苗尾水电站溢洪道闸墩预应力锚索施工

(中国人民武装警察部队 水电第一支队，河北 唐山 063000)

1 工程概况

苗尾水电站溢洪道为一级建筑物，控制段共设5个溢流表孔，每孔净宽13.0 m；中墩厚4.5 m，左边墩(靠山体侧)为衡重式挡墙、顶部厚4.0 m，右边墩(与电站防空洞相邻)厚4.0 m。泄洪闸工作闸门为露顶式弧形工作闸门，共5扇，每扇重315.9 t，坝顶闸墩上每孔设置1套2×3 200 kN液压启闭机，重70 t，按“一门一机”方式驱动和控制闸门，在汛期期间对库容进行调节启闭泄洪。为了保证混凝土闸墩在在闸门运行过程中的安全，闸墩均采用预应力结构设计，中、边墩放射形斜向上布置，主锚索采用拉力型无粘结预应力锚索，锚块水平次锚索采用对穿型全粘结预应力锚索，布置示意如图1所示。

图1 闸墩锚索布置示意(单位：cm)

闸墩预应力锚索布置在混凝土墩体内，主锚索设计吨位为3 500 kN，为上游低、下游高的放射形斜向上布置；次锚索设计吨位为1 500 kN，水平布置。主锚索有长度分别为22.473 m和19.467 m的两种规格，主锚索合计160根；次锚索有3种规格：左边墩次锚索长9.01 m、中墩次锚索度8.2 m、右边墩次锚索度5.85 m，次锚索合计72根。监测主锚索14根、监测次锚索9根，布置于1,3号和6号墩上。

2 施工程序

闸墩主锚索和次锚索均采用后装后张拉法施工，即先架设预埋钢套管，待闸墩混凝土全部浇筑完成后再穿索张拉。施工中先张拉次锚索，后张拉主锚索；先张拉监测锚索，再张拉非监测锚索。

(1)次锚索施工程序。预埋钢套管(根据浇筑层逐排埋设)→锚块浇筑→下索→张拉→锁定→锚索锁定载荷检查→管道灌浆→封锚。

(2)主锚索施工程序。预埋钢套管(根据浇筑层逐段埋设)→清洗预埋管道→下索→张拉→锁定→管道灌浆→锚索锁定载荷检查→封锚。

3 锚索施工

3.1 预埋钢套管安装

应按施工图要求埋设预埋管道的方位和倾角。主、次锚索埋管端部中心安装的误差水平向和竖直向均在±10 mm范围内。预埋钢管沿轴线方向的局部误差也在±10 mm范围内。主锚索定位管从锚固洞(固定端)处开始往上安装，安装时机为闸墩混凝土面浇筑至锚固洞下方0.7 m范围内，高程约为1 390.20 m。主锚索套管安装顺序详见图2。

图2 主锚索预埋钢套管安装顺序示意

(1)定位与测量。根据全站仪放样定位钢管末端锚垫板固定位置坐标，放钢管轴线时将桩号放至坝前与坝后侧面，标示并保护好，以便日后复测校核。根据实际混凝土仓面高度确定支撑高度，如果改变支撑的纵向桩号，相应调整其顶部高程，保证钢管倾角在设计范围内。多角度复测锚固洞起始纵向桩号及高程，钢管起始节架设专用激光发射器穿过已经预埋部分钢管修正坝横定位；采用高程与坝纵比值校验钢管倾角。

(2)安装固定。预埋管道安装就位后，应使用临时支撑加以固定，防止混凝土浇筑回填时发生变形或位移，钢支撑可留在混凝土中。临时支撑使用∠70×70×5的角钢作为预埋钢管支撑架、辅以∠50×50×4和φ14钢筋作为斜撑和拉条。

主锚索的锚垫板锚固洞端注浆孔朝下侧、下游张拉端注浆孔朝上；水平放置的次锚索所有锚垫板统一在一端设置注浆孔朝下侧、另一端全部朝上。

(3)保护。闸墩混凝土浇筑前做好每根钢管的位置标示，浇筑时禁止料罐等物体碰撞钢管，使用皮带机入仓浇筑，尽量避开混凝土直接冲击钢管。如发现钢管脱离支撑架或偏移，必须暂停浇筑该部位，待纠正钢管偏移并加固后方能继续浇筑。每层浇筑前要对钢管待接长口进行保护，使用封堵帽套在管端头，并电焊牢固。

