高拱坝超长大吨位闸墩预应力锚索快速施工技术研究

刘均锋

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

杨房沟水电站拱坝泄洪3个中孔采用预应力闸墩锚固设计，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，锚索形式为：直线形对穿次锚索和U形主锚索。其中直线型次锚索设计吨位2400kN(单个孔长13.50m)，单个闸墩布置13索，合计39索；U型主锚索设计吨位3800kN(最大孔长78.041m)，单个闸墩布置12索，合计36索。

根据工程计划，2020年11月上旬实施2#导流洞下闸封堵，12月下旬实施1#导流洞下闸封堵，水库开始蓄水、中孔开始过流。根据大坝混凝土浇筑计划，闸墩预应力锚索按常规施工技术将影响下闸蓄水进度，为确保下闸蓄水和提前半年发电目标实现，中孔闸墩预应力锚索采取快速施工技术势在必行。

2 闸墩预应力锚索方案选择

闸墩预应力锚索布置紧凑，施工场地狭窄，工期紧，质量要求高，单个闸墩三面临空，锚索编索、安装难度大，安全风险突出。如何快速高效地施工，为后续大坝混凝土浇筑、金属结构安装创造有利条件，满足提前半年发电目标要求，采取以下方案：

(1)闸墩预应力锚索孔道采用钢套管及构件埋设、并做好保护。

(2)考虑在混凝土仓面编锚影响混凝土浇筑，坝后2045m高程栈桥形成后作为编锚场地再施工中孔锚索会影响锚索施工工期，综合考虑选择1#、2#、3#中孔作为编锚场地。

(3)在1#、2#、3#中孔进行编锚，将已编制合格的锚索通过设置在闸墩顶部平台的5t卷扬机，沿闸墩顶部踏步铺设的滑道，将锚索运至闸墩顶部平台。踏步临边采用φ48.3mm钢管、扣件搭建1.2m高度的防护栏杆，防止人员坠落。

(4)穿索及张拉平台布置。主锚施工平台：在闸墩外侧斜坡面搭设承重脚手架，混凝土浇筑时提前预埋定位锥，斜坡面立杆底部采用插筋焊接固定；次锚施工平台：在闸墩两侧面适当高程，分别搭设悬空钢结构工作平台，混凝土浇筑时提前预埋定位锥。

(5)锚索安装采用5t卷扬机牵引、人工配合机械的方式，加快施工进度。

(6)张拉采用主次锚索同时作业，保证受力平衡，同时加强监测，每个中孔分Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→IV→V→VI序顺序进行，前5序实现6台千斤顶同时作业，末序孔实现7台千斤顶同时作业。

3 闸墩预应力锚索快速施工技术

3.1 钢套管的埋设

钢套管环锚段“U”形管半径在2.064m～3.65m之间，为了保证加工精度，采用厂家定做产品。利用12t东风汽车运输到左岸高程2102m缆机卸料平台(右岸高程2102m辅助供料平台)吊运入仓，利用仓内的汽车吊安装就位。严格按照设计图纸的坐标，计算出施工坐标，上层混凝土浇筑之前，在下层已浇筑混凝土面上标示出每根钢套管的两个端点坐标；对于环形套管部位，增加相应锚索最低点控制坐标，方便安装校核。

根据设计点线，环锚段钢套管安装前焊接安装固定样架，防止缆机立灌卸料撞击，导致锚索套管错位或者变形。固定样架立柱采用[14a槽钢，纵横向杆采用[10槽钢焊接形成，[14a槽钢立柱纵横向间距均为3.0m，[10槽钢步距为3.0m，立柱在施工时搭接部分长度，保证立柱稳定。锚索弧形段采取一次安装完成，直段先按设计位置加固好后同弧形段用法兰盘连接。锚索钢套管的灌浆管路顺着锚索钢套管进行安装。

固定样架焊接完成后，将钢套管吊运到位，采用∠30角钢将套管与样架焊接牢固，立柱的斜向剪刀撑采用[10槽钢加固。当多组同时安装时，单组套管安装完成后，再采用[10槽钢横向连接，并焊接牢固。次锚索套管同样采用[14a、[10槽钢加固。

