南欧江四级水电站闸墩预应力锚索施工技术

夏 成 元， 郎 继 尧， 胡 绪 峰

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

随着水利水电事业的快速发展及大型水利枢纽的兴建，枢纽泄洪建筑物的泄洪量不断增加，工作水头提高，泄洪孔口尺寸增宽，弧形闸门所承受的推力愈来愈大。在锚块和闸墩的连接部位以及闸墩颈部有明显的应力集中分布(图1)，在该处形成较大的拉应力区并可能导致混凝土开裂，进而影响到建筑物的安全及使用寿命。预应力闸墩技术的出现很好地解决了应力集中问题。

预应力闸墩结构具有的主要优点：

图1 基于ANSYS软件闸墩应力分析成果图

(1)预应力锚索在施工过程中通常不会对混凝土结构造成破坏和扰动等不利影响；

(2)预应力锚索是从混凝土内部对结构进行加强，其对作用于混凝土结构的外荷载具有较强的针对性；

(3)采用预应力锚固技术的混凝土结构，其结构受力情况简单、明了，易于通过模型试验和数值计算进行正确模拟；

(4)使用预应力技术，能够保证闸墩结构满足使用及规范要求。

南欧江四级水电站以发电为主，工程等别为二等大(2)型工程，电站装机容量为132 MW(3×44 MW)，坝顶高程391.5 m，正常蓄水位高程(设计洪水位)386 m，死水位高程384 m，校核洪水位高程389 m，总库容为1.416×108m3。

泄洪建筑物采用预应力闸墩工艺，其主锚索采用对穿黏结式锚索，设计永存力为3 000 kN；水平次锚索采用对穿黏结式锚索，设计永存力为1 800 kN；相应的监测锚索为对穿无黏结式锚索。锚索总束数为186根，其中长度为24.35 m的主锚索共计96根；长度分别为13 m、8.4 m、4.9 m的次锚索分别为15根、45根、30根。

2 施工工艺

2.1 闸墩锚索施工程序

材料进场检验与验收→施工平台搭建→预埋张拉段钢套管(随闸墩混凝土浇筑而埋设)→清洗预埋管道→锚束制作(监测锚索锚固段剥洗)→锚束验收→下索→两端安装锚具→张拉→锁定→锚索锁定荷载检查合格→合格后全孔段灌浆→锚头混凝土保护及锚块预留槽回填。

2.2 施工平台的搭建

施工平台搭设在闸墩之间，在进行下部闸墩浇筑时，下模板暂时不进行拆除，而是依靠下模板搭设悬空脚手架。搭设锚索施工平台应进行专项的脚手架施工方案设计及受力计算(图2)。

2.3 在混凝土内埋设预埋管

2.3.1 预埋管材质的选择

闸墩锚索孔一般采用预埋管道的形式，管材的选择主要以波纹管及钢管为主，根据施工经验，笔者推荐选择有缝钢管为预埋管件。钢管具有很好的刚度，不需要考虑管道变形，同时，钢管采用焊接的方式与架立筋及主体钢筋互相焊接，其稳定性好，不必担心主体混凝土浇筑时对管道产生变形影响及在焊接过程中破坏管道。由于预埋钢管只是形成锚索孔道，其不是受力体系，故采用有缝钢管经济实惠。

2.3.2 埋设要求

管口坐标位置的偏差不大于10 mm。为防止管道堵塞、接口损坏和锈蚀，需对管口采取措施加以保护并做明显标记。同时，灌浆管口端进、回浆管路应在钢管架立前安装好并确保其畅通，不漏浆。在预埋钢管焊接过程中应确保管线的密闭性、倾斜度及位置精度。

图2 闸墩锚索施工平台搭设示意图

2.3.3 预埋管的埋设

(1)钢套管的埋设随混凝土浇筑逐段进行。

(2)预埋管道安装就位后，使用支撑加以固定，以防止在混凝土浇筑和回填时发生变形或位移。

2.4 锚孔的清洗

锚索安装前需对预埋钢套管进行通孔检查，对管内的杂物予以清理干净后安装锚束。

2.5 锚索的制安

2.5.1 锚索的制作

锚索的制作在现场搭设的工作台上进行，根据孔道的长度及预留长度用钢尺丈量，钢绞线采用砂轮切割机切断(严禁用电弧切割)。在锚索编锚前，将钢绞线表面的锈迹、油污等杂质清洗干净、理顺摆放在工作台上。

