老撾南屯1 水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

毛軍林

（中國水利水電第三工程局有限公司基礎(chǔ)建筑分局，西安 748100）

1 工程概況

南屯1 水電站位于老撾波利坎賽省的坎丁河上，距坎丁河與湄公河交匯處33 km，距萬象220 km，壩址位于峽谷最后與湄公河交匯處前的下游端。南屯1 水電站為一等大（1）型工程，攔河壩為碾壓混凝土大壩，最大壩高177 m。最大庫容為2.02×109m3，設(shè)計(jì)流量514 m3/s，設(shè)計(jì)額定水頭140 m。電站裝機(jī)容量為2×260 MW+1×130 MW，合計(jì)650 MW，其中，520 MW送入泰國電網(wǎng)（EGAT)，130 MW 送入老撾電網(wǎng)（EDL)。

2 總體布置

溢洪道設(shè)置6 個(gè)弧門，7 個(gè)閘墩，P1 閘墩和P7 閘墩為左右邊墩。P2 閘墩至P6 閘墩為中墩。每個(gè)閘墩布置預(yù)應(yīng)力錨索，分主錨和次錨，縱向?yàn)橹麇^，橫向和豎向?yàn)榇五^。主錨索共布置316 束，次錨索共布置306 束。錨索張拉設(shè)計(jì)噸位均為4 000 kN，設(shè)計(jì)鎖定荷載4 330 kN，張拉均采用后張法施工。錨索為有黏結(jié)型，錨索張拉采用單根預(yù)緊、整體分級(jí)張拉，一端固定、一端張拉。錨索灌漿采用真空灌漿工藝。

3 錨索設(shè)計(jì)

主錨索：P1 閘墩和P7 閘墩為邊墩，曲線型錨索，長度為26.3～26.8 m，錨索最大角度為6.0°，錨索設(shè)計(jì)最大彎曲半徑為90 m，各設(shè)計(jì)43 束錨索。

主錨索：P2～P6 閘墩為中墩，曲線型錨索，長度26.8～27.6 m，錨索最大角度為12.6°，錨索彎曲半徑為29.0～89.5 m，各設(shè)計(jì)46 束錨索。

次錨索：P1 閘墩和P7 閘墩為邊墩，上下左右錨索，直線形錨索，長度5.5～8.3 m，各設(shè)計(jì)48 束錨索。

次錨索：P2～P6 閘墩為中墩，上下左右錨索，直線形錨索，長度5.5～10.4 m，各設(shè)計(jì)42 束錨索。

4 錨索組成

閘墩預(yù)應(yīng)力錨索由金屬波紋管、螺旋筋、錨墊板、低回縮錨墊板、成束鋼絞線、工具錨、測力計(jì)等組成。鋼絞線由22 根φ15.7 mm-1 860 MPa 級(jí)光面鋼絞線組成。質(zhì)量25.916 kg/m，截面面積3 300 mm2，最大荷載6 138 kN。測力計(jì)采用“彈磁力/應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)”O(jiān)VM-CCT20C 系列。

5 施工平臺(tái)

1）閘墩混凝土澆筑時(shí)在標(biāo)高276.88 m 處埋設(shè)36#工字鋼，工字鋼預(yù)埋混凝土1.0～0.5 m，外部延伸2.5 m。下游預(yù)埋工字鋼，在標(biāo)高276.88 m 處設(shè)置馬凳基座，馬凳上采用40#工字鋼連接1#閘墩與7#閘墩，形成鋼橋平臺(tái)，鋼橋平臺(tái)寬1.8 m、護(hù)欄高1.5 m，在該鋼橋上進(jìn)行錨索編索和安全通道（見圖1）。

圖1 閘墩錨索施工鋼架橋（單位：m）

2）縱向主錨索施工平臺(tái)在鋼架橋上標(biāo)高278.88 m 處搭建主錨索施工平臺(tái)，施工平臺(tái)長寬高為5.5 m×2.5 m×5.5 m，此施工平臺(tái)主要用于錨索下索、錨具安裝、張拉、真空灌漿等。