套管安装好后由测量进行检查，操作工人根据偏差进行校核，直到满足设计要求为止。校正后进行加固，加固完成后再次进行检查，若有偏差再次进行校正，直到满足要求。

3.2 施工平台

3.2.1 编锚平台

1#、2#、3#中孔锚索钢绞线从仓库通过载重汽车运送至左岸2102m平台，经跨江缆机分别吊运至1#、2#、3#中孔流道底坎适宜位置堆放。

为防止编锚对流道钢衬影响，在流道底部铺彩条布并采用50mm厚木板进行无间歇满铺或在流道底部铺设防滑垫，上方采用钢架管搭设施工平台，钢管φ48.3(δ=3.6mm)，间排距为1.0m×1.5m，步高1.5m，宽1.0m，长65m，在流道左右侧及上游形成U形的编锚平台。每个流道上下游临空侧，采用φ48.3mm钢管、扣件搭建1.5m高度的防护栏杆，防护栏杆上挂设密目网进行封闭，防止机具、人员坠落。

3.2.2 主锚施工平台搭设

(1)排架搭设

主锚索施工排架立杆横距1.0m，纵距1.0m，步距1.5m，斜坡面立杆底部预埋C25钢筋将立杆固定，满足立杆的抗滑要求[1]。

(2)保护平台搭设

在承重排架外侧搭建2.8m宽的保护平台，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14#槽钢三角架，宽度2.8m，间距1.5m[1]。在保护平台所有临空面设置安全护栏和挡脚板，护栏高1.2m，并挂密目网封闭。

3.2.3 次锚施工平台搭设

当闸墩混凝土浇筑时，在距闸墩次锚最低高程1.0m处预埋M42定位锥+D25-750锚筋，定位锥预埋完成后，外挂14#槽钢三角架，宽度2.8m，间距1.0m[1]。悬挑排架立杆横距1.5m，纵距1.0m，步距1.8m。

3.3 穿索牵引系统

卷扬机采用5t慢速卷扬机，卷扬机钢绳通过设置定滑轮连接至锚索孔口，安装锚索的孔口部位对脚手架进行局部加固。在每根主锚索低高程端孔口位置设置插筋，作后期穿索牵引定滑轮固定支撑。插筋选用φ32mm螺纹钢筋，入岩1.0m，外露0.5m，分别在孔口两侧各埋设一根。

3.4 锚索安装

锚索施工前先进行锚索穿索试验，验证技术可行性及安全可靠性。

主锚索的安装采用人工结合慢速卷扬机的方式进行安装；次锚索的安装采用人工配合电动葫芦的方式进行。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。

3.5 锚索张拉

3.5.1 张拉方法

主锚索和次锚索采用单根预紧、整体分级后张拉法施工。主锚索采用两端对称张拉；次锚索采用单端张拉[2]。

3.5.2 张拉力控制

锚索张拉采用以张拉力控制为主，伸长值校核为辅的双控操作方法。钢绞线的实测伸长值与理论伸长值之差超过±6%时，停止张拉，查明原因后才能重新张拉[2]。

3.5.3 补偿张拉

锚索张拉完毕后48h内，如发现锚索锁定力低于设计张拉力的10%时，进行补偿张拉。在补偿张拉前，注意检查，若发现异常时要查明原因进行处理。补偿张拉在锁定值基础上一次张拉至1.05P，补偿张拉次数不能超过2次。

3.6 监测布置

根据现场锚索的布置情况，共选择布置16台锚索测力计，用于监测锚索的受力情况，测点编号分别为：DPzk-1-1～6、DPzk-2-1～5、DPzk-3-1～5。

3.7 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，在锚索张拉过程中，采用一台全站仪进行闸墩变形监测，同时跟踪已经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[1，3]。

3.8 锚索灌浆

灌浆材料为M45水泥浆，锚索孔道灌浆采用真空灌浆工艺，灌浆压力0.3MPa～0.5MPa。

4 施工注意事项

(1)确保预埋钢套管无孔洞、避免浇筑时混凝土进入钢套管内，堵塞孔道。预埋钢垫板必须与预埋钢套管正交、钢垫板下保护套管内径符合设计要求，钢垫板下螺旋筋、锚索钢筋等，也是锚索张拉和锁定后承力结构。为保证锚索张拉和锚固的安全要求，施工时钢垫板安装位置、规格尺寸必须符合设计要求，验收合格后方可进行混凝土浇筑[4]。

