嘉陵江草街航電樞紐沖沙閘工程預應力錨索施工

李海濱，由廣君，王成遠

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 概述

嘉陵江草街航電樞紐沖沙閘位于17號壩塊和廠房壩塊之間，沿壩軸線方向長度為93.10m，單孔凈寬14.80 m，閘室順水流方向?qū)挾?6.00 m，底板建基面最低高程167.50 m，最大閘高54.00 m，沖沙閘為寬頂堰形，堰頂高程221.50 m，工作閘門為弧形閘門結(jié)構(gòu)，閘門高度是國內(nèi)弧形閘門中之最。

沖沙閘閘墩為預應力閘墩，其邊墩厚度為4.5 m，中墩厚度為4.9 m，閘墩共布置95束主錨索，60束次錨索。其中邊墩布置5行3列共15束預應力主錨索，相應混凝土錨塊內(nèi)布置4行3列共12束預應力次錨索；單個中墩布置5行4列共20束預應力主錨索，混凝土錨塊內(nèi)布置4行3列共12束預應力次錨索。主錨索沿弧門推力方向在立面上呈輻射狀布置，與水流方向平行，其上游端在閘墩預留平孔內(nèi)，下游端在錨塊的下游面上，連接錨塊與閘墩；次錨索沿壩軸線方向布置在錨塊內(nèi)部[1]，見圖1。

2 材料與設備

2.1 材料

預應力鋼絞線采用高強度、低松馳無粘結(jié)鋼絞線（7φ5），強度標準值1 860 MPa，公稱直徑15.2mm。

主錨索兩端采用OVM.M15-45錨具，次錨索兩端采用OVM.M15-18錨具。

圖1 沖沙閘錨塊全貌Fig.1 Theanchor block overview of desilting sluice

隔離架采用高密度聚乙烯材料加工制作，厚度為2 cm，如采用尼龍材料厚度可降至1.5 cm。

2.2 設備

2.2.1 灌漿設備

制漿設備采用高速攪拌機，以提高漿液的均勻性和可灌性。灌漿泵的排漿量滿足錨索孔道的灌漿強度要求，壓力穩(wěn)定，其允許工作壓力大于最大設計灌漿壓力的1.5倍，設計灌漿壓力為0.5～0.7MPa，壓力波動范圍小于灌漿壓力的20%。

2.2.2 張拉機具

張拉前把張拉機具、測力裝置及所需附屬機具準備齊全，進行配套標定，同時繪制壓力表讀數(shù)和張拉關(guān)系曲線，以指導張拉作業(yè)。

千斤頂?shù)臉朔Q張拉力應比錨索的超張拉力大，主錨索設計超張拉力7 800 kN，次錨索為3 120 kN，故主錨索千斤頂采用 YCW900，次錨索YCW500。與張拉機具配套的壓力表精度不低于1.5級，張拉時壓力表讀數(shù)不超過表盤刻度的75%。壓力表采用精度為1.5級60 MPa壓力表。錨索測力計應與錨具、千斤頂相配套，且性能穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定性好。主錨索測力計量程為10 000 kN，1號錨塊上6個，其余4個錨塊每個4個，共22套；次錨索測力計量程為3 000 kN，1號錨塊上6個，其余4個每個2個，共14套。

3 主要施工工藝

沖沙閘錨索為混凝土直線型錨索，鋼絞線為無粘結(jié)鋼絞線，采用后張法施工，超張拉標準為σcon=0.670 4 fptk，即單根鋼絞線的最大張拉力為173.34 kN。

張拉中主錨索分8級張拉至設計張拉力7 800 kN，次錨索分6級張拉至設計張拉力3 120 kN。張拉采用一端張拉另一端固定的方法，整體張拉工藝為單根預緊，整束張拉。張拉順序自上而下，從內(nèi)側(cè)至外側(cè)；先張拉次錨索，后張拉主錨索。

