苗尾水電站溢洪道閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工

(中國人民武裝警察部隊 水電第一支隊，河北 唐山 063000)

1 工程概況

苗尾水電站溢洪道為一級建筑物，控制段共設(shè)5個溢流表孔，每孔凈寬13.0 m；中墩厚4.5 m，左邊墩(靠山體側(cè))為衡重式擋墻、頂部厚4.0 m，右邊墩(與電站防空洞相鄰)厚4.0 m。泄洪閘工作閘門為露頂式弧形工作閘門，共5扇，每扇重315.9 t，壩頂閘墩上每孔設(shè)置1套2×3 200 kN液壓啟閉機(jī)，重70 t，按“一門一機(jī)”方式驅(qū)動和控制閘門，在汛期期間對庫容進(jìn)行調(diào)節(jié)啟閉泄洪。為了保證混凝土閘墩在在閘門運行過程中的安全，閘墩均采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計，中、邊墩放射形斜向上布置，主錨索采用拉力型無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，錨塊水平次錨索采用對穿型全粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，布置示意如圖1所示。

圖1 閘墩錨索布置示意(單位：cm)

閘墩預(yù)應(yīng)力錨索布置在混凝土墩體內(nèi)，主錨索設(shè)計噸位為3 500 kN，為上游低、下游高的放射形斜向上布置；次錨索設(shè)計噸位為1 500 kN，水平布置。主錨索有長度分別為22.473 m和19.467 m的兩種規(guī)格，主錨索合計160根；次錨索有3種規(guī)格：左邊墩次錨索長9.01 m、中墩次錨索度8.2 m、右邊墩次錨索度5.85 m，次錨索合計72根。監(jiān)測主錨索14根、監(jiān)測次錨索9根，布置于1,3號和6號墩上。

2 施工程序

閘墩主錨索和次錨索均采用后裝后張拉法施工，即先架設(shè)預(yù)埋鋼套管，待閘墩混凝土全部澆筑完成后再穿索張拉。施工中先張拉次錨索，后張拉主錨索；先張拉監(jiān)測錨索，再張拉非監(jiān)測錨索。

(1)次錨索施工程序。預(yù)埋鋼套管(根據(jù)澆筑層逐排埋設(shè))→錨塊澆筑→下索→張拉→鎖定→錨索鎖定載荷檢查→管道灌漿→封錨。

(2)主錨索施工程序。預(yù)埋鋼套管(根據(jù)澆筑層逐段埋設(shè))→清洗預(yù)埋管道→下索→張拉→鎖定→管道灌漿→錨索鎖定載荷檢查→封錨。

3 錨索施工

3.1 預(yù)埋鋼套管安裝

應(yīng)按施工圖要求埋設(shè)預(yù)埋管道的方位和傾角。主、次錨索埋管端部中心安裝的誤差水平向和豎直向均在±10 mm范圍內(nèi)。預(yù)埋鋼管沿軸線方向的局部誤差也在±10 mm范圍內(nèi)。主錨索定位管從錨固洞(固定端)處開始往上安裝，安裝時機(jī)為閘墩混凝土面澆筑至錨固洞下方0.7 m范圍內(nèi)，高程約為1 390.20 m。主錨索套管安裝順序詳見圖2。

圖2 主錨索預(yù)埋鋼套管安裝順序示意

(1)定位與測量。根據(jù)全站儀放樣定位鋼管末端錨墊板固定位置坐標(biāo)，放鋼管軸線時將樁號放至壩前與壩后側(cè)面，標(biāo)示并保護(hù)好，以便日后復(fù)測校核。根據(jù)實際混凝土倉面高度確定支撐高度，如果改變支撐的縱向樁號，相應(yīng)調(diào)整其頂部高程，保證鋼管傾角在設(shè)計范圍內(nèi)。多角度復(fù)測錨固洞起始縱向樁號及高程，鋼管起始節(jié)架設(shè)專用激光發(fā)射器穿過已經(jīng)預(yù)埋部分鋼管修正壩橫定位；采用高程與壩縱比值校驗鋼管傾角。