(2)通孔器直径适应不同的孔径且不小于隔离架尺寸。锚索安装前，需对预埋的钢套管进行通孔检查。U形锚索通孔检查采用φ180mm探孔器，以判断管内是否存在堵塞物。若管内存在堵塞、残渣、掉块等，清理干净；若孔内存在积水，需采用高压风排干积水。

(3)为避免穿索过程中锚索破坏，锚索施工前先行开展锚索穿索试验，进一步验证穿索后索体是否破坏、索体是否顺直、穿索工艺是否合理及锚索穿索牵引系统是否安全可靠等[5]。

(4)做好泄洪中孔锚索施工原材料进场检验和张拉机具、设备的率定(包括千斤顶、压力表与测力计配套的率定报告)，经检验或率定合格并报监理机构批准后方可使用。

(5)做好锚索钢绞线两端标识，落实防钢绞线交错扭转，避免锚索钢绞线发生错位或扭转，同时加强锚索安装质量检查，若发现钢绞线严重错位与扭转，重新安装。

(6)确保锚索灌浆时锚头密封效果，采用在钢垫板上预留内丝螺栓孔固定封闭钢罩的方式。

(7)为保证锚索超张拉效果，超张拉力提高至设计张拉力的110%。

5 闸墩预应力锚索效果检查

5.1 锚索灌浆成果

中孔闸墩预应力锚索采用在闸墩混凝土浇筑前预埋钢管形成锚索孔道，孔径为219mm、203mm，合格率100%；实际灌浆量均大于理论灌浆量，满足规范和设计要求。见表1所示。

表1 锚索钻孔、注浆施工成果统计

5.2 锚索张拉检测评价

1#中孔闸墩预应力主锚索张拉伸长值偏差统计共12束，其中最大负偏差3.52%，最大正偏差6.00%；次锚索张拉伸长值偏差统计共13束，其中最大负偏差1.90%，最大正偏差5.31%。2#中孔闸墩预应力主锚索张拉伸长值偏差统计共12束，其中最大负偏差2.65%，最大正偏差5.33%；次锚索张拉伸长值偏差统计共13束，其中最小偏差1.12%，无负偏差，最大正偏差5.89%。3#中孔闸墩预应力主锚索张拉伸长值偏差统计共12束，其中最大负偏差1.92%，最大正偏差6.00%；次锚索张拉伸长值偏差统计共13束，其中最大负偏差3.20%，最大正偏差5.96%。

闸墩预应力锚索锁定荷载分别为次锚索2520kN、主锚索3990kN，满足规范和设计要求。锚索张拉成果见表2。

表2 锚索张拉成果统计

5.3 锚索测力计监测评价

中孔部位共安装埋设16台锚索测力计，测点编号分别为DPzk-1-1～6、DPzk-2-1～5、DPzk-3-1～5。其中设计值为3800kN的锚索测力计锁定值介于3811.1kN～4099.0kN，设计值为2400kN的锚索测力计锁定值介于2369.7kN～2475.0kN。

截至2020年8月，3800kN的锚索实测荷载介于3679.8kN～3979.8kN，占锁定荷载比率介于96.06%～98.52%；2400kN锚索实测荷载介于2379kN～2426.9kN，占锁定荷载比率介于97.58%～100.39%。监测成果见表3。

表3 拱坝中孔锚索测力计监测成果统计

6 结语

(1)大坝闸墩预应力锚索于2020年6月底完工，后续通过锚索测力计进行监测，根据锚索钢绞线实际伸长值及测力计监测数据成果，锚索施工质量满足设计要求。

(2)高拱坝超长、大吨位闸墩预应力锚索快速施工技术，通过实践证明，在保证施工质量、安全的前提下，降低了施工成本，加快了施工进度，是一套较为完善的、成熟的施工技术，优势和效果明显。

(3)高拱坝超长、大吨位闸墩预应力锚索快速施工技术可行、可靠、安全，对拱坝建设具有重要意义，同时也为类似水电站闸墩预应力锚索施工积累了宝贵的经验，其经济效益和社会综合效益显著，具有推广价值。