上游預(yù)留錨洞規(guī)格，長2.27 m，上游面寬1.89 m，錨索工作面寬1.4 m+1.4 m。錨索施工時(shí)，利用腳手架在預(yù)留豎井錨洞內(nèi)搭設(shè)施工平臺(tái)，施工平臺(tái)尺寸為：長1.8 m，上游面寬2.0 m，錨索工作面寬1.2 m+1.2 m，此施工平臺(tái)主要用于錨具的安裝以及灌漿使用。

3）次錨索使用閘墩澆筑時(shí)，在標(biāo)高276.88 m 處預(yù)留的鋼模支撐架作為底部支撐點(diǎn)搭建施工平臺(tái)。標(biāo)高276.88～278.88 m 處為最底部，長寬高為5.5 m×4.4 m×2.0 m，此施工平臺(tái)為上、下方向錨索施工使用。標(biāo)高278.88 m 以上施工平臺(tái)長寬高為5.5 m×2.0 m×5.5 m，此施工平臺(tái)用于左、右方向錨索施工使用。

6 預(yù)埋件安裝

錨索預(yù)埋件包括：金屬波紋管、螺旋筋、錨墊板、低回縮錨墊板等。根據(jù)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，在混凝土澆筑和鋼筋安裝前安裝錨索預(yù)埋件。錨墊板安裝前加工小鋼模板（用于調(diào)整控制波紋管與錨墊板的垂直角度），將錨墊板用螺栓固定在小鋼模板上，再根據(jù)孔位坐標(biāo)將小鋼模板固定在混凝土澆筑模板上。波紋管安裝前，根據(jù)孔道坐標(biāo)現(xiàn)場測量放點(diǎn)控制，采用鋼筋加工波紋管安裝托架，鋼筋框架間隔1.0 m，坐標(biāo)位置的偏差不大于10 mm，波紋管周圍采用鋼筋籠綁扎固定控制，安裝在鋼筋框架上；波紋管對(duì)接套管長度不小于20 cm，兩段采用膠布粘貼牢固，粘貼長度不小于10 cm；錨墊板與波紋管對(duì)接控制波紋管伸入錨墊板的長度為20 cm；在錨墊板后喇叭小口端旋入螺旋筋，要求螺旋筋緊靠錨墊板端面；錨墊板的端面要與過渡段波紋管垂直，且兩者中心軸線重合；錨墊板對(duì)接模板面端內(nèi)部用泡沫或土工布填充，防止水泥漿流進(jìn)孔道內(nèi)。

混凝土澆筑時(shí)，對(duì)錨墊板螺旋筋周圍振搗密實(shí)，保證錨墊板附近混凝土密實(shí)、無空洞，同時(shí)禁止混凝土澆筑時(shí)用振搗棒直接振動(dòng)波紋管，混凝土入倉時(shí)，嚴(yán)禁將下料斗出口對(duì)準(zhǔn)波紋管下料[1]。

混凝土澆筑完成后，對(duì)縱向預(yù)埋波紋管進(jìn)行探孔檢查，采用管道內(nèi)窺鏡儀器對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行探孔檢查，上下左右預(yù)埋波紋管現(xiàn)場手電檢測即可，并詳細(xì)記錄探孔情況。

預(yù)埋波紋管探孔檢查完成后，錨索安裝前采用高壓風(fēng)清理孔道即可（一般不建議采用高壓水清理）。

7 編索施工

每束錨索由22 根鋼絞線組成，鋼絞線下料長度按設(shè)計(jì)長度控制，計(jì)算公式為：鋼絞線下料長度＝設(shè)計(jì)長度＋2.2 m（張拉端1.5 m，非張拉端0.7 m）＋0.1 m（下料誤差不大于0.1 m）。

將整捆鋼絞線放在閘墩鉸支座上，利用加工的鋼絞線放線鋼架控制收縮，人工將鋼絞線牽引至鋼架橋編索平臺(tái)上進(jìn)行編索。錨索編制完成后，經(jīng)檢驗(yàn)合格，進(jìn)行編號(hào)、掛標(biāo)示牌，注明編索日期、使用部位壩段、孔號(hào)等。

