本实用新型涉及一种具有防磨套的水下地锚结构，属于水利水电技术领域。本实用新型涉及一种用于水电站水库隔水、挡水幕墙结构的水下锚固结构。
背景技术：
水电站高坝大库建成后将对库区水域和坝下游河段的水温时空分布产生重要影响。特别是春夏之交导致水库出流水温低于天然河道，下泄低温水对下游鱼类和其他水生生物繁殖等造成不利影响。为改善已建电站水库下泄水温，需采取一定的工程措施保证下游水生生物的正常生存环境。近年来，一种结构型式简单、投资相对较低的柔性挡水幕墙结构正在被提出用于治理高坝大库下泄低温水问题。低温水治理隔水幕墙是在大坝前一定位置横河向布置合适挡水高度的柔性不透水幕墙，通过幕墙阻挡下层低温水，过流表层高温水达到改善下泄水温的目的帷幕式分层取水结构。
隔水幕墙承受水压力荷载，包括动水压力和温度引起的静水压力，主要将水压力荷载通过柔性幕墙传递给纵向拉索，纵向拉索再将荷载传递至上部索塔结构和库底地锚结构。其中库底地锚结构上端用于挂置隔水幕墙纵向拉索，承受幕墙纵向拉索的拉力，其受力及结构特点有：
1）幕墙纵向拉索对地锚结构的拉力为斜拉力。隔水幕墙结构在运行使用过程中，幕墙纵向拉索下端与竖直方向存在一定夹角，幕墙纵向拉索对水下地锚结构拉力方向为斜向上方。
2）幕墙纵向拉索对地锚结构的拉力为变化力。隔水幕墙随水库水位在正常蓄水位至死水位之间变化而自动升降，幕墙及纵向拉索自适应水位变化调整其形态。不同运行水位过水断面、水流速度、压力分布均不相同，因而幕墙及纵向拉索体型形态也各不相同，传递至水下地锚结构的拉力大小和方向也均不相同。
3）幕墙纵向拉索对地锚结构的拉力量级较大。据估算，隔水幕墙挡水高度140m左右、纵向拉索按横河向间距为10m布置时，隔水幕墙纵向拉索传递至地锚结构合力的最大值约为800kN左右，分解为竖向力和水平力后，竖向力和水平力最大值可达500-600kN，远大于一般地锚结构承受的拉力量值，特别是水平拉力。
4）地锚结构上端需有用于挂置隔水幕墙纵向拉索的连接构件。
已有的地锚（锚固）结构不能满足隔水幕墙水下地锚结构要求：
1）岩石锚桩是一种常见的地锚结构，是将锚筋和砂浆(或混凝土)浇入岩石钻孔内，与岩石粘结成整体，依靠岩土体对桩体的嵌固作用而承受一定拉力的地锚结构型式。受深水水下施工条件限制，隔水幕墙岩石锚桩钻孔直径一般小于150mm（钻孔直径大于150mm时，施工钢护筒尺寸、自重等将增大，极大增加水下施工、操作难度），在该钻孔直径限制条件下岩石锚桩提供的水平拉力有限，特别地当锚桩穿过软弱、松散岩土层时因岩土体侧限抗力不足，岩石锚桩极易发生折断破坏、失效，无法适应幕墙纵向拉索对地锚结构的拉力为大小和方向均变化的复杂运行工况。
2）传统的预应力锚索结构可以承受较大轴向拉力，但不能承受较大水平力，无法适应幕墙运行的复杂工况，且锚索锚墩浇筑深水水下施工存在较大难度，其上端布置与幕墙纵向拉索的连接构件也存在困难。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种承受较大变化斜拉力的水下地锚结构，具体技术方案如下。
一种具有防磨套的水下地锚结构，其包括有索体和索节，所述索体设置在水下钻孔形成的锚孔中，其特征在于：所述索体包括依次设置的锚固段、过渡段和自由段，所述锚孔穿过了强风化下限线，所述锚固段、过渡段位于所述强风化下限线以下的所述锚孔中，所述索体位于所述强风化下限线以上的部分为所述自由段，所述自由段伸出水下地面线与所述索节相连，所述锚固段包括多根分散的单束钢绞线，多根所述单束钢绞线在所述过渡段、自由段部位压制成一束整体钢绞线，所述锚孔中灌注有用于固定所述索体的水泥浆，所述自由段位于所述锚孔的孔口处的外部套有防磨套，所述防磨套包括地上部分和孔内部分，所述地上部分位于水下地面线以上，所述孔内部分位于所述锚孔内。
