落久水利樞紐工程閘墩錨索應(yīng)用

覃志年

（柳州市農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545001）

1 工程概況

廣西落久水利樞紐工程以防洪為主，兼顧灌溉、供水、發(fā)電和航運(yùn)等綜合利用。與柳江上游擬建的洋溪水利樞紐工程聯(lián)合調(diào)度，使柳州市城區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)從50年一遇提高到100年一遇。

主壩的溢流壩段總長79.0 m，布置在河床中左側(cè)，采用胸墻式泄水閘的斷面布置。共設(shè)5孔，每孔設(shè)有弧型閘門控制泄流，孔口尺寸為10.0 m×12.0 m，閘墩采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，泄洪孔中墩厚4.0 m，邊墩厚3.5 m，錨塊高度為6.0 m，寬度為5.0 m。弧門向下游水平總推力標(biāo)準(zhǔn)值為47 571.4 kN，垂直閘墩的側(cè)推力標(biāo)準(zhǔn)值為1 319.2 kN。主錨索在閘墩立面上呈輻射狀扇形布置（見圖1），主錨索合力作用線通過弧門支鉸中心。中墩采用兩側(cè)對稱布置形式，每側(cè)2 排5 層，共20 根；邊墩采用兩側(cè)非對稱布置形式，臨水側(cè)2排5層，非臨水側(cè)1排3層，共13根。弧門支座錨塊布置3排4層次錨索。

圖1 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索布置示意圖

閘墩主錨索單束由36根1×7Φ15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線組成，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1860 N/mm2，單束永存噸位不小于5060 kN，鎖定噸位為5860 kN；錨塊次錨索單束由1 根Φ75 高強(qiáng)螺紋鋼筋組成，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1030/mm2，單束永存噸位不小于2370 kN，鎖定噸位為2850 kN。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程

（1）主錨索設(shè)計(jì)優(yōu)化。經(jīng)咨詢有關(guān)專家和預(yù)應(yīng)力錨具生產(chǎn)，均認(rèn)為前期計(jì)算時張拉控制應(yīng)力已取到規(guī)范規(guī)定的上限值，從安全的角度應(yīng)該適當(dāng)降低張拉控制應(yīng)力的取值，增加每束錨索鋼絞線的數(shù)量更加合理，對結(jié)構(gòu)安全更加有利。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)和有限元計(jì)算，重新調(diào)整了張拉控制應(yīng)力取值，每束主錨索中鋼絞線數(shù)量由原設(shè)計(jì)的30 根變更成36根。

（2）次錨索設(shè)計(jì)優(yōu)化。初步設(shè)計(jì)時，由于當(dāng)時規(guī)范推薦的高強(qiáng)螺紋鋼筋最大直徑只有Φ50，該直徑無法滿足本工程的設(shè)計(jì)需求，只能選用鋼絞線。在實(shí)施過程中，Φ75高強(qiáng)螺紋鋼筋已成功在港珠澳大橋等多個國家重要工程中成功使用?？紤]到本工程閘門推力較大（廣西目前同類型水利工程最大），單束錨索預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度等級較高，為更好地控制施工質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)安全度，推薦將次錨索由鋼絞線變更成Φ75高強(qiáng)螺紋鋼筋，同時為了提高次錨索的安全富裕度，永存預(yù)應(yīng)力由原來1530 kN 提高至2370 kN。

3 施工過程

預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)性、專業(yè)性較強(qiáng)，施工前進(jìn)行詳細(xì)的圖紙會審及技術(shù)交底，并在錨索相關(guān)配件生產(chǎn)廠家的指導(dǎo)下由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，確保施工質(zhì)量。

閘墩預(yù)應(yīng)力錨索的施工程序依次為：預(yù)埋鋼管（安裝定位管）、澆筑閘墩和錨塊混凝土、錨索安裝、先施工次錨索、再施工主錨索、鎖定固定端、張拉（補(bǔ)償張拉）、鎖定張拉端、鋼管內(nèi)注漿、封錨混凝土澆筑。其中次錨索為高強(qiáng)螺紋鋼筋，施工程序依次為：高強(qiáng)螺紋鋼筋臨時定位、預(yù)埋、張拉高強(qiáng)螺紋鋼筋、孔道內(nèi)注漿（監(jiān)測索孔道內(nèi)注建筑油脂）、封錨混凝土澆筑。

