南歐江四級水電站閘墩預應力錨索施工技術

夏 成 元， 郎 繼 堯， 胡 緒 峰

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

隨著水利水電事業的快速發展及大型水利樞紐的興建，樞紐泄洪建筑物的泄洪量不斷增加，工作水頭提高，泄洪孔口尺寸增寬，弧形閘門所承受的推力愈來愈大。在錨塊和閘墩的連接部位以及閘墩頸部有明顯的應力集中分布(圖1)，在該處形成較大的拉應力區并可能導致混凝土開裂，進而影響到建筑物的安全及使用壽命。預應力閘墩技術的出現很好地解決了應力集中問題。

預應力閘墩結構具有的主要優點：

圖1 基于ANSYS軟件閘墩應力分析成果圖

(1)預應力錨索在施工過程中通常不會對混凝土結構造成破壞和擾動等不利影響；

(2)預應力錨索是從混凝土內部對結構進行加強，其對作用于混凝土結構的外荷載具有較強的針對性；

(3)采用預應力錨固技術的混凝土結構，其結構受力情況簡單、明了，易于通過模型試驗和數值計算進行正確模擬；

(4)使用預應力技術，能夠保證閘墩結構滿足使用及規范要求。

南歐江四級水電站以發電為主，工程等別為二等大(2)型工程，電站裝機容量為132 MW(3×44 MW)，壩頂高程391.5 m，正常蓄水位高程(設計洪水位)386 m，死水位高程384 m，校核洪水位高程389 m，總庫容為1.416×108m3。

泄洪建筑物采用預應力閘墩工藝，其主錨索采用對穿黏結式錨索，設計永存力為3 000 kN；水平次錨索采用對穿黏結式錨索，設計永存力為1 800 kN；相應的監測錨索為對穿無黏結式錨索。錨索總束數為186根，其中長度為24.35 m的主錨索共計96根；長度分別為13 m、8.4 m、4.9 m的次錨索分別為15根、45根、30根。

2 施工工藝

2.1 閘墩錨索施工程序

材料進場檢驗與驗收→施工平臺搭建→預埋張拉段鋼套管(隨閘墩混凝土澆筑而埋設)→清洗預埋管道→錨束制作(監測錨索錨固段剝洗)→錨束驗收→下索→兩端安裝錨具→張拉→鎖定→錨索鎖定荷載檢查合格→合格后全孔段灌漿→錨頭混凝土保護及錨塊預留槽回填。

2.2 施工平臺的搭建

施工平臺搭設在閘墩之間，在進行下部閘墩澆筑時，下模板暫時不進行拆除，而是依靠下模板搭設懸空腳手架。搭設錨索施工平臺應進行專項的腳手架施工方案設計及受力計算(圖2)。

2.3 在混凝土內埋設預埋管

2.3.1 預埋管材質的選擇

閘墩錨索孔一般采用預埋管道的形式，管材的選擇主要以波紋管及鋼管為主，根據施工經驗，筆者推薦選擇有縫鋼管為預埋管件。鋼管具有很好的剛度，不需要考慮管道變形，同時，鋼管采用焊接的方式與架立筋及主體鋼筋互相焊接，其穩定性好，不必擔心主體混凝土澆筑時對管道產生變形影響及在焊接過程中破壞管道。由于預埋鋼管只是形成錨索孔道，其不是受力體系，故采用有縫鋼管經濟實惠。

2.3.2 埋設要求

管口坐標位置的偏差不大于10 mm。為防止管道堵塞、接口損壞和銹蝕，需對管口采取措施加以保護并做明顯標記。同時，灌漿管口端進、回漿管路應在鋼管架立前安裝好并確保其暢通，不漏漿。在預埋鋼管焊接過程中應確保管線的密閉性、傾斜度及位置精度。

圖2 閘墩錨索施工平臺搭設示意圖

2.3.3 預埋管的埋設

(1)鋼套管的埋設隨混凝土澆筑逐段進行。

(2)預埋管道安裝就位后，使用支撐加以固定，以防止在混凝土澆筑和回填時發生變形或位移。

2.4 錨孔的清洗

錨索安裝前需對預埋鋼套管進行通孔檢查，對管內的雜物予以清理干凈后安裝錨束。

2.5 錨索的制安

2.5.1 錨索的制作

錨索的制作在現場搭設的工作臺上進行，根據孔道的長度及預留長度用鋼尺丈量，鋼絞線采用砂輪切割機切斷(嚴禁用電弧切割)。在錨索編錨前，將鋼絞線表面的銹跡、油污等雜質清洗干凈、理順擺放在工作臺上。

