算。因此，普通钢材制成的预应力锚杆张拉实际伸
长值规律的确定还有待进一步研究。
第４期 张传红： 锦屏一级水电站地下厂房预应力锚杆张拉伸长值试验分析 ４７３
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