3.1 主錨索施工

3.1.1 主錨索預(yù)埋件安裝

主錨索預(yù)埋件由預(yù)埋鋼管、加勁肋、Ф15 螺旋筋、鋼墊板、Ф273預(yù)埋鋼管等。

（1）首先進(jìn)行測量定位、放線并做好標(biāo)記。

（2）安放3 m固定門架及4 m調(diào)節(jié)門架，用塔吊將預(yù)埋鋼管吊裝到固定門架上，用調(diào)整門架吊起預(yù)埋管活動端，調(diào)整好預(yù)埋管的延伸角度，將固定端在閘墩鋼筋上焊接固定，固定門架處用腳手架管扣夾緊。

（3）按以上順序循環(huán)安裝完每個閘墩的預(yù)埋管，再將預(yù)埋管在閘墩鋼筋網(wǎng)上焊接固定，撤走固定門字架。

（4）澆筑混凝土過程中應(yīng)有專人看護(hù)，嚴(yán)禁沖擊、觸傷或移動鋼管，確保兩兩端孔口進(jìn)行臨時封堵保護(hù)。

3.1.2 主錨索的組裝及安裝

主錨索單束由36 根1×7Φs15.2 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線組成，鋼絞線滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224-2014）的要求。

鋼絞線下料工藝流程：選取場地及場地清理鋪墊→放線架及索盤放置到位→丈量、下料→堆放覆蓋等待組裝、穿束。

鋼絞線下料完畢后，各根鋼絞線按照錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)釆用隔離架集束。集束完成后在端頭處用鋼管楔形頭包好，防止在穿束過程中碰到預(yù)埋管壁后沖散。

錨索制作完成后，進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，并簽發(fā)合格證。組裝好的錨索應(yīng)按編號整齊、平順地存放在距地面20 cm 以上的支架或墊木上，不得疊壓存放。錨束存放場地應(yīng)干燥、通風(fēng)，不得接觸硫化物、氯化物、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，并避免雜散電流。

利用塔吊調(diào)運(yùn)鋼絞線至預(yù)埋管口附近，從張拉端管口往下進(jìn)行穿束，鋼絞線在下端管口露出后，在適當(dāng)?shù)木嚯x，用門字架和手拉葫蘆代替塔吊，釋放塔吊吊運(yùn)下一束鋼絞線，同時安裝好張拉端鋼絞線工作錨板，打好夾片，再裝上一塊限位板，以防止在裝固定端工作錨板時，夾片松脫導(dǎo)致鋼絞線墜落。

3.1.3 主錨索的張拉

對錨索預(yù)埋鋼管施工進(jìn)行驗(yàn)收，合格后才能進(jìn)行該道工序的施工。對所有上崗操作人員進(jìn)行認(rèn)真的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)；作業(yè)區(qū)做好場地清理和安全措施、機(jī)具設(shè)備檢查等準(zhǔn)備；測力計(jì)與工作錨同步安裝，且均與錨索孔道對中。

當(dāng)閘墩混凝土均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始主錨索張拉施工，在閘墩錨塊位置單端張拉。先利用240Q千斤頂進(jìn)行單根預(yù)緊，后再進(jìn)行整體張拉。張拉千斤頂?shù)妮S線必須與錨索軸線一直，錨環(huán)、夾片和錨索體張拉部分不得有泥沙、銹蝕層或其他污物。張拉流程：240Q千斤頂進(jìn)行單根預(yù)緊→安裝限位板→安放YCW650A千斤頂→安裝工具錨板→油泵及油表安裝→分級張拉→讀數(shù)→卸荷、千斤頂回程→拆除張拉設(shè)備→下束張拉。

在同一閘墩上錨索張拉次序采用對稱、跳束、分級同步張拉的方法，原則是先中間、后兩側(cè)，逐步擴(kuò)散，對稱均衡進(jìn)行。錨索張拉時，嚴(yán)格按照張拉操作規(guī)程進(jìn)行，加載速度要平緩，速率控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的10%/min，卸荷速率控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的20%/min。整體張拉分六級進(jìn)行，第一級張拉力為20%設(shè)計(jì)張拉力，第二級張拉力為25%設(shè)計(jì)張拉力，第三級張拉力為50%設(shè)計(jì)張拉力，第四級張拉力為75%設(shè)計(jì)張拉力，第五級張拉力為100%設(shè)計(jì)張拉力，第六級張拉力為103%～105%設(shè)計(jì)張拉力，當(dāng)達(dá)到各級張拉力時，均持荷5 min 以上。當(dāng)?shù)诹墢埨Τ趾煞€(wěn)壓穩(wěn)定30 min 以上后，可鎖定錨索。錨索鎖定后測回縮量，實(shí)測回縮量不應(yīng)大于5 mm。

