沙沱水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工

范華偉

(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司東風(fēng)發(fā)電廠，貴州清鎮(zhèn) 551408)

1 工程概況

沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7km處，是烏江干流梯級開發(fā)方案中的第9級，電站以發(fā)電為主，其次航運，兼顧防洪等綜合效益。樞紐由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、左岸引水壩段、壩后廠房及右岸垂直升船機等建筑物組成。溢流表孔共7孔，布置在河床中部主河道上，每孔凈寬15m，溢流表孔最大下泄流量32019m3/s，最大單寬流量304.76 m3/s，采用寬尾墩與戽式消力池聯(lián)合運用的消能型式。

為了平衡弧形閘門支鉸的水推力，改善牛腿內(nèi)和牛腿前方閘墩的應(yīng)力狀態(tài)，1～8號閘墩在設(shè)計上采用了預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，每個閘墩均布置有采用對穿結(jié)構(gòu)的主、次錨索。主錨索垂直于壩軸線呈放射形布置，次錨平行于壩軸線水平布置。錨索總束數(shù)438根，其中主錨索長度為29.5m、25.5m的分別為126根、168根;次錨索長度為9.4m、7.2m的分別為108根、36根。主錨索為OVM.M15A-22型錨固體系，設(shè)計噸位3000kN;次錨索為 OVM.M15A-15型錨固體系，設(shè)計噸位2000kN。

2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

2.1 施工工藝流程

錨索施工的總工藝流程為:預(yù)埋鋼管(安裝定位管)→澆筑閘墩混凝土→養(yǎng)護、拆?！謇砜椎馈^索制作及穿索→張拉及補償張拉→鋼管內(nèi)注漿→錨索孔口及外錨頭保護處理。

2.2 施工工藝要點

2.2.1 預(yù)埋件施工

預(yù)埋件主要有預(yù)埋鋼管、錨墊板和螺旋筋，預(yù)埋件施工的關(guān)鍵在于預(yù)埋鋼管的測量定位。主、次錨索分別預(yù)埋外徑為127mm和102mm的鋼管(壁厚3.5mm)，根據(jù)混凝土澆筑高度分層安裝，按每層3m控制，計算出每排鋼支架和鋼管外壁結(jié)合處的控制點坐標(biāo)，用全站儀放樣出管口起始點和各個控制點坐標(biāo)，并在起始點搭設(shè)安裝基礎(chǔ)架以便固定錨墊板和鋼管。鋼管的安裝長度需滿足該倉混凝土的澆筑高度，并根據(jù)每根鋼管(長6m)預(yù)留一定長度以便下一步鋼管的焊接安裝，鋼管預(yù)埋位置誤差應(yīng)不大于5mm。

2.2.2 閘墩混凝土施工

預(yù)埋件固定好后即可進行閘墩混凝土澆筑，澆筑前做好標(biāo)示，澆筑過程中做好預(yù)埋件的保護工作，下料和振搗禁止碰撞鋼管，嚴(yán)密監(jiān)控預(yù)埋鋼管的位移，發(fā)生超差及時處理。

距預(yù)應(yīng)力錨索固定端和張拉端最外層鋼筋50cm范圍以內(nèi)的混凝土均視為錨墩混凝土，本工程閘墩混凝土為C30三級配常態(tài)混凝土，錨墩混凝土為C45二級配常態(tài)混凝土。錨墩混凝土應(yīng)與同高程的閘墩混凝土同步上升澆筑，中間不設(shè)施工縫，澆筑時加強振搗，以確?；炷恋木鶆蛎軐崳瑖?yán)格控制混凝土的入倉溫度并加強養(yǎng)護，當(dāng)混凝土達到設(shè)計強度的80%后方可拆模。

2.2.3 錨索制作及穿索

對每批進場的鋼絞線均作抽樣強度檢查，抽樣強度不得低于工廠出廠的保證強度。將檢查合格的鋼絞線按“孔深+兩端鋼墊板厚度+兩端錨墊板厚度+兩端工作錨板厚度+千斤頂工作長度+工具錨高+0.3m(有錨索測力計的應(yīng)計入測力計長度)”的長度用砂輪切割機進行截斷。主、次錨索分別由22根和15根φ15.2(1860MPa)鋼絞線組裝而成。組裝前對鋼絞線進行檢查，鋼絞線外觀不得有死彎、明顯刻痕、松絲散絲、銹蝕等缺陷，若有上述情況應(yīng)截去不用。

