杨房沟水电站拱坝泄洪中孔出口闸墩预应力锚索施工技术

帅悦熹，吴政缌

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

1.1 工程简介

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，是雅砻江中游河段一库七级开发的第六级，杨房沟水电站的开发任务为发电，电站总装机容量1500MW，安装4台375MW的混流式水轮发电机组，工程规模为Ⅰ等大(1)型工程。坝址控制流域面积80880km2，多年平均流量896m3/s。水库正常蓄水位2094m，死水位2088m，总库容为5.1248亿m3，调节库容为0.5385亿m3，其挡水建筑为混凝土双曲拱坝，最大坝高155m，坝顶高程2102m。

1.2 泄洪中孔出口闸墩预应力锚索布置形式

坝体共计分为17个坝段，拱坝泄洪中孔布置共计3孔(8#坝段为1#孔、9#坝段为2#孔、10#坝段为3#孔)，1#、3#孔工作弧门设计水头为70m，2#孔设计水头为68m，最大弧门推力为46200kN，采用预应力闸墩锚固设计，在泄洪中孔出口闸墩上布置预应力锚索，除监测锚索采用无粘结型锚索外，闸墩锚索均采用有粘结型预应力锚索。锚索形式包括U形主锚索及直线形对穿次锚索，其中主锚索(U型锚索)设计吨位3800kN(24根钢绞线)，单个闸墩布置12索，合计36索，主锚索在立面上呈辐射状布置，以弧门推力中心线为基准向两侧扩散；在支撑大梁上布置次锚索(直线型锚索)设计吨位2400kN(14根钢绞线)，单个闸墩布置13索，合计39索。

2 施工布置

施工人员通行及小型配件、材料运输主要通过坝后接缝灌浆形成的水平栈桥、垂直转梯等通道进入施工部位。

大型材料(预埋钢管、加固支架、油泵及千斤顶、架管、钢绞线、灌浆泵、卷扬机等)主要通过跨江缆机进行材料运输。

3 主要施工程序及方法

3.1 锚索施工程序

锚索施工程序见图1。

图1 锚索施工程序

3.2 施工平台

3.2.1 编锚平台搭设

利用泄洪中孔出口闸墩顶部平台及主锚施工排架顶部平台。相邻闸墩之间的间隙铺设C14槽钢，间距1m，槽钢铺设时槽口应向下，并采用插筋与闸墩混凝土固定。插筋设置：采用电钻在混凝土表面钻孔，孔内插入C25mm、L=45cm螺纹钢筋，并灌注高标号水泥砂浆，钻孔孔深25cm，插筋外露20cm，外露端与槽钢焊接。编锚场形成后，在场内铺设一层5cm厚木板，并在编锚平台所有临空面设置安全护栏和挡脚板，护栏高1.2m。

图2 编锚平台平面布置示意

3.2.2 主锚施工平台搭设

主锚索施工排架宽度及长度根据闸墩结构确定，排架立杆横距1.0m，纵距1.0m，步距1.3m～1.6m，斜坡面立杆底部预埋定位锥，将立杆固定，以满足立杆的抗滑要求。承重排架顶部满铺5cm厚木板，作为编锚平台的一部分。

图3 主锚施工排架搭设示意

图4 主锚保护平台布置示意

在承重排架外侧搭建2.8m宽的保护平台，保护平台修建于承重排架正下方。闸墩混凝土浇筑时，在距闸墩斜坡面转角0.5m处预埋M42定位锥+D25-750锚筋，预埋定位锥时，外挂型钢三角架，宽度2.8m，间距1.5m。三角架采用[14槽钢作为悬挑梁，[14槽钢作为斜撑，悬挑梁面层间隔布置[12槽钢和φ48×3.5mm钢架管将其连接成为整体，并满铺5cm厚木板。

3.2.3 次锚施工平台搭设

次锚悬挑平台修建于闸墩两侧次锚正下方，闸墩混凝土浇筑时，在距闸墩次锚最低高程1.0m处预埋M42定位锥+D25-750锚筋，预埋定位锥时，外挂型钢三角架，宽度2.8m，间距1.0m。三角架采用[14槽钢作为悬挑梁，[14槽钢作为斜撑，悬挑梁面层布置[12槽钢将其连接成为整体。

悬挑排架长度及高度根据次锚索分布情况确定，排架立杆横距1.5m，纵距1.0m，步距1.8m。

图5 次锚施工排架搭设示意

3.3 预埋件安装

在进行钢套管安装过程中，需预埋锚索安装牵引钢绳，随仓号浇筑进展进行延伸，牵引钢绳预埋长度较锚索长度长10m。进浆钢管布置于环锚段底部向上约10cm处，随混凝土浇筑进展进行延伸。在预埋管两个端头部位，按施工图纸预埋钢垫板、螺旋钢筋、回浆管、保护套管、橡胶垫圈等预埋件，导向管与钢垫板应垂直焊接牢固，并清理干净钢管内留有的焊渣。钢垫板与锚孔轴线应保持垂直，其误差不得大于0.5°。预埋过程中，注意对钢套管和进、回浆管的密封保护，钢套管可采用保护钢罩进行保护，进、回浆管可采用保护帽进行保护，防止异物及混凝土浆液进入管内堵塞管道。锚索安装前，需对预埋的钢套管进行通孔检查并进行管道清理。

