楊房溝水電站拱壩泄洪中孔出口閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

帥悅熹，吳政緦

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

1.1 工程簡介

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上，是雅礱江中游河段一庫七級(jí)開發(fā)的第六級(jí)，楊房溝水電站的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，電站總裝機(jī)容量1500MW，安裝4臺(tái)375MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程。壩址控制流域面積80880km2，多年平均流量896m3/s。水庫正常蓄水位2094m，死水位2088m，總庫容為5.1248億m3，調(diào)節(jié)庫容為0.5385億m3，其擋水建筑為混凝土雙曲拱壩，最大壩高155m，壩頂高程2102m。

1.2 泄洪中孔出口閘墩預(yù)應(yīng)力錨索布置形式

壩體共計(jì)分為17個(gè)壩段，拱壩泄洪中孔布置共計(jì)3孔(8#壩段為1#孔、9#壩段為2#孔、10#壩段為3#孔)，1#、3#孔工作弧門設(shè)計(jì)水頭為70m，2#孔設(shè)計(jì)水頭為68m，最大弧門推力為46200kN，采用預(yù)應(yīng)力閘墩錨固設(shè)計(jì)，在泄洪中孔出口閘墩上布置預(yù)應(yīng)力錨索，除監(jiān)測錨索采用無粘結(jié)型錨索外，閘墩錨索均采用有粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索。錨索形式包括U形主錨索及直線形對穿次錨索，其中主錨索(U型錨索)設(shè)計(jì)噸位3800kN(24根鋼絞線)，單個(gè)閘墩布置12索，合計(jì)36索，主錨索在立面上呈輻射狀布置，以弧門推力中心線為基準(zhǔn)向兩側(cè)擴(kuò)散；在支撐大梁上布置次錨索(直線型錨索)設(shè)計(jì)噸位2400kN(14根鋼絞線)，單個(gè)閘墩布置13索，合計(jì)39索。

2 施工布置

施工人員通行及小型配件、材料運(yùn)輸主要通過壩后接縫灌漿形成的水平棧橋、垂直轉(zhuǎn)梯等通道進(jìn)入施工部位。

大型材料(預(yù)埋鋼管、加固支架、油泵及千斤頂、架管、鋼絞線、灌漿泵、卷揚(yáng)機(jī)等)主要通過跨江纜機(jī)進(jìn)行材料運(yùn)輸。

3 主要施工程序及方法

3.1 錨索施工程序

錨索施工程序見圖1。

圖1 錨索施工程序

3.2 施工平臺(tái)

3.2.1 編錨平臺(tái)搭設(shè)

利用泄洪中孔出口閘墩頂部平臺(tái)及主錨施工排架頂部平臺(tái)。相鄰閘墩之間的間隙鋪設(shè)C14槽鋼，間距1m，槽鋼鋪設(shè)時(shí)槽口應(yīng)向下，并采用插筋與閘墩混凝土固定。插筋設(shè)置：采用電鉆在混凝土表面鉆孔，孔內(nèi)插入C25mm、L=45cm螺紋鋼筋，并灌注高標(biāo)號(hào)水泥砂漿，鉆孔孔深25cm，插筋外露20cm，外露端與槽鋼焊接。編錨場形成后，在場內(nèi)鋪設(shè)一層5cm厚木板，并在編錨平臺(tái)所有臨空面設(shè)置安全護(hù)欄和擋腳板，護(hù)欄高1.2m。

圖2 編錨平臺(tái)平面布置示意

3.2.2 主錨施工平臺(tái)搭設(shè)

主錨索施工排架寬度及長度根據(jù)閘墩結(jié)構(gòu)確定，排架立桿橫距1.0m，縱距1.0m，步距1.3m～1.6m，斜坡面立桿底部預(yù)埋定位錐，將立桿固定，以滿足立桿的抗滑要求。承重排架頂部滿鋪5cm厚木板，作為編錨平臺(tái)的一部分。

圖3 主錨施工排架搭設(shè)示意

圖4 主錨保護(hù)平臺(tái)布置示意

在承重排架外側(cè)搭建2.8m寬的保護(hù)平臺(tái)，保護(hù)平臺(tái)修建于承重排架正下方。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)，外掛型鋼三角架，寬度2.8m，間距1.5m。三角架采用[14槽鋼作為懸挑梁，[14槽鋼作為斜撐，懸挑梁面層間隔布置[12槽鋼和φ48×3.5mm鋼架管將其連接成為整體，并滿鋪5cm厚木板。

3.2.3 次錨施工平臺(tái)搭設(shè)

次錨懸挑平臺(tái)修建于閘墩兩側(cè)次錨正下方，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，預(yù)埋定位錐時(shí)，外掛型鋼三角架，寬度2.8m，間距1.0m。三角架采用[14槽鋼作為懸挑梁，[14槽鋼作為斜撐，懸挑梁面層布置[12槽鋼將其連接成為整體。

