夏 成 元， 郎 繼 堯， 胡 緒 峰

(中國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，弧形閘門所承受的推力愈來愈大。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)致混凝土開裂，進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)力集中問題。

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

圖1 基于ANSYS軟件閘墩應(yīng)力分析成果圖

(1)預(yù)應(yīng)力錨索在施工過程中通常不會對混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞和擾動等不利影響；

(2)預(yù)應(yīng)力錨索是從混凝土內(nèi)部對結(jié)構(gòu)進行加強，其對作用于混凝土結(jié)構(gòu)的外荷載具有較強的針對性；

(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)受力情況簡單、明了，易于通過模型試驗和數(shù)值計算進行正確模擬；

(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)計洪水位)386 m，死水位高程384 m，校核洪水位高程389 m，總庫容為1.416×108m3。

泄洪建筑物采用預(yù)應(yīng)力閘墩工藝，其主錨索采用對穿黏結(jié)式錨索，設(shè)計永存力為3 000 kN；水平次錨索采用對穿黏結(jié)式錨索，設(shè)計永存力為1 800 kN；相應(yīng)的監(jiān)測錨索為對穿無黏結(jié)式錨索。錨索總束數(shù)為186根，其中長度為24.35 m的主錨索共計96根；長度分別為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

材料進場檢驗與驗收→施工平臺搭建→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)測錨索錨固段剝洗)→錨束驗收→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→錨頭混凝土保護及錨塊預(yù)留槽回填。

2.2 施工平臺的搭建

施工平臺搭設(shè)在閘墩之間，在進行下部閘墩澆筑時，下模板暫時不進行拆除，而是依靠下模板搭設(shè)懸空腳手架。搭設(shè)錨索施工平臺應(yīng)進行專項的腳手架施工方案設(shè)計及受力計算(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，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，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對管道產(chǎn)生變形影響及在焊接過程中破壞管道。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)濟實惠。

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，需對管口采取措施加以保護并做明顯標(biāo)記。同時，灌漿管口端進、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發(fā)生變形或位移。

2.4 錨孔的清洗

錨索安裝前需對預(yù)埋鋼套管進行通孔檢查，對管內(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)場搭設(shè)的工作臺上進行，根據(jù)孔道的長度及預(yù)留長度用鋼尺丈量，鋼絞線采用砂輪切割機切斷(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、理順擺放在工作臺上。

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

(2)對編好的錨束妥善存放并登記、掛牌，注明錨索編號、長度等。

2.5.2 錨索的安裝

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

(2)安裝前，對錨索體進行詳細(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)先張拉無黏結(jié)監(jiān)測錨索、再張拉黏結(jié)式錨索；單獨閘墩黏結(jié)式主錨索和次錨索采用分組、分序循環(huán)對稱的方式張拉。

當(dāng)閘墩和錨塊混凝土抗壓強度達(dá)到設(shè)計強度75%后方能對預(yù)應(yīng)力錨索進行張拉。

整束張拉錨索的張拉過程分為單股預(yù)緊和整束分級張拉兩個階段。單股預(yù)緊應(yīng)進行兩次以上；整束張拉分五級，最大張拉力不得超過預(yù)應(yīng)力鋼材強度標(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→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂。該過程使各鋼絞線受力均勻并起到調(diào)直對中作用。

(2)整束分級張拉程序：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，其余每級的持續(xù)時間均為5 min。

2.7 封孔回填灌漿和外錨頭保護

2.7.1 封孔灌漿

(1)主、次錨索(包括監(jiān)測錨索)張拉鎖定并驗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抗壓強度不低于M25。

(3)灌漿時采用排氣法。對于主錨索，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，屏漿時間為20 min。

2.7.2 外錨頭保護

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 錨頭混凝土的保護及錨塊預(yù)留槽回填

(1)對需要進行長期監(jiān)測的錨索按觀測要求埋設(shè)并做好引線保護后回填二期混凝土封閉保護。

(2)在二期混凝土施工前，對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)計圖紙預(yù)埋插筋。

(3)錨塊預(yù)留槽采用C35混凝土進行回填封閉。

3 結(jié) 語

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

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