3.4 锚索制作

锚索制作拟在泄洪出口闸墩顶部平台及通往坝后的栈桥上，利用架管形成的锚索编索平台上进行。

锚索下料长度=锚索实际长度(预埋管长度)+锚具厚度+锚索外露端长度。根据实际情况，各主、次锚索两端均外露不小于1.3m(考虑测力计厚度)。

U型主锚索环锚段不设置隔离支架，采用无锌铅丝捆扎，捆扎间距2m；U型主锚索直线段设置隔离支架，间距1m～2m(其中中间部位间距2m，端头2m范围加密至1m)，隔离支架之间绑扎无锌铅丝；直形次锚索全段设隔离支架，间距2m，隔离支架之间绑扎无锌铅丝。隔离支架间距允许误差不大于50mm。

编束时，应先将钢绞线理顺后再行绑扎，钢绞线要排列平顺，锚索两端头钢绞线编号应沿弧门推力方向，呈对称布置锚索保证钢绞线不扭曲、不错位。

同一钢绞线两端用同一颜色的油漆做好标记，以便穿索时可检查锚索是否扭转、平顺。在锚索安装完成后，应仔细检查两端各根钢绞线的对应关系，如发现钢绞线间有严重扭转或错位，则应将锚索拉出后重新安装。

锚索牵引安装方面，采用自锁装置，配合卷扬机进行锚索的牵引安装。

锚索编索成束后，及时进行验收，合格后及时进行安装。

3.5 锚索安装

锚索施工前进行锚索穿索试验，验证U型管及锚索索体、安装工艺的合理性及锚索穿索牵引系统的安全可靠性。

主锚索的安装采用人工结合慢速卷扬机的方式进行安装。将预埋的钢丝绳一端利用绳卡连接锚索牵引端导向帽位置，另一端与卷扬机预留的钢绳连接。锚索安装时，推送力要均匀一致，不得使锚索扭转。锚索入孔时索体的弯曲半径必须大于3m。

次锚索的安装采用人工配合电动葫芦的方式进行。

3.6 锚索张拉

锚索张拉前确保已对锚索端头混凝土进行检查，对发现的施工质量缺陷处理完毕。

3.6.1 锚具安装

在安装锚具前，用预应力钢绞线专用水溶性油脂润滑锚垫板。

锚具、夹片安装时，必须彻底清扫钢绞线、锚具的锥孔和夹片牙形，不得有油脂、铁屑、泥沙等杂物。

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，工作锚具应和锚垫板对中并相吻合。

安装千斤顶之前先检查工作锚具与预埋套管是否对齐，每个锚孔是否安装好夹片。之后依次安装液压顶压器、千斤顶，在千斤顶尾部安装工作锚具。工作锚具安装前锚具锥孔可涂抹一层厚约1mm的退锚灵，以便张拉完毕后能自动松开。

工作锚夹片外表面视需要涂退锚灵，对准锚孔后将夹片装入，并用配套工具轻轻敲紧。

3.6.2 锚索张拉

锚索入孔后，对外露钢绞线进行临时防护，张拉作业应控制在15d内进行，以避免钢绞线锈蚀。

3.6.2.1 张拉方法

主锚索和次锚索均采用后张拉法施工，即先架设预埋钢套管，待主、次锚索闸墩混凝土全部浇筑完成并达到设计龄期和设计强度后再张拉。采用单根预紧、整体分级张拉法。主锚索采用两端对称张拉；次锚索采用一端夹片锁定，另一端单端张拉的方式进行张拉。

3.6.2.2 张拉顺序

(1)先张拉监测锚索，再张拉非监测锚索。

(2)主次锚索分序张拉施工，张拉原则为：先次后主、对称张拉。

(3)闸墩主锚索施工程序：

材料进场检验、验收→锚束制作→锚束验收预埋钢套管→闸墩混凝土浇筑 〛清洗预埋管道→下索→张拉→锁定→检查锚索荷载损失情况→管道灌浆→锚索锁定荷载检查→验收

(4)闸墩次锚索施工程序：

材料进场检验、验收→锚束制作→锚束验收预埋钢套管→支撑大梁混凝土浇筑 〛清洗预埋管道→下索→张拉→锁定→检查锚索荷载损失情况→管道灌浆→锚索锁定荷载检查→验收

(5)锚索按照：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→IV→V→VI序顺序进行，同一次序张拉锚索必须采用分级加载，所有同次序锚索每一级加载完成后方可开始下一级加载。以1#中孔为例，张拉顺序如下：(1C-1、1C-5、1Z-2L、1Z-2R)→(1C-11、1C-13、1Z-5L、1Z-5R)→(1C-6、1C-10、1Z-1L、1Z-1R)→(1C-2、1C-4、1Z-6L、1Z-6R)→(1C-7、1C-9、1Z-3L、1Z-3R)→(1C-3、1C-8、1C-12、1Z-4L、1Z-4R)。详见图6。