張拉施工以千斤頂與壓力表標定曲線、鋼絞線伸長值雙控的方法進行。錨索測力計同步監(jiān)測，當應力損失大于超張拉力的10%時，應進行補償張拉。

3.1 預埋件安裝及固定

錨索孔道采用預埋鋼管的方式進行成孔，錨管、錨墊板應用支架架立牢固，并能準確地按設計圖紙錨索方向安放，定位支架必須焊接牢固，確保預埋件在混凝土澆筑過程中不發(fā)生變位。確?？椎拦馨惭b位正、順暢、牢固、可靠。

錨管、錨墊板安設時，螺旋筋必須按圖紙定位、固定。澆筑時對固定支架、孔道密封性、暢通性及孔位進行全面檢查，并將兩端孔口臨時封堵保護?；炷翝仓^程中有專人看護，嚴禁沖擊、觸傷或移動孔道管，同時對錨墊板部位重點檢查，杜絕混凝土漏振、不密實現(xiàn)象發(fā)生，后期張拉時此處為應力集中區(qū)，如混凝土不密實極易造成錨墊板破碎、鋼絞線拉斷等。

3.2 錨索制作及編束

主錨索由45根鋼絞線組成；次錨索由18根鋼絞線組成，鋼絞線共147 424.59 m。就近選擇下料場地至關(guān)重要，以方便下步施工。鋼鉸線切斷必須采用砂輪切割機。下料長度應考慮到工作錨板、限位板、工具錨板的厚度以及千斤頂長度的要求，并適當留有余度。

鋼鉸線應進行編號，將鋼絞線平攤于工作臺上，對其進行編號，同根鋼絞線兩端編號應相同。嚴格按設計圖紙要求進行錨索體編制，確保相鄰隔離架之間的鋼絞線順直，不得交叉。隔離架平面應與每根鋼絞線垂直，并用細鉛絲將二者綁牢，扎頭應向內(nèi)。綁扎過程中最好采用非金屬材料，避免錨索使用期發(fā)生金屬腐蝕現(xiàn)象，影響使用壽命。隔離架的正確安放關(guān)系到錨索的下索是否順暢、錨索體是否扭轉(zhuǎn)打絞等。錨索體編制中鋼絞線應一端對齊，排列平順，不得扭結(jié)，綁扎牢固，綁扎間距為2 m。在高空施工等后期安裝錨具不方便的情況下，編索時可將一頭錨具提前編入錨索上，這樣可節(jié)省一半的時間，尤其對45孔錨具，體現(xiàn)尤為明顯，見圖2。

3.3 張拉平臺及腳手架搭設

采用懸挑桁架掛設千斤頂進行張拉作業(yè)。錨塊頂布置2個活動桁架，采用工字鋼結(jié)構(gòu)，底部為槽鋼，槽鋼與錨塊頂插筋焊接，焊接飽滿并在桁架底部預埋鋼絞線對桁架進行鎖定加強。

圖2 錨具提前編入錨索中Fig.2 Theanchor fixture isput in advance to anchor cable

主錨索工作面較好，利用懸挑部分在下游側(cè)搭設工作平臺與防護設施即可，張拉設備掛在懸挑部分進行張拉。次錨索需掛設6 m爬梯，爬梯使用竹夾板搭設工作平臺，并與錨塊二期鋼筋固定，外圍均布置防護網(wǎng)。經(jīng)受力計算，桁架滿足安全及施工要求，見圖3。

圖3 張拉作業(yè)平臺桁架Fig.3 The tension p latform truss

3.4 穿束

錨索穿索采用人工輔以卷揚機、吊車等方法進行，主錨索就位的曲率半徑不小于5 m，次錨索就位的曲率半徑不小于3 m，穿索中不得損害錨索的結(jié)構(gòu)，否則應予更換。錨索入孔時，不得過多的來回抽動錨索體，且送入孔道的速度應均勻，防止損壞錨索體和使錨索體整體扭轉(zhuǎn)。