(2)安裝固定。預(yù)埋管道安裝就位后，應(yīng)使用臨時支撐加以固定，防止混凝土澆筑回填時發(fā)生變形或位移，鋼支撐可留在混凝土中。臨時支撐使用∠70×70×5的角鋼作為預(yù)埋鋼管支撐架、輔以∠50×50×4和φ14鋼筋作為斜撐和拉條。

主錨索的錨墊板錨固洞端注漿孔朝下側(cè)、下游張拉端注漿孔朝上；水平放置的次錨索所有錨墊板統(tǒng)一在一端設(shè)置注漿孔朝下側(cè)、另一端全部朝上。

(3)保護(hù)。閘墩混凝土澆筑前做好每根鋼管的位置標(biāo)示，澆筑時禁止料罐等物體碰撞鋼管，使用皮帶機(jī)入倉澆筑，盡量避開混凝土直接沖擊鋼管。如發(fā)現(xiàn)鋼管脫離支撐架或偏移，必須暫停澆筑該部位，待糾正鋼管偏移并加固后方能繼續(xù)澆筑。每層澆筑前要對鋼管待接長口進(jìn)行保護(hù)，使用封堵帽套在管端頭，并電焊牢固。

3.2 鋼絞線檢查及下料

3 500 kN級預(yù)應(yīng)力主錨索單體由24根φ20(1 860 MPa)無粘結(jié)鋼絞線組裝而成(含監(jiān)測錨索)。1 500 kN級預(yù)應(yīng)力次錨索單體由10根φ15.2(1 860 MPa)光面鋼絞線組裝而成，監(jiān)測錨索使用無粘結(jié)鋼絞線，共計10根。下料切割前應(yīng)對鋼絞線進(jìn)行檢查及隔離處理。鋼絞線的外觀不得有死彎、明顯刻痕、松絲散絲等缺陷。若有上述情況應(yīng)截去不用，不得使用局部存在銹蝕的鋼絞線。

下料工藝流程：編束通知單→下料→驗收→庫存。

在預(yù)先指定的場地按下料長度下料，每根絞線長度誤差控制在10 cm以內(nèi)。下料長度計算公式：

L=L0+2A+L1+L2+L3

(1)

式中，L0為張拉端、固定端錨墊板之間距離；L1為固定端鋼絞線外露長度，取10 cm；L2為張拉端鋼絞線工作長度，考慮到張拉系統(tǒng)所需要的工作長度，如使用千斤頂YCW400B型取65 cm，YCW500B型取75 cm；L3為下料鋼絞線副余長度，取10 cm；A為錨具厚度：M15-24孔為8.5 cm，M15-10孔為6 cm。

3.3 錨索穿索安裝

閘墩錨索采用預(yù)埋金屬管道，錨索體內(nèi)不設(shè)灌漿管，采用編號逐根穿索的方法。

(1)在進(jìn)行錨索向孔內(nèi)推送施工前，應(yīng)對已經(jīng)安裝完成的錨索預(yù)埋鋼管進(jìn)行驗收，檢驗預(yù)埋鋼管數(shù)量、位置、角度以及管孔的直線度；檢查預(yù)埋的錨墊板位置的混凝土澆筑質(zhì)量，并清理干凈錨墊板以及灌漿孔。只有在鋼管位置及方位等達(dá)到設(shè)計要求的情況下，才能進(jìn)行穿索安裝工序的施工。

(2)穿索。 檢查錨索孔道，如有雜物應(yīng)徹底清除干凈； 核對錨索編號，是否與孔道對應(yīng)，以防混穿，同時檢查鋼絞線有無扭轉(zhuǎn)、銹蝕、污染等現(xiàn)象； 錨索應(yīng)按設(shè)計孔深推送就位，若推送受阻，應(yīng)拉出已推送入孔的錨索進(jìn)行清孔后再行穿索；鋼絞線推送至鋼管內(nèi)后，應(yīng)調(diào)整兩端長度，使之滿足工作要求，安裝完畢后，應(yīng)對外露鋼絞線進(jìn)行包裹臨時保護(hù)及防水、防銹等。