(1)錨束體的下料長度等于錨墊板以內的預埋管長度加上工作錨具高度、再加外露長度。外露長度包括撐腳高度、張拉千斤頂高度、工具錨具及預留長度(一般為200 mm)。對于需要進行監測的錨索則應加上測力計高度。

(2)對編好的錨束妥善存放并登記、掛牌，注明錨索編號、長度等。

2.5.2 錨索的安裝

(1)錨索安裝前，對預埋鋼管進行通孔檢查，將管內的雜物清理干凈，對管內存在的積水用高壓風吹干。

(2)安裝前，對錨索體進行詳細的檢查，如排氣管位置及暢通情況。

(3)采用人工的方法并輔以機械的方法安裝。緩慢推送、用力需均勻一致，錨索不能扭轉。

(4)將錨索體送入預埋孔道后檢查排氣管和灌漿管是否暢通，如果不通，則應緩慢拔出錨索體、排除故障后重新安放。

2.6 錨索的張拉

預應力閘墩錨索的張拉應先張拉無黏結監測錨索、再張拉黏結式錨索；單獨閘墩黏結式主錨索和次錨索采用分組、分序循環對稱的方式張拉。

當閘墩和錨塊混凝土抗壓強度達到設計強度75%后方能對預應力錨索進行張拉。

整束張拉錨索的張拉過程分為單股預緊和整束分級張拉兩個階段。單股預緊應進行兩次以上；整束張拉分五級，最大張拉力不得超過預應力鋼材強度標準值的75%。

(1)單股鋼絞線預緊張拉程序：安裝千斤頂→0→30 kN/股→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂。該過程使各鋼絞線受力均勻并起到調直對中作用。

(2)整束分級張拉程序：預緊→25%P→50%P→75%P→100%P→超張拉力→穩壓鎖定(P為設計永存力)。除最后一次超張拉要求靜載持續30 min外，其余每級的持續時間均為5 min。

2.7 封孔回填灌漿和外錨頭保護

2.7.1 封孔灌漿

(1)主、次錨索(包括監測錨索)張拉鎖定并驗收合格后全孔一次性封孔灌漿。

(2)灌漿使用水灰比為0.5∶1的純水泥漿，水泥漿28 d抗壓強度不低于M25。

(3)灌漿時采用排氣法。對于主錨索，灌漿管布置在錨固洞，漿液由孔底注入，空氣由排氣管排出；對于次錨索，漿液由一端注入，空氣壓向另一端，由排氣管排出孔外。

(4)封孔灌漿的灌漿壓力為0.3 MPa，當排氣管回漿濃度與進漿濃度一樣且灌漿量大于理論吸漿量后即以0.3 MPa的壓力屏漿，屏漿時間為20 min。

2.7.2 外錨頭保護

錨索在注漿結束后切除預留100 mm以外工作錨板多余的鋼絞線。

2.8 錨頭混凝土的保護及錨塊預留槽回填

(1)對需要進行長期監測的錨索按觀測要求埋設并做好引線保護后回填二期混凝土封閉保護。

(2)在二期混凝土施工前，對上游錨拉洞及下游錨塊錨頭區表面的混凝土面一律鑿毛處理，按設計圖紙預埋插筋。

(3)錨塊預留槽采用C35混凝土進行回填封閉。

3 結 語

鑒于預應力閘墩錨索布置緊湊，施工場地狹窄、有限，對錨索的編制及安設采取分批次施工的方式，每根鋼絞線做好標識編號以便穿過對應的錨具孔。同時，在混凝土澆筑期間，埋設好施工平臺搭設用的預埋件，保證施工安全，提高施工進度。

老撾南歐江四級水電站閘墩錨索施工已完成一年有余，期間的自動監測成果表明：閘墩錨索狀況正常，施工質量滿足設計及相關規范要求，取得了良好效果。