錨索安裝完畢后，應對外露鋼絞線進行臨時防護，防止雨水或雜物進入預埋管端。錨索安裝完畢后，應及時張拉，不應長期擱置。

3.5 錨夾具等安裝

依次安裝好工作錨板、夾片和限位板，安裝工作錨板，工具錨板均應按孔位編號進行鋼絞線穿孔，不得交叉移位。錨墊板和錨板應對中并相吻合，兩端錨板的孔位應保持一致，不得有相對轉(zhuǎn)角。

3.6 錨索張拉

3.6.1 張拉設備的標定

為保證張拉控制力的準確性，在張拉作業(yè)前須對張拉設備系統(tǒng)（包括千斤頂、油管、壓力表等）進行“油壓值—張拉力”的標定。張拉設備的出力應滿足超張拉要求，其最大出力宜為設計張拉力的150%。同時計算出理論伸長值及每一級設計張拉力的壓力表讀數(shù)，用于指導張拉。安裝測力計（適用于需進行應力監(jiān)測的錨索），測力計與工作錨板同步安裝，且均應與錨索孔道對中[2]。

3.6.2 錨索張拉順序

主錨索：采用一端張拉，另一端固定。張拉端設在混凝土錨塊位置，固定端設在上游預留孔位置。次錨索：采用錨塊左岸側(cè)面張拉，錨塊右岸側(cè)面補償張拉。張拉順序：每個閘墩均要求先張拉水平次錨索，后張拉主錨索。張拉應保證結(jié)構(gòu)受力均衡，避免偏心受力。由于閘墩錨索數(shù)量較多，優(yōu)化張拉程序非常重要。當鄰近的錨索產(chǎn)生應力松弛幅度超過超張拉力的10%時，應進行補償張拉。張拉順序應自下而上，從內(nèi)側(cè)至外側(cè)；先張拉次錨索，再主錨索。

3.6.3 錨索張拉

錨索張拉端設在錨塊端。預緊張拉采用逐根鋼鉸線張拉，其它采用整束張拉。張拉過程如下：

1）原則是實行分級加載和整索張拉。

2） 錨索張拉首先對各股鋼鉸線進行預張拉（從內(nèi)到外對稱進行預緊張拉）。預緊張拉過程中不遺漏，所有預應力錨索需全部預緊完畢后，方可進行整索張拉。

3）錨索的張拉力分級施加，逐級增加至超張拉荷載，持荷10min后鎖定。錨索張拉每級加載后應同步量測其伸長值，鎖定后應量測鋼鉸線滑移量。

4）錨索鎖定后，當錨索的預應力損失超過張拉力的10%時進行補償張拉。補償張拉在鎖定值基礎上一次張拉至超張拉荷載，最多進行2次。

5） 超張拉標準：主錨索 7 800 kN/束（45φ 15.24）；次錨索 3 120 kN/束（18φ15.24）。設計張拉標準：主錨索7 000 kN/束，次錨索2 800 kN/束。

6）張拉加載及卸載應緩慢平穩(wěn)，加載速率每分鐘不宜超過0.1σcon，即主錨索加載速率不宜超過780 kN/min，次錨索加載速率不宜超過312 kN/min；卸載速率每分鐘不宜超過0.2σcon，即主錨索卸載速率不宜超過1 560 kN/min，次錨索卸載速率不宜超過624 kN/min。

7） 錨索張拉鎖定后，夾片錯牙不應大于2 mm，否則應退錨重新張拉。

8） 對于需作補償張拉的錨索，在張拉鎖定3～7 d后應進行補償張拉。補償張拉在鎖定值基礎上一次張拉至超張拉荷載（需結(jié)合觀測資料和施工記錄，由設計、監(jiān)理確認是否進行補償張拉）。

3.6.4 張拉噸位的檢測與控制

張拉值的控制以張拉力控制為主，鋼絞線伸長值作為校核。量測的鋼絞線伸長值必須與計算的伸長值基本相符。伸長值的計算應在張拉前計算好填入表中。計算伸長值與實測伸長值相差超過±6%時，應查明原因并采取相應措施后再繼續(xù)張拉。