由此，锚固段的钢绞线在水泥浆灌注时为分散锚固，保证水泥浆对索体的握裹力，出露水下地面线以上的自由段和与之连接的索节可以在水下地面线以上自由摆动，适应幕墙纵向拉索对地锚结构的可变拉力，自由段在摆动时受到防磨套的保护，防磨套在索体和孔壁及索体和地面岩石之间形成弹性垫层，有效防止水下地锚结构磨损、切割。
进一步地，所述地上部分和孔内部分均为同轴圆柱体，所述地上部分的外径大于所述锚孔的孔径，所述孔径大于所述孔内部分的外径。这种设置有利于可靠地将防磨套套设在所述自由段的锚孔的孔口位置，稳定地发挥防磨套对地锚结构的保护作用。
进一步地，所述单束钢绞线为环氧喷涂无粘结钢绞线。具有较好的地下水环境防腐防锈功能。
进一步地，为了确保锚固段的多根单束钢绞线在水泥浆灌注时为分散锚固，保证水泥浆对钢绞线的握裹力。所述单束钢绞线上间隔设置有隔离架，相邻两个隔离架之间设置有用于捆扎多根所述单束钢绞线的铅丝，相邻两根单束钢绞线之间的距离在铅丝所在部位小于隔离架所在部位。这样在确保多根单束钢绞线在水泥浆灌注时为分散锚固的基础上，使得单束钢绞线在锚固段呈弯折状态，增加了锚固段单束钢绞线的长度，提高了水泥浆对钢绞线的握裹力。优选地，所述锚固段长6-9m，所述单束钢绞线上每隔1.5m设置一个隔离架。
进一步地，所述自由段的整体钢绞线的外表面上设置有保护套。保护套的设置有利于保护自由段的整体钢绞线不受水下环境的影响，所述过渡段的整体钢绞线不设置保护套以提高水泥浆对过渡段的整体钢绞线的握裹力。优选地，所述过渡段长度为1m。优选地，所述保护套由高密度聚乙烯制成。
进一步地，所述防磨套设置有防磨套钢绞线预留孔、防磨套灌浆管预留孔和排气孔，所述防磨套钢绞线预留孔用于穿设所述整体钢绞线，所述防磨套灌浆管预留孔用于穿设灌浆管，所述排气孔用于灌注水泥浆时排出空气。防磨套用于防止自由段的整体钢绞线与岩石摩擦、切割。优选地，所述防磨套长4.5m，水下地面线以上出露0.5m，嵌入所述锚孔内4.0m。优选地，所述防磨套的材质为耐磨橡胶或高弹性耐磨硅胶。自由段上端受幕墙纵向拉索传递的拉力后为张紧状态，可根据拉力大小在保护套内自由弹性伸缩。
进一步地，所述索节由合金钢与自由段端部的整体钢绞线经整体压制而成，所述索节上设置有拉索预留孔、拉索预留槽和索节灌浆管预留槽，所述拉索预留孔贯穿所述索节且垂直于所述整体钢绞线轴向，所述拉索预留槽设置有两个且关于所述索节的中心线对称，所述索节灌浆管预留槽用于容纳灌浆管。本实用新型的水下地锚结构用于固定隔水幕墙时，隔水幕墙的拉索穿过拉索预留孔且容纳于两个拉索预留槽内，拉索固定牢固可靠。
进一步地，所述隔离架上设置有多个隔离架钢绞线预留孔、两个隔离架灌浆管预留孔和隔离架回浆预留通道，所述隔离架钢绞线预留孔用于穿设所述单束钢绞线，所述隔离架灌浆管预留孔用于穿设灌浆管，所述隔离架回浆预留通道用于水泥浆在灌注时从所述隔离架的下方往所述隔离架的上方流动。优选地，所述隔离架回浆预留通道包括隔离架回浆预留孔和/或隔离架回浆预留槽。优选地，所述隔离架由PE板制成。
本实用新型的水下地锚结构具有能承受较大变化斜拉力、能适应软弱地层条件、防腐性能好、所需投入施工设备少、施工快速、造价低、投资省等特点。
附图说明
图1是本实用新型的水下地锚结构的剖面图；
图2是图1中锚固段隔离架示意图；
图3是图1中防磨套示意图；
图4是图1中索节俯视图。
图5为水下地锚结构防磨套的剖面图。
图中：1—导向帽、2—隔离架、3—水泥浆、4—铅丝 、5—锚孔、6—过渡段、7—保护套、8—防磨套、81—地上部分、82—孔内部分、9—灌浆管、10—索节、11—拉索预留孔、12—单束钢绞线、13—自由段、14—强风化下限线、15—水下地面线、16—隔离架钢绞线预留孔、17—隔离架灌浆管预留孔、18—隔离架回浆预留孔、19—隔离架回浆预留槽、20—防磨套钢绞线预留孔、 21—防磨套灌浆管预留孔、22—排气孔、23—索节灌浆管预留孔、24—拉索预留槽。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
