大華橋水電站大噸位閘墩預應力錨索整體施工技術綜述

王森

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000

1 工程概況

大華橋大壩預應力錨索布置在9#底孔壩段（樁號：壩0+000.00-壩左0+014.00）。預應力錨索分為主錨索、次錨索及平衡錨索。主錨索共20根，分5層進行布置，每層共4排，每側2排，布置在EL1425-EL1442.43高程之間，永存噸位為3450KN，每根錨索需采用七絲公稱直徑d=15.2的高強度低松弛鋼絞線24股；次錨索共12根，分4層進行布置，每層3排，布置在EL1436-EL1442高程之間，永存噸位為2500KN，每根錨索需采用七絲公稱直徑d=15.2的高強度低松弛鋼絞線17股；平衡錨索共6根，分3層進行布置，每層2排，布置在主錨索第1、3、5排，每根錨索需采用七絲公稱直徑d=15.2的高強度低松弛鋼絞線24股。錨索采用后裝后張拉施工，外錨頭采用C35混凝土封堵。

2 錨索整體快速施工工藝

2.1 支撐排架制作

預先加工、安裝預應力錨索支撐排架，防止預應力錨索安裝時產生偏斜。預應力錨索支撐排架搭設要求：

（1）提前準備相應材料，吊裝至預應力錨索施工工作面；（2）測量人員按圖紙放點，布置好立桿和底層橫桿的位置；（3）根據每層預應力錨索的位置，逐層安裝小橫桿。

2.2 預應力錨索整根制作

預應力錨索制作主要考慮因素為：

（1）采購符合設計要求的鋼絞線、無縫鋼管、錨墊板、錨具、擠壓套以及其他部件；

（2）選擇合適的位置作為預應力錨索整根制作的場地，本項目選擇在上壩交通洞內，免去了搭設防雨設置；

（3）細化各類錨索的生產規格，并對制作的錨索進行掛牌標識，防止加工過程中產生誤差；

（4）定期對重要加工器具進行校驗，例如擠壓套工具工作一定數量后，因更換錨具，防止擠壓強度不能達到規定要求，從而在張拉的過程中被拉松或拔除；

（5）做好已經加工好的預應力錨索的保護工作，防銹蝕、防外力破壞。

2.3 預應力錨索吊裝及固定

待施工現場具備安裝條件后，將已完成加工的預應力錨索運至起吊點，通過塔機或者纜機將其吊至安裝現場，先人工輔助塔機或者纜機對預應力錨索進行初步定位和暫時加固；然后由測量人員按設計圖紙提供的控制點進行校正，同時依靠人工及手動葫蘆對其進行微調，最后確定位置無誤后，進行多點加固。

2.4 閘墩混凝土澆筑

在以往項目閘墩混凝土澆筑過程中對預應力錨索產生的最大影響有以下兩點：

（1）混凝土進入到預埋的套管里面，影響后期錨索安裝；（2）混凝土高處下落導致預埋套管變形，導致預應力錨索不能安裝至設計規定位置。

大華橋水電站采用預應力錨索整根安裝基本可以避免混凝土進入預埋的套管內的風險，由于套管固定位置較多，也降低了澆筑混凝土時將套管砸變性的可能性，仍然需協調混凝土澆筑人員，盡量避免混凝土直接下落至套管上。

2.5 預應力錨索張拉

預應力錨索張拉是閘墩預應力錨索施工過程中最重要的一環，如果該環節出現問題，將直接影響到預應力錨索的受力情況，更嚴重的結果將導致預應力錨索不能起作用。具體操作，可以通過以下幾點進行說明：

（1）張拉條件

待閘墩和弧門支撐大梁混凝土達到28天齡期及混凝土強度達到30MPa以上后即可對錨索進行張拉。

（2）張拉順序

① 先對錨索各根鋼絞線進行預緊張拉后再進行整束錨索張拉；② 先張拉次錨索，后張拉主錨索；③ 先張拉安裝有測力計的錨索再張拉一般錨索，錨索張拉時，記錄壓力傳感器的讀數、張拉千斤頂的壓力表讀數以及在不同張拉力下的鋼絞線伸長值，張拉時應有監理工程師在現場旁站監理；④ 部位張拉順序：次錨索→主錨索→平衡錨索；⑤ 同部位錨索張拉順序應該符合對稱、交錯張拉原則。