穿索前對預(yù)埋鋼管施工進行驗收，只有在鋼管位置及方位等達到設(shè)計要求的情況下，才能進行該道工序，穿索前應(yīng)徹底清理鋼管孔道。錨索安裝完畢后，對外露鋼絞線進行臨時保護及防水、防銹處理。

2.2.4 張拉及補償張拉

錨索張拉是預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中的重要工序。參照類似工程閘墩預(yù)應(yīng)力錨索的施工及運行經(jīng)驗，錨索灌漿完成后其預(yù)應(yīng)力損失最大可達到15%左右，可能會導(dǎo)致閘墩預(yù)應(yīng)力錨索體系最終無法達到設(shè)計要求。為確保錨索預(yù)應(yīng)力滿足設(shè)計要求，結(jié)合本錨索體系的實際設(shè)計噸位和閘墩結(jié)構(gòu)特點，對主錨索和次錨索分別超張拉至3900kN和2600kN，以充分利用其可施加的預(yù)應(yīng)力富余值，消除預(yù)應(yīng)力損失帶來的安全隱患。

在錨索正式施工前，選取5號閘墩(中墩)和8號閘墩(邊墩)的15束主錨索和4束次錨索進行錨固力非破壞性試驗。主、次試驗錨索上分別安裝3000kN和2000kN級錨索測力計。試驗完畢后，提交錨索錨固力非破壞性試驗報告和錨索現(xiàn)場施工手冊，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

本工程采用單側(cè)張拉的方式，張拉前先鎖定錨固端。錨索張拉次序為先張拉水平次錨索，后張拉主錨索。在同一閘墩上錨索張拉原則是先中間、后兩側(cè)，逐步擴散，對稱均衡進行。錨索張拉前，千斤頂油泵、壓力表和錨索測力計送有資質(zhì)的單位進行檢驗和率定，并繪制“張拉力——壓力表(測力計)讀數(shù)關(guān)系曲線”，以校正后油泵壓力表讀數(shù)，控制各級張拉荷載，指導(dǎo)現(xiàn)場錨索張拉施工。

張拉過程主要包括:工作錨具安裝、預(yù)緊、千斤頂及工具錨安裝、整體張拉及鎖定。具體步驟為:?工作錨具安裝包括張拉端和錨固段的工作錨具安裝，工作錨、夾片和錨索體張拉部分表面不能有泥沙、銹蝕層或其他污物，清洗干凈后依次裝上工作錨和夾片(帶錨索測力計的還應(yīng)安裝錨索測力計);?錨索整體張拉前，用YDE250Q—200前卡千斤頂進行單股鋼絞線的預(yù)張拉，最大預(yù)張拉力取單股鋼絞線設(shè)計張拉力的20%，要保證每根鋼絞線的預(yù)拉力值一致。主錨索單根鋼絞線兩級預(yù)緊張拉力為15.0kN和30.0kN;次錨索單根鋼絞線兩級預(yù)緊張拉力為13.3kN和26.7kN;?預(yù)緊完畢后，依次安裝限位板、千斤頂、鋼墊板、工具錨和夾片。張拉千斤頂?shù)妮S線必須與錨索軸線一致;?本工程采用以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。主、次錨索均使用YCW400B—200型千斤頂進行張拉。主、次錨索整體張拉均分8級進行，最后3級為超張拉。主錨索加載次序為:600kN→750kN→1500kN→2250kN→3000kN→3300kN→3600kN→3900kN;次錨索加載次序為:400kN→500kN→1000kN→1500kN→2000kN→2200kN→2400kN→2600kN。第1～7級當(dāng)達到各級張拉力時，均持荷5min;第8級當(dāng)達到設(shè)計張拉力時，持荷20min，方可鎖定。錨索張拉時，加載速率要平緩，每分鐘不超過10%的設(shè)計張拉力。錨索張拉每級加載后應(yīng)同步量測其伸長值，鎖定后應(yīng)量測鋼絞線的滑移量。卸載速率每分鐘不超過20%的設(shè)計張拉力;?如果在張拉過程中發(fā)生意外或者有跡象表明主、次錨索張拉力不足3500kN和2300kN，必須進行補償張拉，此時應(yīng)一次張拉到超張拉荷載，并進行鎖定。補償張拉最多進行兩次。