結(jié)合作為永久預應力噸位觀測的測力器在張拉時進行觀測，互相校核。

3.7 灌漿

預應力錨索張拉完畢后盡快進行管道灌漿。灌漿前應用壓力水沖洗孔道，排除孔內(nèi)粉渣及雜物。灌漿過程中應注意水泥漿液的泌水過程，要求從上游預留平孔處進漿，待下游端出漿濃度一致時，方可進行屏漿，屏凍壓力0.3 MPa，屏漿30 min后打開放漿孔口，放漿5 min后進行第2次屏漿。第2次屏漿20 min，再打開放漿管道放漿，5min后封閉進漿和放漿孔口，灌漿完畢。

4 施工中存在的問題及處理

4.1 鋼絞線實測伸長值與理論伸長值偏差

多級張拉中，如中間錨固，應分別計算每一級的伸長值，每級相加即得總的伸長值。實際施工中應避免中間錨固，盡量選用活塞伸長量大于理論總伸長值的千斤頂，因為在量測實際伸長值時通常采用簡便的方法量測各級千斤頂活塞伸長量進行相加，施工中由于換頂，鋼絞線回縮、夾片滑移等均能產(chǎn)生誤差，這樣使誤差增大。

根據(jù)工程的實際經(jīng)驗，1 m鋼絞線伸長約7 mm左右，小于10 m的鋼絞線理論與實測伸長值偏差會較大，且越短的鋼絞線張拉完成后應力損失也會越大。實測鋼絞線伸長值時應考慮夾片的滑移量，每個廠家生產(chǎn)的錨具及夾片不同，滑移量一般在6～7 mm左右，張拉前應敲緊夾片減小誤差。同時鋼絞線的質(zhì)量、壓力表的精度、孔道摩擦系數(shù)、混凝土的變形、錨夾具的組裝及變形、外界溫度等均應視情況考慮。

本工程次錨索張拉中鋼絞線實測伸長值與理論伸長值偏差超過6%。次錨索理論伸長值根據(jù)公式計算為61.7 mm，實測時未考慮換頂誤差和夾片滑移量，為72.1 mm，計算偏差值為16.8%遠大于6%。

經(jīng)過分析，由于次錨索長度小于10 m，對誤差較為敏感，只允許偏差3.7 mm。在確定鋼絞線無質(zhì)量問題、千斤頂與壓力表標定無問題、錨夾具安裝無問題、施工操作無問題后，決定采用減小誤差的方法進行再次張拉。

張拉中由于單根鋼絞線預緊完成后，換頂進行整束張拉的時候可能在千斤頂與錨具間存在縫隙，而在量測千斤頂活塞伸長值時，將這部分誤差計算在內(nèi)；其次夾片在初應力下進行張拉時，夾片隨著鋼絞線的回縮會有滑動值。這樣在張拉下束錨索時，第1級單根預緊完成，換頂時量測夾片的外露長度為7mm，做好記錄，張拉完成后量測夾片的外露長度為4 mm，得到夾片滑移量為3 mm。同時換頂時先加荷至第1級的整束張拉力，量測活塞的伸長量為7mm，按照公式計算此時活塞伸長量應為0，那么換頂時產(chǎn)生了7mm的誤差，減去誤差后計算滿足要求[3]。

4.2 錨索測力計值與設計張拉值存在偏差

張拉4號錨塊第1個帶有測力計的次錨索4號-CS13時，實測張拉力小于設計張拉力538 kN。為查找問題，對千斤頂和壓力表進行了二次標定。但張拉第2束帶有測力計的錨索時問題依然存在。經(jīng)現(xiàn)場查看并與多位專家商討，認為錨索測力計與設計值的偏差普遍存在，可能有以下原因：

1）測力計安裝存在微小偏心問題。由于測力計是環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部1圈平均分布6個測力點，當安裝偏心時，產(chǎn)生測值差從而影響測值的準確性。處理方法是在測力計的上下端增加光滑的墊板形成過渡，使局部應力集中通過墊板形成均布荷載，提高測值精度。