（3）錨索張拉施工

采取一端固定，一端張拉方式進行張拉，固定端安裝與張拉端規格型號相同的錨具，安裝張拉端測力計及工作錨具，錨具安裝完成后即可進行張拉。

① 預緊張拉。對錨索單根鋼絞線進行預緊張拉時，先從中心鋼絞線開始張拉，再對稱張拉內環上的各根鋼絞線，最后對外環上的鋼絞線對稱張拉。② 整束錨索張拉。錨索張拉采用超載持荷穩定及超載安裝鎖定相結合的張拉施工方法。各主錨索的永存噸位為3450KN，控制張拉噸位為3820KN，超張拉噸位為4110KN；各次錨索的永存噸位為2500KN，控制張拉噸位為2765KN，超張拉噸位為2995KN；各平衡錨索的永存噸位為3450KN，控制張拉噸位為3820KN，超張拉噸位為4110KN；當監測錨索測力計測得的拉力小于設計拉力值時，在確保混凝土不被拉裂破壞的前提條件下再根據實際情況適當增大超張拉系數進行張拉或進行補償張拉。錨索整束張拉時分階段增加荷載，增載不宜過快，增載速率每分鐘不超過設計應力值的1/10為宜，即：

1）次錨索拉力分級為：

25%P→50%P→75%P→100%P→108.32%P，P為設計拉力，即：691.25KN→1382.5KN→2073.75KN→2765KN→2995 KN（超載鎖定）。增載至每個張拉力級時，均持荷穩壓5min，張拉至超張拉力2995KN時持荷穩壓10min，即可鎖定。

2）主錨索拉力分級為：

25%P→50%P→75%P→100%P→107.59%P，P為設計拉力，即： 955KN→1910KN→2865KN→3820KN→4110KN（超載鎖定）。增載至每個張拉力級時，均持荷穩壓5min，張拉至超張拉力4110KN時持荷穩壓10min，即可鎖定。

3）平衡錨索拉力分級為：

25%P→50%P→75%P→100%P→107.59%P，P為設計拉力，即： 955KN→1910KN→2865KN→3820KN→4110KN（超載鎖定）。增載至每個張拉力級時，均持荷穩壓5min，張拉至超張拉力4110KN時持荷穩壓10min，即可鎖定。

（4）張拉伸長值控制

錨索的張拉力以安裝在油泵上的壓力表指示的中值為準，在張拉過程中的每級拉力下持荷穩定時，用鋼板尺在同一個量側基準點量測一次鋼絞線的伸長值，以用于校核張拉力，實際量測的鋼絞線的伸長值須與理論計算的伸長值基本相符，當實際量測的伸長值大于理論計算值的10%或小于理論計算值的5%時，應暫停張拉，待查明原因并采取相應措施，予以調整后方可恢復張拉。

2.6 預應力錨索控溫水泥漿液灌漿

預應力錨索灌漿的主要目的是利用錨固漿液將錨索管道內的空氣排盡，從而防止預應力錨索受氧化銹蝕，具體灌漿操作方式如下：

（1）錨索張拉工作結束并由監理工程師檢查確認錨索預應力已達到穩定的設計值后，即可對錨索孔道進行灌漿，注漿前先用水泥砂漿將錨固端及張拉端錨具包裹封堵，以防止水泥漿液從夾片間隙流出孔外；

（2）通過檢測施工周邊環境溫度，確定水泥漿液灌漿溫度（當環境溫度為10°～20°時，漿液溫度控制在低于環境溫度5°；當環境溫度在20°以上時，漿液溫度控制在低于環境溫度10°），采取一定措施（如冰水等）配置相應溫度的漿液；