2.2.5 錨索孔注漿

為減少錨索預(yù)應(yīng)力損失，在錨索張拉(包括補償張拉)完畢后48h內(nèi)進行管道灌漿。及時進行封孔灌漿可以保護預(yù)應(yīng)力鋼絞線，防止銹蝕;并且使預(yù)應(yīng)力鋼絞線與混凝土有效粘結(jié)，改善錨墩混凝土的應(yīng)力分布，控制超載時裂縫的寬度，并減輕錨具的負(fù)荷狀況。

由于水泥砂漿具有泌水、收縮性，因此錨索孔灌漿的密實、飽滿度是影響灌漿質(zhì)量的重要因素。為了保證注漿質(zhì)量，從水泥砂漿質(zhì)量和灌漿工藝兩個方面采取了有效措施。本工程采用的水泥砂漿強度等級為M35，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，加入減水劑和膨脹劑，要求經(jīng)過篩分后的天然砂的粒徑不超過2.5mm，控制漿液3h后的泌水率在2%以內(nèi)。

灌漿工藝是保證注漿質(zhì)量的關(guān)鍵。本工程的錨索體系采用無隔離架和注漿管結(jié)構(gòu)，只在兩端留有注漿孔和排氣孔，據(jù)此我們分別制定了主錨索和次錨索的灌漿工藝。次錨索灌漿前先在排氣孔處安裝閘閥，并連接高于排氣孔5m的一根尾管。注漿開始時逐漸提高注漿壓力，排除錨索孔內(nèi)的空氣和水，保證水泥砂漿能在很短時間內(nèi)充滿錨索孔內(nèi)空隙。在尾管出現(xiàn)濃漿后及時打開回漿管閥門并關(guān)閉尾管閥門，保證注漿壓力穩(wěn)定，讓砂漿回至攪拌桶進行循環(huán)灌注，當(dāng)錨索孔不見析出水后，屏漿30min即完成注漿。

主錨索分兩種施工工藝，A組與次錨索相同。B、C、D、E、F、G組由于錨索孔向預(yù)留孔處下傾不同的角度，因此采用二次灌漿的方法。先以下端預(yù)留孔處為注漿孔，上端為排氣孔并連接5m尾管進行灌漿，當(dāng)尾管出現(xiàn)濃漿時及時關(guān)閉進漿閥門，第一次注漿即告完成。在間歇一定時間后(第一次灌注漿液凝固前)，再以上端為注漿孔進行二次灌漿，施工工藝與次錨索相同。經(jīng)計算得出主、次錨索孔凈容積分別為8.3L/m和5.2L/m?，F(xiàn)場實測的主、次錨索孔平均注入漿量為11.46L/m和7.09L/m。

2.2.6 錨索孔口及外錨頭保護處理

錨索張拉鎖定、注漿完畢后，應(yīng)及時對孔口部位的錨索及外錨頭進行保護，封錨時工作錨板外預(yù)應(yīng)力鋼絞線存留長度不小于30mm，使用砂輪切割機進行切割，采用C30混凝土進行封閉。

3 錨固效果分析

2013年2月，各閘墩錨索張拉、注漿已完成1年左右，根據(jù)5號和8號閘墩裝有錨索測力計的當(dāng)前觀測數(shù)據(jù)，主錨索的測值為3213.81～3606.77kN，衰減率為2.76% ～13.65%;次錨索的測值為 2261.79～2403.61kN，衰減率為5.32% ～7.92%。錨索鎖定后張拉力衰減率逐漸減小，目前已趨于穩(wěn)定，主、次錨索均滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

沙沱水電站閘墩錨索體系采用無隔離架和注漿管的新型結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力錨索的施工質(zhì)量關(guān)系到閘墩的結(jié)構(gòu)安全。通過采用三級超張拉及主錨索二次灌漿等施工工藝，充分利用了錨固體系的預(yù)應(yīng)力富余值，保證了錨索孔注漿的密實度。錨索測力計的觀測數(shù)據(jù)表明，錨索體系的施工質(zhì)量優(yōu)良，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

楊森浩.天生橋一級水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工［J］.水利水電技術(shù)，2000，31(6):57-58.