3.2 钢绞线检查及下料

3 500 kN级预应力主锚索单体由24根φ20(1 860 MPa)无粘结钢绞线组装而成(含监测锚索)。1 500 kN级预应力次锚索单体由10根φ15.2(1 860 MPa)光面钢绞线组装而成，监测锚索使用无粘结钢绞线，共计10根。下料切割前应对钢绞线进行检查及隔离处理。钢绞线的外观不得有死弯、明显刻痕、松丝散丝等缺陷。若有上述情况应截去不用，不得使用局部存在锈蚀的钢绞线。

下料工艺流程：编束通知单→下料→验收→库存。

在预先指定的场地按下料长度下料，每根绞线长度误差控制在10 cm以内。下料长度计算公式：

L=L0+2A+L1+L2+L3

(1)

式中，L0为张拉端、固定端锚垫板之间距离；L1为固定端钢绞线外露长度，取10 cm；L2为张拉端钢绞线工作长度，考虑到张拉系统所需要的工作长度，如使用千斤顶YCW400B型取65 cm，YCW500B型取75 cm；L3为下料钢绞线副余长度，取10 cm；A为锚具厚度：M15-24孔为8.5 cm，M15-10孔为6 cm。

3.3 锚索穿索安装

闸墩锚索采用预埋金属管道，锚索体内不设灌浆管，采用编号逐根穿索的方法。

(1)在进行锚索向孔内推送施工前，应对已经安装完成的锚索预埋钢管进行验收，检验预埋钢管数量、位置、角度以及管孔的直线度；检查预埋的锚垫板位置的混凝土浇筑质量，并清理干净锚垫板以及灌浆孔。只有在钢管位置及方位等达到设计要求的情况下，才能进行穿索安装工序的施工。

(2)穿索。 检查锚索孔道，如有杂物应彻底清除干净； 核对锚索编号，是否与孔道对应，以防混穿，同时检查钢绞线有无扭转、锈蚀、污染等现象； 锚索应按设计孔深推送就位，若推送受阻，应拉出已推送入孔的锚索进行清孔后再行穿索；钢绞线推送至钢管内后，应调整两端长度，使之满足工作要求，安装完毕后，应对外露钢绞线进行包裹临时保护及防水、防锈等。

3.4 锚具安装

(1)安装锚具时，严格按照钢绞线对应编号与锚板夹片孔进行，并保证锚索两端钢绞线的外露长度。

(2)安装工作夹片时，锚板的夹片孔先涂上一层退锚灵，两片夹片间缝基本一致，外露高度差值不得大于 0.5mm。

(3)安装锚具、夹片时，必须彻底清扫钢绞线、锚具的锥孔和夹片牙形，不得有油污、铁屑、泥沙等杂物。露出孔口外的钢绞线应将HDPE套剥去，并将油脂清洗干净。

(4)依次安装好工作锚具、工作夹片和限位板，每个锚孔各装入一套夹片，并轻轻打齐，夹片上不允许沾有灰尘，并使钢绞线按相应的编号和位置穿过工作锚具，与锚垫板对中并相吻合。

3.5 锚具与监测标配合

监测锚索的测力计需要与预埋的锚垫板、承载的工作锚板配合，监测标单位配套提供过渡板，主锚索14块、次锚索9块。

3.6 张拉及补偿张拉

当锚墩处混凝土均达到设计强度后，方可进行锚索张拉。张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其它污物。

(1)张拉顺序与准则。①次锚索张拉顺序。锚索为奇数排时，先张拉中间排，后轮流对称张拉两侧排；锚索为偶数排时，两侧锚索从内到外轮流对称张拉。每一排锚索应从最中间的锚索开始轮流对称张拉。②主锚索张拉顺序。锚索为奇数排时，先张拉中间排，后轮流对称张拉两侧排；锚索为偶数排时，两侧锚索从内到外轮流对称张拉。每层锚索先张拉中间锚索，再轮流对称张拉外层，以免结构承受过大的偏心压力。③预应力锚索的张拉作业应按下列程序进行。机具标定→分级理论值计算→(监测锚索安装测力计)→锚具及夹片安装→安装预紧千斤顶→单股预紧→卸去预紧千斤顶→安装限位板→安装整体张拉千斤顶→安装工具锚及夹片→分级整体张拉→锁定→灌浆。