工程采用以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。錨索張拉每級加載后同步測量錨索伸長值，鎖定后測量預(yù)應(yīng)力鋼絞線的滑移量。當(dāng)錨索張拉實(shí)測伸長值超出理論計(jì)算伸長值±6%時，停機(jī)檢查，待查明原因并釆取相應(yīng)措施后，方可恢復(fù)張拉。

錨索張拉完畢后48 h內(nèi)，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時，則必須進(jìn)行補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉噸位應(yīng)為穩(wěn)定鎖定噸位，最多進(jìn)行兩次，在補(bǔ)張拉過程中，當(dāng)臨近錨索產(chǎn)生應(yīng)力松弛的幅度超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時，也需進(jìn)行補(bǔ)償張拉。當(dāng)預(yù)應(yīng)力增幅大于設(shè)計(jì)張拉力的20%時，應(yīng)釆取卸荷措施。

錨索張拉鎖定后夾片錯牙不大于2 mm，否則退錨重新進(jìn)行張拉。錨索如需放張退錨，釆用相應(yīng)的退錨器進(jìn)行退錨。

張拉過程中每一級要進(jìn)行測量和記錄，測每一級張拉后的活塞伸長值，及時校核測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場分析，確定無異常后，方可進(jìn)行下一步的工作。

3.1.4 主錨索灌漿及防護(hù)

（1）灌漿前的準(zhǔn)備工作。為減少錨索預(yù)應(yīng)力損失，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)并在補(bǔ)償張拉完畢后72 h內(nèi)進(jìn)行管道灌漿。檢查抽壓漿泵的工作性能。灌漿前抽除孔內(nèi)積水，清潔孔道。漿液制備和漿液的質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。

（2）灌漿施工。①灌漿從張拉端向固定端方向進(jìn)行，即進(jìn)漿口設(shè)在張拉端，出漿口亦設(shè)在張拉端，因高差引起的漿液靜力壓強(qiáng)有利于壓漿質(zhì)量的保證。錨索鋼管段灌漿釆用全孔一次灌漿。②為保證管道內(nèi)所壓漿體的密實(shí)度，壓漿過程中，在出漿口處觀察所出漿體的濃度情況，確保出漿口處所出漿體和進(jìn)漿口處濃度一致，保證管道壓漿的密實(shí)度。壓漿過程中及壓漿后48 h內(nèi)，結(jié)構(gòu)物混凝土的溫度不得低于5℃，否則采取保溫措施。壓漿中途發(fā)生故障、不能連續(xù)一次壓滿時，立即用壓力水沖洗干凈，使孔道通暢，待故障處理后再重新進(jìn)行壓漿。

（3）封錨及防護(hù)。預(yù)應(yīng)力錨索錨頭部位多余鋼絞線切割和封孔灌漿完成后3 d之內(nèi)對錨頭進(jìn)行封錨保護(hù)。錨頭的封錨保護(hù)要符合以下規(guī)定：釆用混凝土材料對錨頭包封，混凝土中不能含有對錨頭有腐蝕的成份。監(jiān)測錨索的測力計(jì)與錨頭一并安裝，在安裝過程中及安裝完畢后均注意測量電纜線的保護(hù)。監(jiān)控主錨索錨頭防腐采用油性蠟灌注防腐。

3.1.5 預(yù)留平孔混凝土及回填灌漿

首先進(jìn)行鑿毛并清洗干凈，之后在平孔內(nèi)部進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片的綁扎和回填灌漿管路的埋設(shè)，經(jīng)驗(yàn)收完成后安裝封堵外模板，澆筑混凝土，待混凝土澆筑完成后達(dá)到70%強(qiáng)度后方可進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿釆用純壓式灌漿法，灌漿壓力采用0.4 MPa。

3.2 次錨索施工

次錨索中工作錨索釆用有粘結(jié)錨索，工作兼監(jiān)測錨索釆用無粘結(jié)錨索。次錨索采用高強(qiáng)螺紋鋼筋，直徑75 mm，屈服強(qiáng)度830 MPa，抗拉強(qiáng)度1030 MPa。

