沙沱水电站闸墩预应力锚索施工

2013-08-15 00:48范华伟
水利建设与管理 2013年12期
关键词:闸墩钢绞线张拉

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。

4 结语

沙沱水电站闸墩锚索体系采用无隔离架和注浆管的新型结构,预应力锚索的施工质量关系到闸墩的结构安全。通过采用三级超张拉及主锚索二次灌浆等施工工艺,充分利用了锚固体系的预应力富余值,保证了锚索孔注浆的密实度。锚索测力计的观测数据表明,锚索体系的施工质量优良,各项指标均满足设计要求。

杨森浩.天生桥一级水电站闸墩预应力锚索施工[J].水利水电技术,2000,31(6):57-58.

猜你喜欢
闸墩钢绞线张拉
智能张拉技术在预制T梁施工中的应用
水闸闸墩温度应力场分析①
大长细比斜跨拱肋的空间吊杆张拉方法研究
基于LC振荡的钢绞线应力测量研究
基于子模型法的高拱坝导流底孔预应力闸墩三维有限元分析
数控张拉技术在预应力梁预制工程中的应用
钢绞线锚入式预制砼框架节点构造及试验
钢绞线千斤顶在吊装工程中的应用
氯盐腐蚀钢绞线蚀坑演化规律
泄洪闸闸墩原型振动测试、预测与安全评价