3.4 錨具安裝

(1)安裝錨具時，嚴(yán)格按照鋼絞線對應(yīng)編號與錨板夾片孔進(jìn)行，并保證錨索兩端鋼絞線的外露長度。

(2)安裝工作夾片時，錨板的夾片孔先涂上一層退錨靈，兩片夾片間縫基本一致，外露高度差值不得大于 0.5mm。

(3)安裝錨具、夾片時，必須徹底清掃鋼絞線、錨具的錐孔和夾片牙形，不得有油污、鐵屑、泥沙等雜物。露出孔口外的鋼絞線應(yīng)將HDPE套剝?nèi)ィ⒂椭逑锤蓛簟?/p>

(4)依次安裝好工作錨具、工作夾片和限位板，每個錨孔各裝入一套夾片，并輕輕打齊，夾片上不允許沾有灰塵，并使鋼絞線按相應(yīng)的編號和位置穿過工作錨具，與錨墊板對中并相吻合。

3.5 錨具與監(jiān)測標(biāo)配合

監(jiān)測錨索的測力計需要與預(yù)埋的錨墊板、承載的工作錨板配合，監(jiān)測標(biāo)單位配套提供過渡板，主錨索14塊、次錨索9塊。

3.6 張拉及補(bǔ)償張拉

當(dāng)錨墩處混凝土均達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，方可進(jìn)行錨索張拉。張拉千斤頂?shù)妮S線必須與錨索軸線一致，錨環(huán)、夾片和錨索體張拉部分不得有泥沙、銹蝕層或其它污物。

(1)張拉順序與準(zhǔn)則。①次錨索張拉順序。錨索為奇數(shù)排時，先張拉中間排，后輪流對稱張拉兩側(cè)排；錨索為偶數(shù)排時，兩側(cè)錨索從內(nèi)到外輪流對稱張拉。每一排錨索應(yīng)從最中間的錨索開始輪流對稱張拉。②主錨索張拉順序。錨索為奇數(shù)排時，先張拉中間排，后輪流對稱張拉兩側(cè)排；錨索為偶數(shù)排時，兩側(cè)錨索從內(nèi)到外輪流對稱張拉。每層錨索先張拉中間錨索，再輪流對稱張拉外層，以免結(jié)構(gòu)承受過大的偏心壓力。③預(yù)應(yīng)力錨索的張拉作業(yè)應(yīng)按下列程序進(jìn)行。機(jī)具標(biāo)定→分級理論值計算→(監(jiān)測錨索安裝測力計)→錨具及夾片安裝→安裝預(yù)緊千斤頂→單股預(yù)緊→卸去預(yù)緊千斤頂→安裝限位板→安裝整體張拉千斤頂→安裝工具錨及夾片→分級整體張拉→鎖定→灌漿。

(2)補(bǔ)償張拉。錨索張拉完畢鎖定后，會產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力損失，監(jiān)測錨索荷載損失變化幅值滿足規(guī)定指標(biāo)(預(yù)應(yīng)力損失小于設(shè)計鎖定荷載的10%的區(qū)域)，則不進(jìn)行補(bǔ)償張拉，反之則需進(jìn)行補(bǔ)償張拉，根據(jù)設(shè)計要求及監(jiān)理指示確定需要補(bǔ)償張拉的位置。對于有補(bǔ)償張拉的預(yù)應(yīng)力錨索，應(yīng)在張拉鎖定后3～7 d進(jìn)行，補(bǔ)償張拉的張拉力為設(shè)計超張拉力。

(3)張拉技術(shù)要求。每束錨索張拉采用單頂整束張拉，整束張拉錨索的張拉過程分為單股預(yù)緊和分級張拉兩個階段，單股預(yù)緊應(yīng)進(jìn)行2次，整束張拉共分5級進(jìn)行。