每根鋼絞線的編號(hào)需要標(biāo)記清楚，并保證在錨索運(yùn)輸安裝時(shí)標(biāo)記編號(hào)不會(huì)掉落，便于后期張拉錨具的安裝定位。

8 穿索施工

穿索前檢查：孔號(hào)與錨索的編號(hào)、索體鋼絞線的順直性、如有扭曲需經(jīng)調(diào)整。錨索入孔前對(duì)錨孔先穿牽引繩，確保錨孔通暢。

在錨索的頭部安裝導(dǎo)向帽和牽引鋼絲，將牽引鋼絲穿入錨索孔道至上游施工錨洞內(nèi)，采用人工配合電動(dòng)葫蘆牽引，在下游鋼架橋上人工將鋼絞線推入錨索孔道即可。次錨索的安裝采用人工配合電動(dòng)葫蘆的方式。

9 錨具設(shè)備安裝

主錨索在上游錨洞內(nèi)的錨索鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨具和夾片鎖定，工作錨具和錨墊板對(duì)中并相吻合。下游閘墩面的錨索鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨具、工作夾片、限位板，工作錨具和錨墊板對(duì)中并相吻合，上游錨洞和下閘墩面錨索的單根編號(hào)相互匹配。

次錨索在下方和右側(cè)錨索鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨具和夾片鎖定，工作錨具和錨墊板對(duì)中并相吻合。上方和左側(cè)低回縮錨墊板的錨索鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨具、工作夾片、限位板，工作錨具和錨墊板對(duì)中并相吻合，上下左右錨索的單根編號(hào)相互匹配。

安裝千斤頂之前，先檢查工作錨具與預(yù)埋套管是否對(duì)齊，每個(gè)錨孔是否安裝好夾片。之后依次安裝液壓千斤頂，在千斤頂尾部安裝工具錨[2]。

10 測力計(jì)

錨索監(jiān)測傳感器的安裝為縱向主錨3 束，上下左右次錨各1 束，每個(gè)閘墩布置為4 束。每束錨索安裝3 臺(tái)磁通量傳感器，分別安裝在6#、8#、16#鋼絞線上，錨索監(jiān)測儀表采用中國OVM 廠家提供的，CCT20C 型磁通量傳感器。

11 張拉

采用一端夾片鎖定，另一端預(yù)緊、整體分級(jí)張拉的方式進(jìn)行張拉。

錨索張拉按由主到次、先施工縱向主錨索，后施工左右、上下次錨索，分級(jí)加載方式進(jìn)行張拉。

張拉順序由內(nèi)向外均勻分部張拉，具體施工順序可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師調(diào)整，本工程張拉順序根據(jù)工程師批復(fù)施工方案中順序進(jìn)行。

11.1 單根預(yù)緊張拉

安裝千斤頂→0→30 kN/股→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂。由內(nèi)層向外層對(duì)稱對(duì)每股鋼絞線重復(fù)此張拉過程。此過程使各鋼絞線受力均勻，并起到調(diào)直對(duì)中作用。

11.2 張拉噸位

錨索張拉噸位（22 根φ15.7 mm/1 860 MPa 鋼絞線）：

設(shè)計(jì)噸位：4 000 kN；

鎖定噸位：4 330 kN。

主、次錨索的整體張拉均分為6 級(jí)進(jìn)行，考慮到超張拉，錨索的整體張拉噸位為4 400 kN，按照400 kN→1 200 kN→2 000 kN→3 000 kN→4 000 kN→4 400 kN 分級(jí)進(jìn)行。

11.3 伸長值測量

鋼絞線的量測工作應(yīng)在所測鋼絞線在某種載荷工況下達(dá)到穩(wěn)壓時(shí)間后進(jìn)行，并與張拉循環(huán)密切配合，嚴(yán)禁漏測。

11.4 預(yù)應(yīng)力錨索理論伸長值計(jì)算

預(yù)應(yīng)力錨索理論伸長值ΔL計(jì)算公式為：

式中，Pp為應(yīng)力錨索的平均張拉力，N，取張拉端的拉力；L為預(yù)應(yīng)力錨索的長度，mm；Ap為預(yù)應(yīng)力錨索的截面面積，mm2；Ep為預(yù)應(yīng)力錨索的彈性模量，MPa。