懸挑排架長度及高度根據(jù)次錨索分布情況確定，排架立桿橫距1.5m，縱距1.0m，步距1.8m。

圖5 次錨施工排架搭設(shè)示意

3.3 預(yù)埋件安裝

在進(jìn)行鋼套管安裝過程中，需預(yù)埋錨索安裝牽引鋼繩，隨倉號(hào)澆筑進(jìn)展進(jìn)行延伸，牽引鋼繩預(yù)埋長度較錨索長度長10m。進(jìn)漿鋼管布置于環(huán)錨段底部向上約10cm處，隨混凝土澆筑進(jìn)展進(jìn)行延伸。在預(yù)埋管兩個(gè)端頭部位，按施工圖紙預(yù)埋鋼墊板、螺旋鋼筋、回漿管、保護(hù)套管、橡膠墊圈等預(yù)埋件，導(dǎo)向管與鋼墊板應(yīng)垂直焊接牢固，并清理干凈鋼管內(nèi)留有的焊渣。鋼墊板與錨孔軸線應(yīng)保持垂直，其誤差不得大于0.5°。預(yù)埋過程中，注意對鋼套管和進(jìn)、回漿管的密封保護(hù)，鋼套管可采用保護(hù)鋼罩進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)、回漿管可采用保護(hù)帽進(jìn)行保護(hù)，防止異物及混凝土漿液進(jìn)入管內(nèi)堵塞管道。錨索安裝前，需對預(yù)埋的鋼套管進(jìn)行通孔檢查并進(jìn)行管道清理。

3.4 錨索制作

錨索制作擬在泄洪出口閘墩頂部平臺(tái)及通往壩后的棧橋上，利用架管形成的錨索編索平臺(tái)上進(jìn)行。

錨索下料長度=錨索實(shí)際長度(預(yù)埋管長度)+錨具厚度+錨索外露端長度。根據(jù)實(shí)際情況，各主、次錨索兩端均外露不小于1.3m(考慮測力計(jì)厚度)。

U型主錨索環(huán)錨段不設(shè)置隔離支架，采用無鋅鉛絲捆扎，捆扎間距2m；U型主錨索直線段設(shè)置隔離支架，間距1m～2m(其中中間部位間距2m，端頭2m范圍加密至1m)，隔離支架之間綁扎無鋅鉛絲；直形次錨索全段設(shè)隔離支架，間距2m，隔離支架之間綁扎無鋅鉛絲。隔離支架間距允許誤差不大于50mm。

編束時(shí)，應(yīng)先將鋼絞線理順后再行綁扎，鋼絞線要排列平順，錨索兩端頭鋼絞線編號(hào)應(yīng)沿弧門推力方向，呈對稱布置錨索保證鋼絞線不扭曲、不錯(cuò)位。

同一鋼絞線兩端用同一顏色的油漆做好標(biāo)記，以便穿索時(shí)可檢查錨索是否扭轉(zhuǎn)、平順。在錨索安裝完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查兩端各根鋼絞線的對應(yīng)關(guān)系，如發(fā)現(xiàn)鋼絞線間有嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)或錯(cuò)位，則應(yīng)將錨索拉出后重新安裝。

錨索牽引安裝方面，采用自鎖裝置，配合卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行錨索的牽引安裝。

錨索編索成束后，及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，合格后及時(shí)進(jìn)行安裝。

3.5 錨索安裝

錨索施工前進(jìn)行錨索穿索試驗(yàn)，驗(yàn)證U型管及錨索索體、安裝工藝的合理性及錨索穿索牽引系統(tǒng)的安全可靠性。

主錨索的安裝采用人工結(jié)合慢速卷揚(yáng)機(jī)的方式進(jìn)行安裝。將預(yù)埋的鋼絲繩一端利用繩卡連接錨索牽引端導(dǎo)向帽位置，另一端與卷揚(yáng)機(jī)預(yù)留的鋼繩連接。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。

次錨索的安裝采用人工配合電動(dòng)葫蘆的方式進(jìn)行。

3.6 錨索張拉

錨索張拉前確保已對錨索端頭混凝土進(jìn)行檢查，對發(fā)現(xiàn)的施工質(zhì)量缺陷處理完畢。

3.6.1 錨具安裝

在安裝錨具前，用預(yù)應(yīng)力鋼絞線專用水溶性油脂潤滑錨墊板。

錨具、夾片安裝時(shí)，必須徹底清掃鋼絞線、錨具的錐孔和夾片牙形，不得有油脂、鐵屑、泥沙等雜物。

依次安裝好工作錨具、工作夾片和限位板，每個(gè)錨孔各裝入一套夾片，并輕輕打齊，夾片上不允許沾有灰塵，并使鋼絞線按相應(yīng)的編號(hào)和位置穿過工作錨具，工作錨具應(yīng)和錨墊板對中并相吻合。

