高拱壩超長(zhǎng)大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索快速施工技術(shù)研究

劉均鋒

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

楊房溝水電站拱壩泄洪3個(gè)中孔采用預(yù)應(yīng)力閘墩錨固設(shè)計(jì)，除監(jiān)測(cè)錨索采用無(wú)粘結(jié)型錨索外，閘墩錨索均采用有粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索，錨索形式為：直線形對(duì)穿次錨索和U形主錨索。其中直線型次錨索設(shè)計(jì)噸位2400kN(單個(gè)孔長(zhǎng)13.50m)，單個(gè)閘墩布置13索，合計(jì)39索；U型主錨索設(shè)計(jì)噸位3800kN(最大孔長(zhǎng)78.041m)，單個(gè)閘墩布置12索，合計(jì)36索。

根據(jù)工程計(jì)劃，2020年11月上旬實(shí)施2#導(dǎo)流洞下閘封堵，12月下旬實(shí)施1#導(dǎo)流洞下閘封堵，水庫(kù)開(kāi)始蓄水、中孔開(kāi)始過(guò)流。根據(jù)大壩混凝土澆筑計(jì)劃，閘墩預(yù)應(yīng)力錨索按常規(guī)施工技術(shù)將影響下閘蓄水進(jìn)度，為確保下閘蓄水和提前半年發(fā)電目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，中孔閘墩預(yù)應(yīng)力錨索采取快速施工技術(shù)勢(shì)在必行。

2 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索方案選擇

閘墩預(yù)應(yīng)力錨索布置緊湊，施工場(chǎng)地狹窄，工期緊，質(zhì)量要求高，單個(gè)閘墩三面臨空，錨索編索、安裝難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)突出。如何快速高效地施工，為后續(xù)大壩混凝土澆筑、金屬結(jié)構(gòu)安裝創(chuàng)造有利條件，滿足提前半年發(fā)電目標(biāo)要求，采取以下方案：

(1)閘墩預(yù)應(yīng)力錨索孔道采用鋼套管及構(gòu)件埋設(shè)、并做好保護(hù)。

(2)考慮在混凝土倉(cāng)面編錨影響混凝土澆筑，壩后2045m高程棧橋形成后作為編錨場(chǎng)地再施工中孔錨索會(huì)影響錨索施工工期，綜合考慮選擇1#、2#、3#中孔作為編錨場(chǎng)地。

(3)在1#、2#、3#中孔進(jìn)行編錨，將已編制合格的錨索通過(guò)設(shè)置在閘墩頂部平臺(tái)的5t卷?yè)P(yáng)機(jī)，沿閘墩頂部踏步鋪設(shè)的滑道，將錨索運(yùn)至閘墩頂部平臺(tái)。踏步臨邊采用φ48.3mm鋼管、扣件搭建1.2m高度的防護(hù)欄桿，防止人員墜落。

(4)穿索及張拉平臺(tái)布置。主錨施工平臺(tái)：在閘墩外側(cè)斜坡面搭設(shè)承重腳手架，混凝土澆筑時(shí)提前預(yù)埋定位錐，斜坡面立桿底部采用插筋焊接固定；次錨施工平臺(tái)：在閘墩兩側(cè)面適當(dāng)高程，分別搭設(shè)懸空鋼結(jié)構(gòu)工作平臺(tái)，混凝土澆筑時(shí)提前預(yù)埋定位錐。

(5)錨索安裝采用5t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引、人工配合機(jī)械的方式，加快施工進(jìn)度。

(6)張拉采用主次錨索同時(shí)作業(yè)，保證受力平衡，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，每個(gè)中孔分Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→IV→V→VI序順序進(jìn)行，前5序?qū)崿F(xiàn)6臺(tái)千斤頂同時(shí)作業(yè)，末序孔實(shí)現(xiàn)7臺(tái)千斤頂同時(shí)作業(yè)。

3 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索快速施工技術(shù)

3.1 鋼套管的埋設(shè)