11.5 預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)際伸長值計(jì)算

預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)際伸長值Δe計(jì)算公式為：

式中，ΔL1為從初應(yīng)力到最大張拉力間的實(shí)測伸長值，mm；ΔL2為初應(yīng)力以下的推算伸長值，mm，可采用相鄰級(jí)的伸長值。

11.6 整體分級(jí)張拉

張拉程序：預(yù)緊→10%p→30%p→50%p→75%p→100%p→超張拉力（110%p）→穩(wěn)壓鎖定（p為設(shè)計(jì)永久力）。

張拉時(shí)間控制：加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)、均勻。張拉時(shí)，升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)張拉力的10%；卸荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)張拉力的20%。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[3]。

11.7 張拉成果分析

錨索張拉后有效長度Leff計(jì)算：

式中，Pp為預(yù)應(yīng)力錨索的平均張拉力，N。

11.8 合格標(biāo)準(zhǔn)

預(yù)應(yīng)力錨索張拉完成后檢查合格標(biāo)準(zhǔn)：

式中，Lf為錨索設(shè)計(jì)長度，m。

12 真空灌漿

12.1 準(zhǔn)備工作

先將錨具外多余的鋼絞線割除，再安裝保護(hù)罩，采用環(huán)氧樹脂或聚氨酯將保護(hù)罩與錨墊板密封，即可開始灌漿施工。

12.2 漿液試驗(yàn)

1）漿液強(qiáng)度等級(jí)不低于C35，確定水灰比為0.45∶1。

2）漿液試驗(yàn)需要在施工前35 d 在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)確定；強(qiáng)度、添加劑、析水率、馬氏漏斗黏度、溫度、密度、初凝時(shí)間等。

3）選用的水泥、水、添加劑等均符合規(guī)范要求和監(jiān)理工程師指令要求。

4）老撾南屯1 水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)共進(jìn)行3 組，分別為102、103、104，試驗(yàn)測試完成后報(bào)監(jiān)理工程師批復(fù)選用103 組配比。漿液試驗(yàn)成果詳見表1。

表1 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索漿液試驗(yàn)成果表

12.3 真空灌漿施工

1）確定灌漿端及抽真空端，一般選擇高處為抽真空端，水平錨索根據(jù)工作面現(xiàn)場確定（本項(xiàng)目采用左為抽真空端）。

2）啟動(dòng)真空泵抽真空，真空度要求控制在-0.08～-0.1 MPa，停泵約1 min。

3）啟動(dòng)灌漿泵，將灌漿泵輸出的漿液滿足要求時(shí)，將送漿管路連接在進(jìn)漿管上開始灌漿。

4）灌漿過程中，真空泵保持連續(xù)工作。

5）待抽真空端的空氣濾清器中有漿體經(jīng)過時(shí)，關(guān)閉空氣濾清器前端的閥門，隨后打開排氣閥，當(dāng)漿液從排氣閥順暢流出，且濃度與灌入的漿體相當(dāng)時(shí)，關(guān)閉抽真空端的所有閥門。

6）繼續(xù)灌漿施工。工作壓力達(dá)到0.3～0.5 MPa，繼續(xù)灌注2～3 min。

7）關(guān)閉灌漿泵及灌漿端閥門，灌漿結(jié)束。

8）拆除外接管路、附件，清洗空氣濾清器及閥門。

13 成果分析

1）預(yù)應(yīng)力錨索金屬波紋管安裝全部符合設(shè)計(jì)要求，混凝土澆筑完成后現(xiàn)場采用管道內(nèi)窺鏡儀器對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行探孔檢查，全部合格。

2）錨索穿索先施工縱向主錨索，后施工左右上下錨索，每個(gè)閘墩穿索施工由QC 和監(jiān)理工程師監(jiān)督完成，并形成現(xiàn)場安裝檢查記錄由監(jiān)理工程師簽認(rèn)全部合格。

3）錨索張拉成果分析：根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索張拉合格標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式，取最大荷載在靜載持續(xù)30 min 后的伸長值計(jì)算，老撾南屯1 水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索張拉全部滿足設(shè)計(jì)要求。張拉匯總成果值詳見表2。