参见图1-图4，一种承受可变斜拉荷载具有防磨套的水下地锚结构，本实施例依托某水电站低温水治理试验工程1500kN水下地锚结构。地锚的锚孔5孔径为145mm，地锚结构包括索体和索节，索体由10束7 Ф5预应力单束钢绞线12组成，索体由下而上分为锚固段、过渡段6和自由段13。锚固段为分散的单束钢绞线，单束钢绞线12的顶端连接有导向帽1，过渡段6和自由段13为锚固段分散状态10束单束钢绞线12经整体压制后的一束整体钢绞线，所述锚孔5中灌注有用于固定所述索体的水泥浆3。自由段上端钢绞线延伸至索节11内，与索节11进行整体压制，压制后连接强度大于索体拉力设计值。钢绞线采用预应力钢绞线，为环氧喷涂无粘结钢绞线，具有地下水环境防腐防锈功能。锚固段长9m，10束单束钢绞线为分散状态，每隔1.5m安装有隔离架2，相邻两个隔离架2之间设置有用于捆扎多根所述单束钢绞线的铅丝4，相邻两根单束钢绞线之间的距离在铅丝4所在部位小于隔离架2所在部位。过渡段长度为1m，为整体钢绞线，过渡段整体压制钢绞线为不带保护套。自由段长度为9m，自由段位于岩体强风化下限线14以上，自由段上端出露水下地面线15以上1m，自由段为带保护套的整体压制钢绞线，自由段上端受幕墙纵向拉索传递的拉力后为张紧状态，钢绞线可根据拉力大小在保护套内自由弹性伸缩 。
自由段索体靠近锚孔5孔口处的外部套有防磨套8，用于防止自由段钢绞线与岩石摩擦、切割，所述防磨套8包括地上部分81和孔内部分82，所述地上部分位于水下地面线以上，所述孔内部分位于所述锚孔内。优选地，所述地上部分81长0.5m，所述孔内部分82长4.0m。参见图5，为了进一步地提高防磨套8的稳定性，所述地上部分81和孔内部分82均为同轴圆柱体，所述地上部分81的外径大于所述锚孔5的孔径，所述孔径大于所述孔内部分82的外径，如：地上部分81的外径大于锚孔5的孔径5-10mm。孔内部分82嵌入锚孔5内，其外径小于锚孔5孔径5-10mm。防磨套8的材质为耐磨橡胶或高弹性耐磨硅胶。
所述防磨套8设置有防磨套钢绞线预留孔20、防磨套灌浆管预留孔21和排气孔22，所述防磨套钢绞线预留孔20用于穿设所述整体钢绞线，防磨套钢绞线预留孔20直径大于地锚自由段整体钢绞线直径2-3mm，所述防磨套灌浆管预留孔21用于穿设灌浆管，防磨套灌浆管预留孔21大于灌浆管5-8mm，所述排气孔22用于灌注水泥浆时排出空气，防磨套灌浆管预留孔21优选设置两个，两个灌浆管9同时灌浆，监测到地锚孔口回浆并满足设计要求时，从地锚结构中缓缓拨出灌浆管9，这样能够确保灌浆的密实，有利于提高地锚结构的承受荷载。
所述索节10由合金钢与自由段端部的整体钢绞线经整体压制而成，所述索节10上设置有拉索预留孔11、拉索预留槽24和索节灌浆管预留槽23，所述拉索预留孔11贯穿所述索节且垂直于所述整体钢绞线轴向，所述拉索预留槽24设置有两个且关于所述索节的中心线对称，所述索节灌浆管预留槽23用于容纳灌浆管。固定隔水幕墙时，隔水幕墙的拉索穿过拉索预留孔且容纳于两个拉索预留槽内。
所述隔离架2上设置有多个隔离架钢绞线预留孔16、两个隔离架灌浆管预留孔17、隔离架回浆预留孔18和隔离架回浆预留槽19，所述隔离架钢绞线预留孔16用于穿设所述单束钢绞线，所述隔离架灌浆管预留孔17用于穿设灌浆管，隔离架回浆预留孔18和隔离架回浆预留槽19用于水泥浆在灌注时从所述隔离架的下方往所述隔离架的上方流动。优选地，所述隔离架由PE板制成。
本实施例地锚结构自由段和索节可以在水下地面线以上自由摆动，适应幕墙纵向拉索对地锚结构的可变拉力，水下地锚结构最大可承受1500kN的可变斜拉荷载。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，上文中出现的“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用。本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。