（3）待水泥砂漿達到一定強度后，再用灌漿泵通過注漿管路從錨固洞內主錨索錨固端錨墊板上預留的灌漿孔將新鮮的0.5∶1濃水泥漿泵入孔內，待從張拉端孔口冒出的漿液濃度與進漿濃度相同時即可停止注漿。待凝24小時之后，待水泥漿液凝結之后，再從張拉端錨具灌漿口進行補充灌漿，次錨索可在任意端進行灌漿，回填灌漿材料為強度等級42.5Mpa的普通硅酸鹽水泥。為提高水泥漿液的流動性，可在水泥漿液內根據試驗配方摻加減水劑，水泥漿液標號為M40。

（4）灌漿結束標準。①灌漿量大于理論吸漿量；②回漿量比重不小于進漿量，且穩壓30min，鋼管內不再吸漿，即進、排漿量一致。

（5）每次灌漿時，漿液制作好后提取3組的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件，標準養護28d，檢查其抗壓強度，作為評定水泥漿質量的依據。

3 關鍵施工技術

（1）在大華橋水電站優化改進傳統錨索鋼套管、鋼絞線安裝方式，即在工廠預先將編束完成的錨索穿入鋼套管，并通過高強度擠壓套及相關擠壓工具，提前對閘墩預應力錨索的一段進行固定，制作形成錨索、鋼套管、鎖定裝置整體組裝件，保證了預應力閘墩錨索可以整根在車間制作，通過預裝方式提高了錨索組裝質量，免去了后期張拉預應力孔洞和部分二期混凝土的施工，同時免去了高空、高危的穿索施工工序，同時保證了施工質量。

（2）對于錨索、鋼套管整體組裝件，可利用目前先進的吊裝設備（纜機、塔機、吊車等），對整根預應力錨索（包含套管重約2t）進行整體吊裝，省去了以往施工中分別進倉安裝套管的工作。由于錨索采取整體預制、預裝技術，取消了傳統閘墩錨索需設置的壩體交通廊道和錨固端豎井結構，避免了交通廊道和錨固端豎井對壩體結構的削弱，提高了錨索周圍壩體應力分布條件，有利于壩體結構的穩定和安全運行。傳統施工中，錨固端交通廊道和豎井結構在錨索施工完成后回填混凝土和回填灌漿，通常情況下大壩已經下閘蓄水，遇到大壩泄洪時，回填混凝土和灌漿施工難度相當大，采取該項目錨索整體預制快速安裝技術，也可避免以上問題。

（3）閘墩錨索張拉完成后對錨索鋼套管進行水泥灌漿，創新采用了控溫水泥漿液灌漿工藝，根據物理學熱脹冷縮的原理，通過檢測不同溫度的水泥漿液其化學反應后的最終溫度，選擇合理的漿液溫度，從而通過降低水泥漿液溫度的控溫水泥漿液灌漿實現減少閘墩錨索應力損失，確保預應力閘墩的整體結構穩定，其主要的溫度-長度計算公式為：

ΔL=α（T-T0），

式中：ΔL——溫度變化時索體長度的變化值；

T0——鋼絞線初始溫度值；

T——水泥漿液水化反應后的溫度值；

α——鋼材的溫度膨脹系數。

4 結束語

大華橋水電站大噸位閘墩預應力錨索施工中，對以往預應力錨索施工方法存在的弊端進行分析研究，并針對這些原因完善施工工藝和制定相應的控制措施來消除原方法的不足之處。具體從減少預應力閘墩錨索施工過程中混凝土澆筑與預應力錨索預埋管的埋設之間的沖突、避免后期閘墩形成后再穿索的困難等方面進行控制，實現精確埋管、快速安裝、合理張拉、及時回填等所有工序的快速施工技術。采用擠壓套將錨索的一端固定，另一端提前預緊，并做好防水處理，從而可以取消預留張拉孔及相應的二期混凝土澆筑。通過以上技術的應用，節約了大量工期及施工成本，其一些做法和改進的成功實踐經驗，可作為類似工程參考。