表2 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索張拉成果匯總分析表

4）灌漿成果分析：錨索張拉完成檢查合格后按監(jiān)理工程師要求開始真空灌漿施工，每束錨索的灌漿均在排氣孔出濃漿后持續(xù)3 min 灌漿結(jié)束，真空灌漿全部合格?，F(xiàn)場實(shí)際灌漿量與理論計(jì)算量對(duì)比分析詳見表3。

表3 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索真空灌漿成果匯總分析表

5）錨索磁通量傳感器監(jiān)測分析：老撾南屯1 水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索合計(jì)安裝84 臺(tái)磁通量傳感器，4 臺(tái)安裝過程故障（監(jiān)理工程師同意取消），80 臺(tái)現(xiàn)場監(jiān)測全部符合設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)場組織進(jìn)行5 批次實(shí)際監(jiān)測值詳見表4。

表4 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索磁通量傳感器監(jiān)測成果匯總分析表

14 施工措施

1）根據(jù)工期要求和現(xiàn)場施工條件，老撾南屯1 水電站閘墩錨索施工工期緊，且工作面澆筑完成時(shí)間不統(tǒng)一，經(jīng)項(xiàng)目統(tǒng)籌合理計(jì)劃安排，混凝土澆筑先完成P1～P4 閘墩工作面，后完成P5～P7 閘墩工作面。先配置P1～P4 閘墩4 個(gè)工作面的施工設(shè)備，每個(gè)閘墩投入2 臺(tái)套張拉設(shè)備，合計(jì)項(xiàng)目投入8 臺(tái)套張拉設(shè)備，陸續(xù)同步開始張拉施工，再根據(jù)現(xiàn)場各閘墩面的完成情況將設(shè)備轉(zhuǎn)移至P5～P7 閘墩3 個(gè)工作面施工，最大限度地優(yōu)化施工工期和設(shè)備投入。

2）錨索施工工序多，需要現(xiàn)場統(tǒng)籌合理安排，在混凝土澆筑完成后施工人員及時(shí)根據(jù)方案要求搭設(shè)施工平臺(tái)，施工平臺(tái)完成后組織技術(shù)、安全、施工、監(jiān)理工程師聯(lián)合檢查驗(yàn)收，檢查合格后現(xiàn)場確認(rèn)開始施工，共配置編索穿索1 個(gè)組，張拉4個(gè)組（8 個(gè)班），灌漿1 個(gè)組（2 個(gè)班）。

3）錨索穿索施工在白班施工，由于大風(fēng)天氣，主要影響穿索施工，現(xiàn)場施工在遇到大風(fēng)天氣時(shí)只施工次錨索，同時(shí)減少施工平臺(tái)上的作業(yè)人員，緊急情況施工人員可轉(zhuǎn)移至閘墩上。

4）錨索施工現(xiàn)場為交叉作業(yè)，現(xiàn)場搭設(shè)施工平臺(tái)時(shí)確保平臺(tái)工作面的密封，防止錨索工具掉落傷人，頂部加強(qiáng)與混凝土施工的協(xié)調(diào)和防護(hù)工作，現(xiàn)場需統(tǒng)籌合理調(diào)度指揮施工。

15 結(jié)語

老撾南屯1 水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工工期緊、屬于高空作業(yè)、施工設(shè)備多、交叉作業(yè)、工作面空間限制、大風(fēng)天氣、施工人員多、風(fēng)險(xiǎn)大，安全隱患突出等不利因素。項(xiàng)目精心組織策劃編制“閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工方案”和“閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工安全專項(xiàng)方案”。根據(jù)閘墩混凝土澆筑完成情況，分階段、分組、分班準(zhǔn)備施工，每道工序?qū)Ｈ素?fù)責(zé)，按時(shí)組織施工移交下道工序施工。經(jīng)項(xiàng)目精心組織歷時(shí)73 d 順利完成閘墩錨索施工任務(wù)，閘墩錨索各項(xiàng)監(jiān)測滿足設(shè)計(jì)要求。