2）測力計安裝時與錨索不同軸也會帶來實測值小于真實荷載，可在兩側(cè)墊板上增加限位槽，槽深不小于2 mm。

3）錨索的張拉方式造成數(shù)據(jù)不符。如采用單根逐級張拉方式，即使操作非常精細，其本身荷載都會小于設計值10%～15%或更多。

4） 測力計的安裝會對鋼絞線的張拉產(chǎn)生影響，張拉過程中，錨索測力計發(fā)生彈性變形，所產(chǎn)生應力也反應在千斤頂?shù)膲毫Ρ砩?。即壓力表反應了鋼絞線與測力計的合力，而測力計測值只反應了鋼絞線的應力，造成測值偏小。同時測力計安裝與張拉端產(chǎn)生高程差及距離差也會使測值偏小。

5）千斤頂、壓力表的標定與測力計的標定應在同一實驗室同步進行，盡量減小誤差?，F(xiàn)場可進行千斤頂、壓力表、錨具及測力計的組裝張拉試驗，用測力計指導張拉作業(yè)。

后續(xù)施工中，當千斤頂張拉至設計張拉力時，測力計的讀數(shù)與設計張拉力普遍存在200～300 kN的偏差。錨索張拉規(guī)范中對偏差大小的范圍無明確規(guī)定，現(xiàn)場采用測力計指導張拉的原則，按照測力計的讀數(shù)張拉至設計張拉力，對未達到設計張拉力的進行補償張拉。張拉完成后，根據(jù)錨索測力計的監(jiān)測數(shù)據(jù)得到主錨索應力損失一般在300 kN左右，次錨索應力損失在200 kN左右，均滿足要求。

4.3 鋼絞線發(fā)生剪切斷裂

張拉4號主錨索4號-ZS11至最后一級設計張拉力7 800 kN持荷時，工作錨具與安裝的測力計之間發(fā)生剪切，工作錨具向上方滑動約2 cm，見圖4，使錨索上部5根鋼絞線斷絲。測力計測出的數(shù)值顯示嚴重偏心，數(shù)值小于設計張拉力1 100 kN。

圖4 錨具剪切滑動示意圖Fig.4 Sketch of anchor fixture shearing and sliding

通過對現(xiàn)場錨墊板以及錨具的觀察，發(fā)現(xiàn)以下幾個原因可造成工作錨具與測力計產(chǎn)生相對位移：1）錨墊板在安裝時與錨索管不垂直，中心線存在一定夾角，造成偏心受力。2）整個錨索為弧形發(fā)散結(jié)構(gòu)，設計錨墊板安裝平面本身與錨索管存在微小偏角。3）測力計的內(nèi)徑小于工作錨具的內(nèi)徑4mm，在接觸位置形成刀口，張拉時極易剪斷外圈貼壁的鋼絞線。4）從圖上可看出，測力計與錨墊板設有限位槽，而與工作錨具是光滑連接，無限位槽設計，這樣在滑動初期無力進行約束。

針對以上問題，現(xiàn)場使用45號鋼制作寬6 cm的鋼圈套在工作錨具與測力計之間，避免發(fā)生剪切現(xiàn)象。

5 結(jié)語

預應力錨索由于其自身的優(yōu)點，在邊坡巖石錨固、基礎處理、大壩混凝土、橋梁等工程得到越來越廣泛的應用。目前錨索的張拉工藝、伸長值測量、測力計監(jiān)測及規(guī)范技術(shù)要求等由于工程不同而存在差異，本文對嘉陵江草街航電樞紐工程錨索施工實踐及問題分析處理做簡要介紹，可為類似工程參考。

[1]中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程施工圖設計[R].2005.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Construction drawing design of Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigation-power junction lock project[R].2005.

[2]DL/T 5083—2004，水利水電工程預應力錨索施工規(guī)范[S].DL/T 5083—2004,Specification ofprestressing tendon construction forhydropowerand water conservancy project[S].

[3]GB/T 5224—2003，預應力用混凝土鋼絞線[S].GB/T 5224—2003,Steelstrand for prestressed concrete[S].