(2)补偿张拉。锚索张拉完毕锁定后，会产生一定的预应力损失，监测锚索荷载损失变化幅值满足规定指标(预应力损失小于设计锁定荷载的10%的区域)，则不进行补偿张拉，反之则需进行补偿张拉，根据设计要求及监理指示确定需要补偿张拉的位置。对于有补偿张拉的预应力锚索，应在张拉锁定后3～7 d进行，补偿张拉的张拉力为设计超张拉力。

(3)张拉技术要求。每束锚索张拉采用单顶整束张拉，整束张拉锚索的张拉过程分为单股预紧和分级张拉两个阶段，单股预紧应进行2次，整束张拉共分5级进行。

3.7 锚索孔道注浆

灌浆在锚索张拉完毕后3 d内进行，锚索灌浆封孔7 d后，对孔口段的离析沉淀部分进行封补灌浆。

(1)灌浆水泥应采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比0.35，水泥浆强度等级M40，浆液中掺入减水剂、微膨胀剂和早强剂等外加剂。在水泥浆内掺入0.01%水泥用量的铝粉以减少内缩。

(2)主锚索灌浆过程中应采取屏浆和间歇灌浆措施加速水泥浆液的泌水过程，从上游预留平孔处进浆，待下游端出浆浓度与进浆浓度一致时，方可进行屏浆，屏浆压力0.3 MPa，屏浆30 min后打开放浆孔口，放浆5 min后进行第二次屏浆。第二次屏浆完成20 min后再打开放浆管放浆，5 min后封闭进浆和放浆孔口，灌浆完毕。次锚索从可由底口端往另一端灌浆，其它灌浆要求与主锚索灌浆施工要求相同。

(3)灌浆压力为0.5～0.7 MPa，采用真空灌浆工艺。

3.8 锚索锁定载荷检查分析

原位监测与锚索张拉同步进行，并及时进行资料整理，反馈信息，根据监测数据对锚索锁定核载进行检查确认。

3.9 封 锚

(1)封锚时锚板外预应力钢绞线存留长度应不小于30 mm，严禁使用电弧或乙炔火焰切割；锚板、预应力钢绞线及其周围应清理干净，结构混凝土表面必须凿毛并冲洗干净。

(2)锚索张拉锁定后，应对孔口部位的锚索及外锚头进行保护，采用混凝土封闭。监测锚索的测力计与锚头一并安装，在安装过程中及安装完毕后均应注意对测量电缆线的保护。

(3)采用混凝土防护锚索外锚头。

4 成果分析

4.1 张拉质量分析

2016年3月，闸墩锚索满足条件，开始张拉施工。2015年5月中旬，锚索全部张拉完成，张拉施工质量分析见表1。

表1统计数据表明，实测伸长率均满足设计标准(±6%范围内)，符合设计及规范要求，张拉伸长值达标率100%，张拉质量满足设计要求。

表1 锚索张拉施工数据统计

4.2 钢套管安装及管道灌浆质量分析

锚索预埋钢套管安装及管道灌浆数据表明，钢套管安装合格率100%，管道灌浆实际灌浆量均大于理论灌浆量，符合设计及规范要求。

4.3 监测锚索预应力损失成果分析

监测锚索预应力损失成果分析表明，锚索最终载荷锁定力均满足设计及规范要求，质量达到优良标准。

5 结 语

苗尾水电站为周调节水库，目前，水库水位已蓄至1 402.00 m，2017年汛期来水量变化较大，为保证水库水位，溢洪道闸门启闭频繁。对2017年锚索监测数据跟踪分析表明，预应力锚索所受载荷随季节变化略有调整，所受载荷整体稳定，闸门等在运行过程中未出现异常荷载情况，闸墩、预应力锚块安全稳定。施工质量数据分析和运行期间的监测数据统计表明，闸墩预应力锚索发挥了设计预期功效，为溢洪道闸墩、闸门安全运行提供了可靠保障，进一步印证了闸墩预应力锚索施工程序得当、施工工艺可靠、施工方法可行，为同类型工程提供可借鉴的设计施工经验。