南歐江四級(jí)水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

夏 成 元， 郎 繼 堯， 胡 緒 峰

(中國(guó)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(yè)的快速發(fā)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(mén)所承受的推力愈來(lái)愈大。在錨塊和閘墩的連接部位以及閘墩頸部有明顯的應(yīng)力集中分布(圖1)，在該處形成較大的拉應(yīng)力區(qū)并可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，進(jìn)而影響到建筑物的安全及使用壽命。預(yù)應(yīng)力閘墩技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了應(yīng)力集中問(wèn)題。

預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)具有的主要優(yōu)點(diǎn)：

圖1 基于ANSYS軟件閘墩應(yīng)力分析成果圖

(1)預(yù)應(yīng)力錨索在施工過(guò)程中通常不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞和擾動(dòng)等不利影響；

(2)預(yù)應(yīng)力錨索是從混凝土內(nèi)部對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，其對(duì)作用于混凝土結(jié)構(gòu)的外荷載具有較強(qiáng)的針對(duì)性；

(3)采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)受力情況簡(jiǎn)單、明了，易于通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算進(jìn)行正確模擬；

(4)使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，能夠保證閘墩結(jié)構(gòu)滿足使用及規(guī)范要求。

南歐江四級(jí)水電站以發(fā)電為主，工程等別為二等大(2)型工程，電站裝機(jī)容量為132 MW(3×44 MW)，壩頂高程391.5 m，正常蓄水位高程(設(shè)計(jì)洪水位)386 m，死水位高程384 m，校核洪水位高程389 m，總庫(kù)容為1.416×108m3。

泄洪建筑物采用預(yù)應(yīng)力閘墩工藝，其主錨索采用對(duì)穿黏結(jié)式錨索，設(shè)計(jì)永存力為3 000 kN；水平次錨索采用對(duì)穿黏結(jié)式錨索，設(shè)計(jì)永存力為1 800 kN；相應(yīng)的監(jiān)測(cè)錨索為對(duì)穿無(wú)黏結(jié)式錨索。錨索總束數(shù)為186根，其中長(zhǎng)度為24.35 m的主錨索共計(jì)96根；長(zhǎng)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(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)與驗(yàn)收→施工平臺(tái)搭建→預(yù)埋張拉段鋼套管(隨閘墩混凝土澆筑而埋設(shè))→清洗預(yù)埋管道→錨束制作(監(jiān)測(cè)錨索錨固段剝洗)→錨束驗(yàn)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(hù)及錨塊預(yù)留槽回填。

2.2 施工平臺(tái)的搭建

施工平臺(tái)搭設(shè)在閘墩之間，在進(jìn)行下部閘墩澆筑時(shí)，下模板暫時(shí)不進(jìn)行拆除，而是依靠下模板搭設(shè)懸空腳手架。搭設(shè)錨索施工平臺(tái)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)的腳手架施工方案設(shè)計(jì)及受力計(jì)算(圖2)。

2.3 在混凝土內(nèi)埋設(shè)預(yù)埋管

2.3.1 預(yù)埋管材質(zhì)的選擇

閘墩錨索孔一般采用預(yù)埋管道的形式，管材的選擇主要以波紋管及鋼管為主，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，筆者推薦選擇有縫鋼管為預(yù)埋管件。鋼管具有很好的剛度，不需要考慮管道變形，同時(shí)，鋼管采用焊接的方式與架立筋及主體鋼筋互相焊接，其穩(wěn)定性好，不必?fù)?dān)心主體混凝土澆筑時(shí)對(duì)管道產(chǎn)生變形影響及在焊接過(guò)程中破壞管道。由于預(yù)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2.3.2 埋設(shè)要求

管口坐標(biāo)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(duì)管口采取措施加以保護(hù)并做明顯標(biāo)記。同時(shí)，灌漿管口端進(jìn)、回漿管路應(yīng)在鋼管架立前安裝好并確保其暢通，不漏漿。在預(yù)埋鋼管焊接過(guò)程中應(yīng)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(tái)搭設(shè)示意圖

2.3.3 預(yù)埋管的埋設(shè)

(1)鋼套管的埋設(shè)隨混凝土澆筑逐段進(jìn)行。

(2)預(yù)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(shí)發(fā)生變形或位移。

2.4 錨孔的清洗

錨索安裝前需對(duì)預(yù)埋鋼套管進(jìn)行通孔檢查，對(duì)管內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)的工作臺(tái)上進(jìn)行，根據(jù)孔道的長(zhǎng)度及預(yù)留長(zhǎng)度用鋼尺丈量，鋼絞線采用砂輪切割機(jī)切斷(嚴(yán)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(zhì)清洗干凈、理順擺放在工作臺(tái)上。