鋼套管環(huán)錨段“U”形管半徑在2.064m～3.65m之間，為了保證加工精度，采用廠家定做產(chǎn)品。利用12t東風(fēng)汽車運(yùn)輸?shù)阶蟀陡叱?102m纜機(jī)卸料平臺(tái)(右岸高程2102m輔助供料平臺(tái))吊運(yùn)入倉(cāng)，利用倉(cāng)內(nèi)的汽車吊安裝就位。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)，計(jì)算出施工坐標(biāo)，上層混凝土澆筑之前，在下層已澆筑混凝土面上標(biāo)示出每根鋼套管的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)于環(huán)形套管部位，增加相應(yīng)錨索最低點(diǎn)控制坐標(biāo)，方便安裝校核。

根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)線，環(huán)錨段鋼套管安裝前焊接安裝固定樣架，防止纜機(jī)立灌卸料撞擊，導(dǎo)致錨索套管錯(cuò)位或者變形。固定樣架立柱采用[14a槽鋼，縱橫向桿采用[10槽鋼焊接形成，[14a槽鋼立柱縱橫向間距均為3.0m，[10槽鋼步距為3.0m，立柱在施工時(shí)搭接部分長(zhǎng)度，保證立柱穩(wěn)定。錨索弧形段采取一次安裝完成，直段先按設(shè)計(jì)位置加固好后同弧形段用法蘭盤(pán)連接。錨索鋼套管的灌漿管路順著錨索鋼套管進(jìn)行安裝。

固定樣架焊接完成后，將鋼套管吊運(yùn)到位，采用∠30角鋼將套管與樣架焊接牢固，立柱的斜向剪刀撐采用[10槽鋼加固。當(dāng)多組同時(shí)安裝時(shí)，單組套管安裝完成后，再采用[10槽鋼橫向連接，并焊接牢固。次錨索套管同樣采用[14a、[10槽鋼加固。

套管安裝好后由測(cè)量進(jìn)行檢查，操作工人根據(jù)偏差進(jìn)行校核，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。校正后進(jìn)行加固，加固完成后再次進(jìn)行檢查，若有偏差再次進(jìn)行校正，直到滿足要求。

3.2 施工平臺(tái)

3.2.1 編錨平臺(tái)

1#、2#、3#中孔錨索鋼絞線從倉(cāng)庫(kù)通過(guò)載重汽車運(yùn)送至左岸2102m平臺(tái)，經(jīng)跨江纜機(jī)分別吊運(yùn)至1#、2#、3#中孔流道底坎適宜位置堆放。

為防止編錨對(duì)流道鋼襯影響，在流道底部鋪彩條布并采用50mm厚木板進(jìn)行無(wú)間歇滿鋪或在流道底部鋪設(shè)防滑墊，上方采用鋼架管搭設(shè)施工平臺(tái)，鋼管φ48.3(δ=3.6mm)，間排距為1.0m×1.5m，步高1.5m，寬1.0m，長(zhǎng)65m，在流道左右側(cè)及上游形成U形的編錨平臺(tái)。每個(gè)流道上下游臨空側(cè)，采用φ48.3mm鋼管、扣件搭建1.5m高度的防護(hù)欄桿，防護(hù)欄桿上掛設(shè)密目網(wǎng)進(jìn)行封閉，防止機(jī)具、人員墜落。

3.2.2 主錨施工平臺(tái)搭設(shè)

(1)排架搭設(shè)

主錨索施工排架立桿橫距1.0m，縱距1.0m，步距1.5m，斜坡面立桿底部預(yù)埋C25鋼筋將立桿固定，滿足立桿的抗滑要求[1]。

(2)保護(hù)平臺(tái)搭設(shè)

在承重排架外側(cè)搭建2.8m寬的保護(hù)平臺(tái)，閘墩混凝土澆筑時(shí)，在距閘墩斜坡面轉(zhuǎn)角0.5m處預(yù)埋M42定位錐+D25-750錨筋，預(yù)埋定位錐時(shí)，外掛14#槽鋼三角架，寬度2.8m，間距1.5m[1]。在保護(hù)平臺(tái)所有臨空面設(shè)置安全護(hù)欄和擋腳板，護(hù)欄高1.2m，并掛密目網(wǎng)封閉。

3.2.3 次錨施工平臺(tái)搭設(shè)

當(dāng)閘墩混凝土澆筑時(shí)，在距閘墩次錨最低高程1.0m處預(yù)埋M42定位錐+D25-750錨筋，定位錐預(yù)埋完成后，外掛14#槽鋼三角架，寬度2.8m，間距1.0m[1]。懸挑排架立桿橫距1.5m，縱距1.0m，步距1.8m。