3.7 錨索孔道注漿

灌漿在錨索張拉完畢后3 d內(nèi)進(jìn)行，錨索灌漿封孔7 d后，對孔口段的離析沉淀部分進(jìn)行封補(bǔ)灌漿。

(1)灌漿水泥應(yīng)采用強(qiáng)度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比0.35，水泥漿強(qiáng)度等級M40，漿液中摻入減水劑、微膨脹劑和早強(qiáng)劑等外加劑。在水泥漿內(nèi)摻入0.01%水泥用量的鋁粉以減少內(nèi)縮。

(2)主錨索灌漿過程中應(yīng)采取屏漿和間歇灌漿措施加速水泥漿液的泌水過程，從上游預(yù)留平孔處進(jìn)漿，待下游端出漿濃度與進(jìn)漿濃度一致時，方可進(jìn)行屏漿，屏漿壓力0.3 MPa，屏漿30 min后打開放漿孔口，放漿5 min后進(jìn)行第二次屏漿。第二次屏漿完成20 min后再打開放漿管放漿，5 min后封閉進(jìn)漿和放漿孔口，灌漿完畢。次錨索從可由底口端往另一端灌漿，其它灌漿要求與主錨索灌漿施工要求相同。

(3)灌漿壓力為0.5～0.7 MPa，采用真空灌漿工藝。

3.8 錨索鎖定載荷檢查分析

原位監(jiān)測與錨索張拉同步進(jìn)行，并及時進(jìn)行資料整理，反饋信息，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對錨索鎖定核載進(jìn)行檢查確認(rèn)。

3.9 封 錨

(1)封錨時錨板外預(yù)應(yīng)力鋼絞線存留長度應(yīng)不小于30 mm，嚴(yán)禁使用電弧或乙炔火焰切割；錨板、預(yù)應(yīng)力鋼絞線及其周圍應(yīng)清理干凈，結(jié)構(gòu)混凝土表面必須鑿毛并沖洗干凈。

(2)錨索張拉鎖定后，應(yīng)對孔口部位的錨索及外錨頭進(jìn)行保護(hù)，采用混凝土封閉。監(jiān)測錨索的測力計與錨頭一并安裝，在安裝過程中及安裝完畢后均應(yīng)注意對測量電纜線的保護(hù)。

(3)采用混凝土防護(hù)錨索外錨頭。

4 成果分析

4.1 張拉質(zhì)量分析

2016年3月，閘墩錨索滿足條件，開始張拉施工。2015年5月中旬，錨索全部張拉完成，張拉施工質(zhì)量分析見表1。

表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，實測伸長率均滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(±6%范圍內(nèi))，符合設(shè)計及規(guī)范要求，張拉伸長值達(dá)標(biāo)率100%，張拉質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

表1 錨索張拉施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2 鋼套管安裝及管道灌漿質(zhì)量分析

錨索預(yù)埋鋼套管安裝及管道灌漿數(shù)據(jù)表明，鋼套管安裝合格率100%，管道灌漿實際灌漿量均大于理論灌漿量，符合設(shè)計及規(guī)范要求。

4.3 監(jiān)測錨索預(yù)應(yīng)力損失成果分析

監(jiān)測錨索預(yù)應(yīng)力損失成果分析表明，錨索最終載荷鎖定力均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 語

苗尾水電站為周調(diào)節(jié)水庫，目前，水庫水位已蓄至1 402.00 m，2017年汛期來水量變化較大，為保證水庫水位，溢洪道閘門啟閉頻繁。對2017年錨索監(jiān)測數(shù)據(jù)跟蹤分析表明，預(yù)應(yīng)力錨索所受載荷隨季節(jié)變化略有調(diào)整，所受載荷整體穩(wěn)定，閘門等在運行過程中未出現(xiàn)異常荷載情況，閘墩、預(yù)應(yīng)力錨塊安全穩(wěn)定。施工質(zhì)量數(shù)據(jù)分析和運行期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，閘墩預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)揮了設(shè)計預(yù)期功效，為溢洪道閘墩、閘門安全運行提供了可靠保障，進(jìn)一步印證了閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工程序得當(dāng)、施工工藝可靠、施工方法可行，為同類型工程提供可借鑒的設(shè)計施工經(jīng)驗。