(1)锚束体的下料长度等于锚垫板以内的预埋管长度加上工作锚具高度、再加外露长度。外露长度包括撑脚高度、张拉千斤顶高度、工具锚具及预留长度(一般为200 mm)。对于需要进行监测的锚索则应加上测力计高度。

(2)对编好的锚束妥善存放并登记、挂牌，注明锚索编号、长度等。

2.5.2 锚索的安装

(1)锚索安装前，对预埋钢管进行通孔检查，将管内的杂物清理干净，对管内存在的积水用高压风吹干。

(2)安装前，对锚索体进行详细的检查，如排气管位置及畅通情况。

(3)采用人工的方法并辅以机械的方法安装。缓慢推送、用力需均匀一致，锚索不能扭转。

(4)将锚索体送入预埋孔道后检查排气管和灌浆管是否畅通，如果不通，则应缓慢拔出锚索体、排除故障后重新安放。

2.6 锚索的张拉

预应力闸墩锚索的张拉应先张拉无黏结监测锚索、再张拉黏结式锚索；单独闸墩黏结式主锚索和次锚索采用分组、分序循环对称的方式张拉。

当闸墩和锚块混凝土抗压强度达到设计强度75%后方能对预应力锚索进行张拉。

整束张拉锚索的张拉过程分为单股预紧和整束分级张拉两个阶段。单股预紧应进行两次以上；整束张拉分五级，最大张拉力不得超过预应力钢材强度标准值的75%。

(1)单股钢绞线预紧张拉程序：安装千斤顶→0→30 kN/股→测量钢绞线伸长值→卸千斤顶。该过程使各钢绞线受力均匀并起到调直对中作用。

(2)整束分级张拉程序：预紧→25%P→50%P→75%P→100%P→超张拉力→稳压锁定(P为设计永存力)。除最后一次超张拉要求静载持续30 min外，其余每级的持续时间均为5 min。

2.7 封孔回填灌浆和外锚头保护

2.7.1 封孔灌浆

(1)主、次锚索(包括监测锚索)张拉锁定并验收合格后全孔一次性封孔灌浆。

(2)灌浆使用水灰比为0.5∶1的纯水泥浆，水泥浆28 d抗压强度不低于M25。

(3)灌浆时采用排气法。对于主锚索，灌浆管布置在锚固洞，浆液由孔底注入，空气由排气管排出；对于次锚索，浆液由一端注入，空气压向另一端，由排气管排出孔外。

(4)封孔灌浆的灌浆压力为0.3 MPa，当排气管回浆浓度与进浆浓度一样且灌浆量大于理论吸浆量后即以0.3 MPa的压力屏浆，屏浆时间为20 min。

2.7.2 外锚头保护

锚索在注浆结束后切除预留100 mm以外工作锚板多余的钢绞线。

2.8 锚头混凝土的保护及锚块预留槽回填

(1)对需要进行长期监测的锚索按观测要求埋设并做好引线保护后回填二期混凝土封闭保护。

(2)在二期混凝土施工前，对上游锚拉洞及下游锚块锚头区表面的混凝土面一律凿毛处理，按设计图纸预埋插筋。

(3)锚块预留槽采用C35混凝土进行回填封闭。

3 结 语

鉴于预应力闸墩锚索布置紧凑，施工场地狭窄、有限，对锚索的编制及安设采取分批次施工的方式，每根钢绞线做好标识编号以便穿过对应的锚具孔。同时，在混凝土浇筑期间，埋设好施工平台搭设用的预埋件，保证施工安全，提高施工进度。

老挝南欧江四级水电站闸墩锚索施工已完成一年有余，期间的自动监测成果表明：闸墩锚索状况正常，施工质量满足设计及相关规范要求，取得了良好效果。