图6 锚索张拉分序图

3.6.2.3 预应力锚索张拉(单根预紧、整体分级张拉)

单根预紧采用YDC250Q型液压千斤顶；整体张拉千斤顶选用YCW650型液压千斤顶。

3.6.3 闸墩变形监测

为防止在锚索张拉过程中，闸墩在外加应力作用下产生变形，拟在锚索张拉过程中，引进一台全站仪进行闸墩变形监测，同时跟踪已经安装、并张拉完成的锚索测力计数值衰减情况，及时发现闸墩变形情况，以便积极采取相应的措施。

3.7 锚索灌浆

锚索孔道灌浆采用真空灌浆工艺，灌浆压力0.3MPa～0.5MPa，灌浆材料为M45水泥浆。在锚索灌浆正式施工前选择观测锚索(1～2束)做锚索真空灌浆生产性试验。

3.7.1 水泥性能要求

浆液中必须掺加真空灌浆外加剂，浆液性能应满足以下要求：水泥浆液水灰比宜采用0.38～0.45，要求浆液3h后的泌水率控制在2%，泌水应在24h内全部被浆体吸收。浆液应搅拌均匀，流动性好，流淌直径不应小于150mm，纯水泥浆的搅拌时间不小于30s。浆液温度应保持在5℃～40℃之间。具体施工配合比按照经试验室报批的配合比施工。

3.7.2 真空灌浆施工

3.7.2.1 管路连接

真空灌浆施工管路连接见图7。

图7 真空灌浆施工管路连接示意

3.7.2.2 真空灌浆施工

(1)确定灌浆端及抽真空端，按图7连接好管路。

(2)管道真空度检查：启动真空泵抽真空，真空度要求控制在-0.08MPa～-0.1MPa，停泵约1min，若压力保持不变即可认为孔道能达到并维持真空。

(3)启动灌浆泵，待灌浆泵输出的浆体满足要求时，将送浆管路连接在进浆管上开始灌浆。

(4)灌浆过程中，真空泵保持连续工作。

(5)待抽真空端的空气滤清器中有浆体经过时，关闭空气滤清器前端的阀门(阀4)，随后打开排气阀(阀3)，当浆体从排气阀顺畅流出，且浓度与灌入的浆体相当时，关闭抽真空端的所有阀门(阀2、阀3、阀4)。

(6)继续灌浆施工。工作压力达到0.3MPa～0.5MPa，继续灌注1min～2min。

(7)关闭灌浆泵及灌浆端阀门(阀门1)，灌浆结束。

(8)拆除外接管路、附件，清洗空气滤清器及阀门。

3.8 封锚

(1)张拉锁定结束后，将锚具外10cm外多余的钢绞线切除。

(2)再对封锚表面进行凿毛，将锚头封锚范围内的油脂等异物清洗干净后，采用C35混凝土(0.5m厚)对锚头进行保护，具体结构如图8所示(尺寸以mm计)。

图8 封锚结构示意

(3)混凝土浇筑完后，应加强养护，保持混凝土表面经常湿润。低温季节应采取严格保温措施，以防冻裂，可适当延长拆模时间。

3.9 锚索质量检查与试验

3.9.1 锚索质量检查

(1)每批钢绞线到货后的材质检验。

(2)预应力锚索安装前，每个锚孔清孔质量的检查。

(3)预应力锚索安装入孔前，每根锚索制作质量的检查。

(4)预应力锚索灌浆前，抽样检验浆液试验成果和对现场灌浆工艺进行逐项检查。

(5)预应力锚索张拉工作结束后，对每根锚索的张拉应力和补偿张拉的效果进行检查。

3.9.2 锚索试验

(1)在锚索正式张拉前选择观测锚索做受力性能试验。

(2)受力性能试验所用锚夹具、张拉机具及施工工艺应与工程实际采用的相同。

(3)性能试验的张拉力值以测力计读数为准。试验前，测力计必须与千斤顶、压力表配套标定。

(4)性能试验束的伸长值、锚束受力的均匀性和摩阻力损失等参数均应在分级张拉中同步测量。

3.10 锚索监测

锚索测力计用于测量岩土体等结构物支护锚索轴向荷载，并与锚索测力计配套，安装埋设。

4 总结

为保障大坝泄洪中孔出口闸墩后期运行安全稳定性，杨房沟水电站拱坝中孔出口闸墩采用了预应力锚索加固方案。因其施工属高危作业，安全风险极高，施工进度受其他坝段混凝土施工所限制，在满足施工质量及工期要求的前提下，施工平台采用悬挑结构，闸墩混凝土浇筑时穿插预埋件施工，随混凝土逐层升高加固，降低了后续施工平台搭设难度及安全风险，节约了施工工期，为大坝相关节点的顺利实现提供了强有力的保障。