沙沱水电站闸墩预应力锚索施工

2013-08-15范华伟

水利建设与管理 2013年12期

范华伟

(贵州乌江水电开发有限责任公司东风发电厂，贵州清镇 551408)

1 工程概况

沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7km处，是乌江干流梯级开发方案中的第9级，电站以发电为主，其次航运，兼顾防洪等综合效益。枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔、左岸引水坝段、坝后厂房及右岸垂直升船机等建筑物组成。溢流表孔共7孔，布置在河床中部主河道上，每孔净宽15m，溢流表孔最大下泄流量32019m3/s，最大单宽流量304.76 m3/s，采用宽尾墩与戽式消力池联合运用的消能型式。

为了平衡弧形闸门支铰的水推力，改善牛腿内和牛腿前方闸墩的应力状态，1～8号闸墩在设计上采用了预应力锚索结构，每个闸墩均布置有采用对穿结构的主、次锚索。主锚索垂直于坝轴线呈放射形布置，次锚平行于坝轴线水平布置。锚索总束数438根，其中主锚索长度为29.5m、25.5m的分别为126根、168根;次锚索长度为9.4m、7.2m的分别为108根、36根。主锚索为OVM.M15A-22型锚固体系，设计吨位3000kN;次锚索为 OVM.M15A-15型锚固体系，设计吨位2000kN。

2 预应力锚索施工

2.1 施工工艺流程

锚索施工的总工艺流程为:预埋钢管(安装定位管)→浇筑闸墩混凝土→养护、拆模→清理孔道→锚索制作及穿索→张拉及补偿张拉→钢管内注浆→锚索孔口及外锚头保护处理。

2.2 施工工艺要点

2.2.1 预埋件施工

预埋件主要有预埋钢管、锚垫板和螺旋筋，预埋件施工的关键在于预埋钢管的测量定位。主、次锚索分别预埋外径为127mm和102mm的钢管(壁厚3.5mm)，根据混凝土浇筑高度分层安装，按每层3m控制，计算出每排钢支架和钢管外壁结合处的控制点坐标，用全站仪放样出管口起始点和各个控制点坐标，并在起始点搭设安装基础架以便固定锚垫板和钢管。钢管的安装长度需满足该仓混凝土的浇筑高度，并根据每根钢管(长6m)预留一定长度以便下一步钢管的焊接安装，钢管预埋位置误差应不大于5mm。

2.2.2 闸墩混凝土施工

预埋件固定好后即可进行闸墩混凝土浇筑，浇筑前做好标示，浇筑过程中做好预埋件的保护工作，下料和振捣禁止碰撞钢管，严密监控预埋钢管的位移，发生超差及时处理。

距预应力锚索固定端和张拉端最外层钢筋50cm范围以内的混凝土均视为锚墩混凝土，本工程闸墩混凝土为C30三级配常态混凝土，锚墩混凝土为C45二级配常态混凝土。锚墩混凝土应与同高程的闸墩混凝土同步上升浇筑，中间不设施工缝，浇筑时加强振捣，以确保混凝土的均匀密实，严格控制混凝土的入仓温度并加强养护，当混凝土达到设计强度的80%后方可拆模。

2.2.3 锚索制作及穿索

对每批进场的钢绞线均作抽样强度检查，抽样强度不得低于工厂出厂的保证强度。将检查合格的钢绞线按“孔深+两端钢垫板厚度+两端锚垫板厚度+两端工作锚板厚度+千斤顶工作长度+工具锚高+0.3m(有锚索测力计的应计入测力计长度)”的长度用砂轮切割机进行截断。主、次锚索分别由22根和15根φ15.2(1860MPa)钢绞线组装而成。组装前对钢绞线进行检查，钢绞线外观不得有死弯、明显刻痕、松丝散丝、锈蚀等缺陷，若有上述情况应截去不用。

穿索前对预埋钢管施工进行验收，只有在钢管位置及方位等达到设计要求的情况下，才能进行该道工序，穿索前应彻底清理钢管孔道。锚索安装完毕后，对外露钢绞线进行临时保护及防水、防锈处理。

2.2.4 张拉及补偿张拉

锚索张拉是预应力锚索施工过程中的重要工序。参照类似工程闸墩预应力锚索的施工及运行经验，锚索灌浆完成后其预应力损失最大可达到15%左右，可能会导致闸墩预应力锚索体系最终无法达到设计要求。为确保锚索预应力满足设计要求，结合本锚索体系的实际设计吨位和闸墩结构特点，对主锚索和次锚索分别超张拉至3900kN和2600kN，以充分利用其可施加的预应力富余值，消除预应力损失带来的安全隐患。

在锚索正式施工前，选取5号闸墩(中墩)和8号闸墩(边墩)的15束主锚索和4束次锚索进行锚固力非破坏性试验。主、次试验锚索上分别安装3000kN和2000kN级锚索测力计。试验完毕后，提交锚索锚固力非破坏性试验报告和锚索现场施工手册，以指导现场施工。