3.3 穿索牽引系統(tǒng)

卷?yè)P(yáng)機(jī)采用5t慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼繩通過(guò)設(shè)置定滑輪連接至錨索孔口，安裝錨索的孔口部位對(duì)腳手架進(jìn)行局部加固。在每根主錨索低高程端孔口位置設(shè)置插筋，作后期穿索牽引定滑輪固定支撐。插筋選用φ32mm螺紋鋼筋，入巖1.0m，外露0.5m，分別在孔口兩側(cè)各埋設(shè)一根。

3.4 錨索安裝

錨索施工前先進(jìn)行錨索穿索試驗(yàn)，驗(yàn)證技術(shù)可行性及安全可靠性。

主錨索的安裝采用人工結(jié)合慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)的方式進(jìn)行安裝；次錨索的安裝采用人工配合電動(dòng)葫蘆的方式進(jìn)行。錨索安裝時(shí)，推送力要均勻一致，不得使錨索扭轉(zhuǎn)。錨索入孔時(shí)索體的彎曲半徑必須大于3m。

3.5 錨索張拉

3.5.1 張拉方法

主錨索和次錨索采用單根預(yù)緊、整體分級(jí)后張拉法施工。主錨索采用兩端對(duì)稱張拉；次錨索采用單端張拉[2]。

3.5.2 張拉力控制

錨索張拉采用以張拉力控制為主，伸長(zhǎng)值校核為輔的雙控操作方法。鋼絞線的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之差超過(guò)±6%時(shí)，停止張拉，查明原因后才能重新張拉[2]。

3.5.3 補(bǔ)償張拉

錨索張拉完畢后48h內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)錨索鎖定力低于設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)償張拉。在補(bǔ)償張拉前，注意檢查，若發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要查明原因進(jìn)行處理。補(bǔ)償張拉在鎖定值基礎(chǔ)上一次張拉至1.05P，補(bǔ)償張拉次數(shù)不能超過(guò)2次。

3.6 監(jiān)測(cè)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錨索的布置情況，共選擇布置16臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)，用于監(jiān)測(cè)錨索的受力情況，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為：DPzk-1-1～6、DPzk-2-1～5、DPzk-3-1～5。

3.7 閘墩變形監(jiān)測(cè)

為防止在錨索張拉過(guò)程中，閘墩在外加應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，在錨索張拉過(guò)程中，采用一臺(tái)全站儀進(jìn)行閘墩變形監(jiān)測(cè)，同時(shí)跟蹤已經(jīng)張拉完成的錨索測(cè)力計(jì)數(shù)值衰減情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)閘墩變形情況，以便積極采取相應(yīng)的措施[1，3]。

3.8 錨索灌漿

灌漿材料為M45水泥漿，錨索孔道灌漿采用真空灌漿工藝，灌漿壓力0.3MPa～0.5MPa。

4 施工注意事項(xiàng)

(1)確保預(yù)埋鋼套管無(wú)孔洞、避免澆筑時(shí)混凝土進(jìn)入鋼套管內(nèi)，堵塞孔道。預(yù)埋鋼墊板必須與預(yù)埋鋼套管正交、鋼墊板下保護(hù)套管內(nèi)徑符合設(shè)計(jì)要求，鋼墊板下螺旋筋、錨索鋼筋等，也是錨索張拉和鎖定后承力結(jié)構(gòu)。為保證錨索張拉和錨固的安全要求，施工時(shí)鋼墊板安裝位置、規(guī)格尺寸必須符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行混凝土澆筑[4]。

(2)通孔器直徑適應(yīng)不同的孔徑且不小于隔離架尺寸。錨索安裝前，需對(duì)預(yù)埋的鋼套管進(jìn)行通孔檢查。U形錨索通孔檢查采用φ180mm探孔器，以判斷管內(nèi)是否存在堵塞物。若管內(nèi)存在堵塞、殘?jiān)⒌魤K等，清理干凈；若孔內(nèi)存在積水，需采用高壓風(fēng)排干積水。

(3)為避免穿索過(guò)程中錨索破壞，錨索施工前先行開(kāi)展錨索穿索試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證穿索后索體是否破壞、索體是否順直、穿索工藝是否合理及錨索穿索牽引系統(tǒng)是否安全可靠等[5]。

