大華橋水電站大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索整體施工技術(shù)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(yù)應(yīng)力錨索布置在9#底孔壩段（樁號：壩0+000.00-壩左0+014.00）。預(yù)應(yīng)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(jìn)行布置，每層共4排，每側(cè)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(qiáng)度低松弛鋼絞線24股；次錨索共12根，分4層進(jìn)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(qiáng)度低松弛鋼絞線17股；平衡錨索共6根，分3層進(jìn)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(qiáng)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(yù)先加工、安裝預(yù)應(yīng)力錨索支撐排架，防止預(yù)應(yīng)力錨索安裝時產(chǎn)生偏斜。預(yù)應(yīng)力錨索支撐排架搭設(shè)要求：

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

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索整根制作

預(yù)應(yīng)力錨索制作主要考慮因素為：

（1）采購符合設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力錨索整根制作的場地，本項(xiàng)目選擇在上壩交通洞內(nèi)，免去了搭設(shè)防雨設(shè)置；

（3）細(xì)化各類錨索的生產(chǎn)規(guī)格，并對制作的錨索進(jìn)行掛牌標(biāo)識，防止加工過程中產(chǎn)生誤差；

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

（5）做好已經(jīng)加工好的預(yù)應(yīng)力錨索的保護(hù)工作，防銹蝕、防外力破壞。

2.3 預(yù)應(yīng)力錨索吊裝及固定

待施工現(xiàn)場具備安裝條件后，將已完成加工的預(yù)應(yīng)力錨索運(yùn)至起吊點(diǎn)，通過塔機(jī)或者纜機(jī)將其吊至安裝現(xiàn)場，先人工輔助塔機(jī)或者纜機(jī)對預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行初步定位和暫時加固；然后由測量人員按設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑目刂泣c(diǎn)進(jìn)行校正，同時依靠人工及手動葫蘆對其進(jìn)行微調(diào)，最后確定位置無誤后，進(jìn)行多點(diǎn)加固。

2.4 閘墩混凝土澆筑

在以往項(xiàng)目閘墩混凝土澆筑過程中對預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生的最大影響有以下兩點(diǎn)：

（1）混凝土進(jìn)入到預(yù)埋的套管里面，影響后期錨索安裝；（2）混凝土高處下落導(dǎo)致預(yù)埋套管變形，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索不能安裝至設(shè)計(jì)規(guī)定位置。

大華橋水電站采用預(yù)應(yīng)力錨索整根安裝基本可以避免混凝土進(jìn)入預(yù)埋的套管內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)，由于套管固定位置較多，也降低了澆筑混凝土?xí)r將套管砸變性的可能性，仍然需協(xié)調(diào)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(yù)應(yīng)力錨索張拉

預(yù)應(yīng)力錨索張拉是閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工過程中最重要的一環(huán)，如果該環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將直接影響到預(yù)應(yīng)力錨索的受力情況，更嚴(yán)重的結(jié)果將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨索不能起作用。具體操作，可以通過以下幾點(diǎn)進(jìn)行說明：

（1）張拉條件

待閘墩和弧門支撐大梁混凝土達(dá)到28天齡期及混凝土強(qiáng)度達(dá)到30MPa以上后即可對錨索進(jìn)行張拉。

（2）張拉順序

① 先對錨索各根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊張拉后再進(jìn)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(jì)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(shù)、張拉千斤頂?shù)膲毫Ρ碜x數(shù)以及在不同張拉力下的鋼絞線伸長值，張拉時應(yīng)有監(jiān)理工程師在現(xiàn)場旁站監(jiān)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(yīng)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(jìn)行張拉，固定端安裝與張拉端規(guī)格型號相同的錨具，安裝張拉端測力計(jì)及工作錨具，錨具安裝完成后即可進(jìn)行張拉。

① 預(yù)緊張拉。對錨索單根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊張拉時，先從中心鋼絞線開始張拉，再對稱張拉內(nèi)環(huán)上的各根鋼絞線，最后對外環(huán)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(wěn)定及超載安裝鎖定相結(jié)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(dāng)監(jiān)測錨索測力計(jì)測得的拉力小于設(shè)計(jì)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(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增大超張拉系數(shù)進(jìn)行張拉或進(jìn)行補(bǔ)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(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)計(jì)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(wěn)壓5min，張拉至超張拉力2995KN時持荷穩(wěn)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(shè)計(jì)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(wěn)壓5min，張拉至超張拉力4110KN時持荷穩(wěn)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(shè)計(jì)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(wěn)壓5min，張拉至超張拉力4110KN時持荷穩(wěn)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(zhǔn)，在張拉過程中的每級拉力下持荷穩(wěn)定時，用鋼板尺在同一個量側(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)量測一次鋼絞線的伸長值，以用于校核張拉力，實(shí)際量測的鋼絞線的伸長值須與理論計(jì)算的伸長值基本相符，當(dāng)實(shí)際量測的伸長值大于理論計(jì)算值的10%或小于理論計(jì)算值的5%時，應(yīng)暫停張拉，待查明原因并采取相應(yīng)措施，予以調(diào)整后方可恢復(fù)張拉。