3.2.1 次錨索預(yù)埋件及索體安裝

（1）材料和機(jī)具的準(zhǔn)備：錨墊板，Ф15螺旋筋及Ф121×4.5 預(yù)埋鋼管組成，索體為Ф75 螺紋鋼，各種類型的千斤頂。

（2）先完成預(yù)埋管的提前焊接加工與錨索的穿束。

（3）進(jìn)行測量放線，并做好標(biāo)記。

（4）將次錨索及預(yù)埋管定位后，將其在鋼筋網(wǎng)上進(jìn)行焊接固定。

（5）施工現(xiàn)場各項(xiàng)工作準(zhǔn)備。

3.2.2 次錨索張拉施工

（1）當(dāng)閘墩次錨索區(qū)域錨塊混凝土均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始進(jìn)行張拉施工。張拉千斤頂?shù)妮S線必須與高強(qiáng)螺紋鋼筋軸線一直，螺母、高強(qiáng)螺紋鋼筋張拉部分不得有泥沙、銹蝕層或其他污物。

（2）同一閘墩上高強(qiáng)螺紋鋼筋張拉次序?qū)ΨQ均衡進(jìn)行。高強(qiáng)螺紋鋼筋張拉時，嚴(yán)格按照張拉操作規(guī)程進(jìn)行，加載速舉要平緩，速率宜控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值得10%/min，卸荷速率控制在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的20%/min。

（3）高強(qiáng)螺紋鋼筋整體張拉均分六級進(jìn)行，第一級張拉力為20%設(shè)計(jì)張拉力，第二級張拉力為25%設(shè)計(jì)張拉力，第三級張拉力為50%設(shè)計(jì)張拉力，第四級張拉力為75%設(shè)計(jì)張拉力，第五級張拉力為100%設(shè)計(jì)張拉力，第六級張拉力為103%設(shè)計(jì)張拉力，當(dāng)達(dá)到各級張拉力時，均持荷5 min 以上。當(dāng)?shù)诹墢埨Τ趾煞€(wěn)壓穩(wěn)定30 min以上后，可鎖定螺母后并測量回縮量，實(shí)測回縮量不大于2 mm。

（4）張拉時以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。高強(qiáng)螺紋鋼筋張拉每級加載后須同步測量伸長值。當(dāng)張拉實(shí)測伸長值超出理論計(jì)算伸長值±6%時，則停機(jī)檢查，待查明原因并釆取相應(yīng)措施后，方可恢復(fù)張拉。

（5）張拉流程：安裝張拉桿→安裝撐腳→安裝千斤頂→安裝張拉螺母→油泵及油表接電安裝→分級張拉到設(shè)計(jì)值→擰緊張拉端螺母→千斤頂卸荷、回程→拆除張拉設(shè)備→整束張拉。

（6）高強(qiáng)螺紋鋼筋張拉完畢后48 h 內(nèi)，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時，則必須進(jìn)行補(bǔ)償張拉，補(bǔ)償張拉噸位應(yīng)為穩(wěn)定鎖定噸位。

3.2.3 次錨索灌漿、封錨和防護(hù)

與主錨索施工方法一致。

4 運(yùn)行情況

閘墩共安裝埋設(shè)主錨索測力計(jì)16套，次錨索測力計(jì)16套，每個閘墩安裝2支主錨索和2支次錨索。對閘墩錨索測力計(jì)監(jiān)測資料進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

（1）安裝完成后，初始數(shù)據(jù)為：主錨索荷載范圍在5826～5940 kN 之間，次錨索荷載范圍在2766～3015 kN之間，符合設(shè)計(jì)要求。

（2）2019 年主錨索荷載范圍在5515～5930 kN之間，次錨索荷載范圍在2669～3302 kN之間，月變化量在-1.34～48.24 kN 之間，卸荷在合理范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。

（3）2020 年主錨索荷載范圍在5518～5941 kN之間，次錨索荷載范圍在2371～3243 kN之間，符合規(guī)范要求。

（4）2021 年主錨索荷載范圍在5388～5891 kN之間，荷載損失率在7%以內(nèi)，符合規(guī)范要求；次錨索荷載范圍在2565～3181 kN 之間，荷載損失率在8.7%以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

（5）2022 年主錨索荷載范圍在5396～5905 kN之間，荷載損失率在1%以內(nèi)，符合規(guī)范要求；次錨索荷載范圍在2567～3178 kN 之間，荷載損失率在1%以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

5 結(jié)論

落久水利樞紐工程的閘墩錨索原設(shè)計(jì)的張拉控制力剛好達(dá)到設(shè)計(jì)極限值，為了確保工程施工過程張力的損失和預(yù)留在運(yùn)行過程中衰減一部分張力，經(jīng)重新利用有限元計(jì)算和采用最新的材料，增加錨索鋼絞線數(shù)量和采用高強(qiáng)度螺紋鋼筋。工程完工后，經(jīng)過多年的運(yùn)行，閘墩錨索的監(jiān)測成果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)方案可行有效，可以為類似項(xiàng)目提供參考。