本工程采用单侧张拉的方式，张拉前先锁定锚固端。锚索张拉次序为先张拉水平次锚索，后张拉主锚索。在同一闸墩上锚索张拉原则是先中间、后两侧，逐步扩散，对称均衡进行。锚索张拉前，千斤顶油泵、压力表和锚索测力计送有资质的单位进行检验和率定，并绘制“张拉力——压力表(测力计)读数关系曲线”，以校正后油泵压力表读数，控制各级张拉荷载，指导现场锚索张拉施工。

张拉过程主要包括:工作锚具安装、预紧、千斤顶及工具锚安装、整体张拉及锁定。具体步骤为:ⓐ工作锚具安装包括张拉端和锚固段的工作锚具安装，工作锚、夹片和锚索体张拉部分表面不能有泥沙、锈蚀层或其他污物，清洗干净后依次装上工作锚和夹片(带锚索测力计的还应安装锚索测力计);ⓑ锚索整体张拉前，用YDE250Q—200前卡千斤顶进行单股钢绞线的预张拉，最大预张拉力取单股钢绞线设计张拉力的20%，要保证每根钢绞线的预拉力值一致。主锚索单根钢绞线两级预紧张拉力为15.0kN和30.0kN;次锚索单根钢绞线两级预紧张拉力为13.3kN和26.7kN;ⓒ预紧完毕后，依次安装限位板、千斤顶、钢垫板、工具锚和夹片。张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致;ⓓ本工程采用以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法。主、次锚索均使用YCW400B—200型千斤顶进行张拉。主、次锚索整体张拉均分8级进行，最后3级为超张拉。主锚索加载次序为:600kN→750kN→1500kN→2250kN→3000kN→3300kN→3600kN→3900kN;次锚索加载次序为:400kN→500kN→1000kN→1500kN→2000kN→2200kN→2400kN→2600kN。第1～7级当达到各级张拉力时，均持荷5min;第8级当达到设计张拉力时，持荷20min，方可锁定。锚索张拉时，加载速率要平缓，每分钟不超过10%的设计张拉力。锚索张拉每级加载后应同步量测其伸长值，锁定后应量测钢绞线的滑移量。卸载速率每分钟不超过20%的设计张拉力;ⓔ如果在张拉过程中发生意外或者有迹象表明主、次锚索张拉力不足3500kN和2300kN，必须进行补偿张拉，此时应一次张拉到超张拉荷载，并进行锁定。补偿张拉最多进行两次。

2.2.5 锚索孔注浆

为减少锚索预应力损失，在锚索张拉(包括补偿张拉)完毕后48h内进行管道灌浆。及时进行封孔灌浆可以保护预应力钢绞线，防止锈蚀;并且使预应力钢绞线与混凝土有效粘结，改善锚墩混凝土的应力分布，控制超载时裂缝的宽度，并减轻锚具的负荷状况。

由于水泥砂浆具有泌水、收缩性，因此锚索孔灌浆的密实、饱满度是影响灌浆质量的重要因素。为了保证注浆质量，从水泥砂浆质量和灌浆工艺两个方面采取了有效措施。本工程采用的水泥砂浆强度等级为M35，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，加入减水剂和膨胀剂，要求经过筛分后的天然砂的粒径不超过2.5mm，控制浆液3h后的泌水率在2%以内。

灌浆工艺是保证注浆质量的关键。本工程的锚索体系采用无隔离架和注浆管结构，只在两端留有注浆孔和排气孔，据此我们分别制定了主锚索和次锚索的灌浆工艺。次锚索灌浆前先在排气孔处安装闸阀，并连接高于排气孔5m的一根尾管。注浆开始时逐渐提高注浆压力，排除锚索孔内的空气和水，保证水泥砂浆能在很短时间内充满锚索孔内空隙。在尾管出现浓浆后及时打开回浆管阀门并关闭尾管阀门，保证注浆压力稳定，让砂浆回至搅拌桶进行循环灌注，当锚索孔不见析出水后，屏浆30min即完成注浆。

主锚索分两种施工工艺，A组与次锚索相同。B、C、D、E、F、G组由于锚索孔向预留孔处下倾不同的角度，因此采用二次灌浆的方法。先以下端预留孔处为注浆孔，上端为排气孔并连接5m尾管进行灌浆，当尾管出现浓浆时及时关闭进浆阀门，第一次注浆即告完成。在间歇一定时间后(第一次灌注浆液凝固前)，再以上端为注浆孔进行二次灌浆，施工工艺与次锚索相同。经计算得出主、次锚索孔净容积分别为8.3L/m和5.2L/m。现场实测的主、次锚索孔平均注入浆量为11.46L/m和7.09L/m。

2.2.6 锚索孔口及外锚头保护处理

锚索张拉锁定、注浆完毕后，应及时对孔口部位的锚索及外锚头进行保护，封锚时工作锚板外预应力钢绞线存留长度不小于30mm，使用砂轮切割机进行切割，采用C30混凝土进行封闭。

3 锚固效果分析

2013年2月，各闸墩锚索张拉、注浆已完成1年左右，根据5号和8号闸墩装有锚索测力计的当前观测数据，主锚索的测值为3213.81～3606.77kN，衰减率为2.76% ～13.65%;次锚索的测值为 2261.79～2403.61kN，衰减率为5.32% ～7.92%。锚索锁定后张拉力衰减率逐渐减小，目前已趋于稳定，主、次锚索均满足设计要求。