2.6 預(yù)應(yīng)力錨索控溫水泥漿液灌漿

預(yù)應(yīng)力錨索灌漿的主要目的是利用錨固漿液將錨索管道內(nèi)的空氣排盡，從而防止預(yù)應(yīng)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(jié)束并由監(jiān)理工程師檢查確認(rèn)錨索預(yù)應(yīng)力已達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)計(jì)值后，即可對錨索孔道進(jìn)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(huán)境溫度，確定水泥漿液灌漿溫度（當(dāng)環(huán)境溫度為10°～20°時，漿液溫度控制在低于環(huán)境溫度5°；當(dāng)環(huán)境溫度在20°以上時，漿液溫度控制在低于環(huán)境溫度10°），采取一定措施（如冰水等）配置相應(yīng)溫度的漿液；

（3）待水泥砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，再用灌漿泵通過注漿管路從錨固洞內(nèi)主錨索錨固端錨墊板上預(yù)留的灌漿孔將新鮮的0.5∶1濃水泥漿泵入孔內(nèi)，待從張拉端孔口冒出的漿液濃度與進(jìn)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(jié)之后，再從張拉端錨具灌漿口進(jìn)行補(bǔ)充灌漿，次錨索可在任意端進(jìn)行灌漿，回填灌漿材料為強(qiáng)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(nèi)根據(jù)試驗(yàn)配方摻加減水劑，水泥漿液標(biāo)號為M40。

（4）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①灌漿量大于理論吸漿量；②回漿量比重不小于進(jìn)漿量，且穩(wěn)壓30min，鋼管內(nèi)不再吸漿，即進(jìn)、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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，檢查其抗壓強(qiáng)度，作為評定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

（1）在大華橋水電站優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)錨索鋼套管、鋼絞線安裝方式，即在工廠預(yù)先將編束完成的錨索穿入鋼套管，并通過高強(qiáng)度擠壓套及相關(guān)擠壓工具，提前對閘墩預(yù)應(yīng)力錨索的一段進(jìn)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(yù)應(yīng)力閘墩錨索可以整根在車間制作，通過預(yù)裝方式提高了錨索組裝質(zhì)量，免去了后期張拉預(yù)應(yīng)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(zhì)量。

（2）對于錨索、鋼套管整體組裝件，可利用目前先進(jìn)的吊裝設(shè)備（纜機(jī)、塔機(jī)、吊車等），對整根預(yù)應(yīng)力錨索（包含套管重約2t）進(jìn)行整體吊裝，省去了以往施工中分別進(jìn)倉安裝套管的工作。由于錨索采取整體預(yù)制、預(yù)裝技術(shù)，取消了傳統(tǒng)閘墩錨索需設(shè)置的壩體交通廊道和錨固端豎井結(jié)構(gòu)，避免了交通廊道和錨固端豎井對壩體結(jié)構(gòu)的削弱，提高了錨索周圍壩體應(yīng)力分布條件，有利于壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。傳統(tǒng)施工中，錨固端交通廊道和豎井結(jié)構(gòu)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(jīng)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(dāng)大，采取該項(xiàng)目錨索整體預(yù)制快速安裝技術(shù)，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(jìn)行水泥灌漿，創(chuàng)新采用了控溫水泥漿液灌漿工藝，根據(jù)物理學(xué)熱脹冷縮的原理，通過檢測不同溫度的水泥漿液其化學(xué)反應(yīng)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(shí)現(xiàn)減少閘墩錨索應(yīng)力損失，確保預(yù)應(yīng)力閘墩的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其主要的溫度-長度計(jì)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(yīng)后的溫度值；

α——鋼材的溫度膨脹系數(shù)。

4 結(jié)束語

大華橋水電站大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工中，對以往預(yù)應(yīng)力錨索施工方法存在的弊端進(jìn)行分析研究，并針對這些原因完善施工工藝和制定相應(yīng)的控制措施來消除原方法的不足之處。具體從減少預(yù)應(yīng)力閘墩錨索施工過程中混凝土澆筑與預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)埋管的埋設(shè)之間的沖突、避免后期閘墩形成后再穿索的困難等方面進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)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(shù)。采用擠壓套將錨索的一端固定，另一端提前預(yù)緊，并做好防水處理，從而可以取消預(yù)留張拉孔及相應(yīng)的二期混凝土澆筑。通過以上技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)約了大量工期及施工成本，其一些做法和改進(jìn)的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可作為類似工程參考。