(1)錨束體的下料長(zhǎng)度等于錨墊板以內(nèi)的預(yù)埋管長(zhǎng)度加上工作錨具高度、再加外露長(zhǎng)度。外露長(zhǎng)度包括撐腳高度、張拉千斤頂高度、工具錨具及預(yù)留長(zhǎng)度(一般為200 mm)。對(duì)于需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的錨索則應(yīng)加上測(cè)力計(jì)高度。

(2)對(duì)編好的錨束妥善存放并登記、掛牌，注明錨索編號(hào)、長(zhǎng)度等。

2.5.2 錨索的安裝

(1)錨索安裝前，對(duì)預(yù)埋鋼管進(jìn)行通孔檢查，將管內(nèi)的雜物清理干凈，對(duì)管內(nèi)存在的積水用高壓風(fēng)吹干。

(2)安裝前，對(duì)錨索體進(jìn)行詳細(xì)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(jī)械的方法安裝。緩慢推送、用力需均勻一致，錨索不能扭轉(zhuǎn)。

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

2.6 錨索的張拉

預(yù)應(yīng)力閘墩錨索的張拉應(yīng)先張拉無(wú)黏結(jié)監(jiān)測(cè)錨索、再?gòu)埨そY(jié)式錨索；單獨(dú)閘墩黏結(jié)式主錨索和次錨索采用分組、分序循環(huán)對(duì)稱的方式張拉。

當(dāng)閘墩和錨塊混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后方能對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行張拉。

整束張拉錨索的張拉過(guò)程分為單股預(yù)緊和整束分級(jí)張拉兩個(gè)階段。單股預(yù)緊應(yīng)進(jìn)行兩次以上；整束張拉分五級(jí)，最大張拉力不得超過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。

(1)單股鋼絞線預(yù)緊張拉程序：安裝千斤頂→0→30 kN/股→測(cè)量鋼絞線伸長(zhǎng)值→卸千斤頂。該過(guò)程使各鋼絞線受力均勻并起到調(diào)直對(duì)中作用。

(2)整束分級(jí)張拉程序：預(yù)緊→25%P→50%P→75%P→100%P→超張拉力→穩(wěn)壓鎖定(P為設(shè)計(jì)永存力)。除最后一次超張拉要求靜載持續(xù)30 min外，其余每級(jí)的持續(xù)時(shí)間均為5 min。

2.7 封孔回填灌漿和外錨頭保護(hù)

2.7.1 封孔灌漿

(1)主、次錨索(包括監(jiān)測(cè)錨索)張拉鎖定并驗(yàn)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(qiáng)度不低于M25。

(3)灌漿時(shí)采用排氣法。對(duì)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(duì)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(dāng)排氣管回漿濃度與進(jìn)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(shí)間為20 min。

2.7.2 外錨頭保護(hù)

錨索在注漿結(jié)束后切除預(yù)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(hù)及錨塊預(yù)留槽回填

(1)對(duì)需要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的錨索按觀測(cè)要求埋設(shè)并做好引線保護(hù)后回填二期混凝土封閉保護(hù)。

(2)在二期混凝土施工前，對(duì)上游錨拉洞及下游錨塊錨頭區(qū)表面的混凝土面一律鑿毛處理，按設(shè)計(jì)圖紙預(yù)埋插筋。

(3)錨塊預(yù)留槽采用C35混凝土進(jìn)行回填封閉。

3 結(jié) 語(yǔ)

鑒于預(yù)應(yīng)力閘墩錨索布置緊湊，施工場(chǎng)地狹窄、有限，對(duì)錨索的編制及安設(shè)采取分批次施工的方式，每根鋼絞線做好標(biāo)識(shí)編號(hào)以便穿過(guò)對(duì)應(yīng)的錨具孔。同時(shí)，在混凝土澆筑期間，埋設(shè)好施工平臺(tái)搭設(shè)用的預(yù)埋件，保證施工安全，提高施工進(jìn)度。

老撾南歐江四級(jí)水電站閘墩錨索施工已完成一年有余，期間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)成果表明：閘墩錨索狀況正常，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，取得了良好效果。