(4)做好泄洪中孔錨索施工原材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)和張拉機(jī)具、設(shè)備的率定(包括千斤頂、壓力表與測(cè)力計(jì)配套的率定報(bào)告)，經(jīng)檢驗(yàn)或率定合格并報(bào)監(jiān)理機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后方可使用。

(5)做好錨索鋼絞線兩端標(biāo)識(shí)，落實(shí)防鋼絞線交錯(cuò)扭轉(zhuǎn)，避免錨索鋼絞線發(fā)生錯(cuò)位或扭轉(zhuǎn)，同時(shí)加強(qiáng)錨索安裝質(zhì)量檢查，若發(fā)現(xiàn)鋼絞線嚴(yán)重錯(cuò)位與扭轉(zhuǎn)，重新安裝。

(6)確保錨索灌漿時(shí)錨頭密封效果，采用在鋼墊板上預(yù)留內(nèi)絲螺栓孔固定封閉鋼罩的方式。

(7)為保證錨索超張拉效果，超張拉力提高至設(shè)計(jì)張拉力的110%。

5 閘墩預(yù)應(yīng)力錨索效果檢查

5.1 錨索灌漿成果

中孔閘墩預(yù)應(yīng)力錨索采用在閘墩混凝土澆筑前預(yù)埋鋼管形成錨索孔道，孔徑為219mm、203mm，合格率100%；實(shí)際灌漿量均大于理論灌漿量，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。見(jiàn)表1所示。

表1 錨索鉆孔、注漿施工成果統(tǒng)計(jì)

5.2 錨索張拉檢測(cè)評(píng)價(jià)

1#中孔閘墩預(yù)應(yīng)力主錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共12束，其中最大負(fù)偏差3.52%，最大正偏差6.00%；次錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共13束，其中最大負(fù)偏差1.90%，最大正偏差5.31%。2#中孔閘墩預(yù)應(yīng)力主錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共12束，其中最大負(fù)偏差2.65%，最大正偏差5.33%；次錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共13束，其中最小偏差1.12%，無(wú)負(fù)偏差，最大正偏差5.89%。3#中孔閘墩預(yù)應(yīng)力主錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共12束，其中最大負(fù)偏差1.92%，最大正偏差6.00%；次錨索張拉伸長(zhǎng)值偏差統(tǒng)計(jì)共13束，其中最大負(fù)偏差3.20%，最大正偏差5.96%。

閘墩預(yù)應(yīng)力錨索鎖定荷載分別為次錨索2520kN、主錨索3990kN，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。錨索張拉成果見(jiàn)表2。

表2 錨索張拉成果統(tǒng)計(jì)

5.3 錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

中孔部位共安裝埋設(shè)16臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為DPzk-1-1～6、DPzk-2-1～5、DPzk-3-1～5。其中設(shè)計(jì)值為3800kN的錨索測(cè)力計(jì)鎖定值介于3811.1kN～4099.0kN，設(shè)計(jì)值為2400kN的錨索測(cè)力計(jì)鎖定值介于2369.7kN～2475.0kN。

截至2020年8月，3800kN的錨索實(shí)測(cè)荷載介于3679.8kN～3979.8kN，占鎖定荷載比率介于96.06%～98.52%；2400kN錨索實(shí)測(cè)荷載介于2379kN～2426.9kN，占鎖定荷載比率介于97.58%～100.39%。監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)表3。

表3 拱壩中孔錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)成果統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

(1)大壩閘墩預(yù)應(yīng)力錨索于2020年6月底完工，后續(xù)通過(guò)錨索測(cè)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)錨索鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)值及測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果，錨索施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)高拱壩超長(zhǎng)、大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索快速施工技術(shù)，通過(guò)實(shí)踐證明，在保證施工質(zhì)量、安全的前提下，降低了施工成本，加快了施工進(jìn)度，是一套較為完善的、成熟的施工技術(shù)，優(yōu)勢(shì)和效果明顯。

(3)高拱壩超長(zhǎng)、大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索快速施工技術(shù)可行、可靠、安全，對(duì)拱壩建設(shè)具有重要意義，同時(shí)也為類似水電站閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合效益顯著，具有推廣價(jià)值。