安裝千斤頂之前先檢查工作錨具與預(yù)埋套管是否對齊，每個(gè)錨孔是否安裝好夾片。之后依次安裝液壓頂壓器、千斤頂，在千斤頂尾部安裝工作錨具。工作錨具安裝前錨具錐孔可涂抹一層厚約1mm的退錨靈，以便張拉完畢后能自動(dòng)松開。

工作錨夾片外表面視需要涂退錨靈，對準(zhǔn)錨孔后將夾片裝入，并用配套工具輕輕敲緊。

3.6.2 錨索張拉

錨索入孔后，對外露鋼絞線進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)，張拉作業(yè)應(yīng)控制在15d內(nèi)進(jìn)行，以避免鋼絞線銹蝕。

3.6.2.1 張拉方法

主錨索和次錨索均采用后張拉法施工，即先架設(shè)預(yù)埋鋼套管，待主、次錨索閘墩混凝土全部澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)齡期和設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再張拉。采用單根預(yù)緊、整體分級(jí)張拉法。主錨索采用兩端對稱張拉；次錨索采用一端夾片鎖定，另一端單端張拉的方式進(jìn)行張拉。

3.6.2.2 張拉順序

(1)先張拉監(jiān)測錨索，再張拉非監(jiān)測錨索。

(2)主次錨索分序張拉施工，張拉原則為：先次后主、對稱張拉。

(3)閘墩主錨索施工程序：

材料進(jìn)場檢驗(yàn)、驗(yàn)收→錨束制作→錨束驗(yàn)收預(yù)埋鋼套管→閘墩混凝土澆筑 ?清洗預(yù)埋管道→下索→張拉→鎖定→檢查錨索荷載損失情況→管道灌漿→錨索鎖定荷載檢查→驗(yàn)收

(4)閘墩次錨索施工程序：

材料進(jìn)場檢驗(yàn)、驗(yàn)收→錨束制作→錨束驗(yàn)收預(yù)埋鋼套管→支撐大梁混凝土澆筑 ?清洗預(yù)埋管道→下索→張拉→鎖定→檢查錨索荷載損失情況→管道灌漿→錨索鎖定荷載檢查→驗(yàn)收

(5)錨索按照：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→IV→V→VI序順序進(jìn)行，同一次序張拉錨索必須采用分級(jí)加載，所有同次序錨索每一級(jí)加載完成后方可開始下一級(jí)加載。以1#中孔為例，張拉順序如下：(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)。詳見圖6。

圖6 錨索張拉分序圖

3.6.2.3 預(yù)應(yīng)力錨索張拉(單根預(yù)緊、整體分級(jí)張拉)

單根預(yù)緊采用YDC250Q型液壓千斤頂；整體張拉千斤頂選用YCW650型液壓千斤頂。

3.6.3 閘墩變形監(jiān)測

為防止在錨索張拉過程中，閘墩在外加應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，擬在錨索張拉過程中，引進(jìn)一臺(tái)全站儀進(jìn)行閘墩變形監(jiān)測，同時(shí)跟蹤已經(jīng)安裝、并張拉完成的錨索測力計(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。

3.7 錨索灌漿

錨索孔道灌漿采用真空灌漿工藝，灌漿壓力0.3MPa～0.5MPa，灌漿材料為M45水泥漿。在錨索灌漿正式施工前選擇觀測錨索(1～2束)做錨索真空灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)。

3.7.1 水泥性能要求

漿液中必須摻加真空灌漿外加劑，漿液性能應(yīng)滿足以下要求：水泥漿液水灰比宜采用0.38～0.45，要求漿液3h后的泌水率控制在2%，泌水應(yīng)在24h內(nèi)全部被漿體吸收。漿液應(yīng)攪拌均勻，流動(dòng)性好，流淌直徑不應(yīng)小于150mm，純水泥漿的攪拌時(shí)間不小于30s。漿液溫度應(yīng)保持在5℃～40℃之間。具體施工配合比按照經(jīng)試驗(yàn)室報(bào)批的配合比施工。

3.7.2 真空灌漿施工

3.7.2.1 管路連接

真空灌漿施工管路連接見圖7。

圖7 真空灌漿施工管路連接示意

3.7.2.2 真空灌漿施工

(1)確定灌漿端及抽真空端，按圖7連接好管路。

(2)管道真空度檢查：啟動(dòng)真空泵抽真空，真空度要求控制在-0.08MPa～-0.1MPa，停泵約1min，若壓力保持不變即可認(rèn)為孔道能達(dá)到并維持真空。

(3)啟動(dòng)灌漿泵，待灌漿泵輸出的漿體滿足要求時(shí)，將送漿管路連接在進(jìn)漿管上開始灌漿。

(4)灌漿過程中，真空泵保持連續(xù)工作。

(5)待抽真空端的空氣濾清器中有漿體經(jīng)過時(shí)，關(guān)閉空氣濾清器前端的閥門(閥4)，隨后打開排氣閥(閥3)，當(dāng)漿體從排氣閥順暢流出，且濃度與灌入的漿體相當(dāng)時(shí)，關(guān)閉抽真空端的所有閥門(閥2、閥3、閥4)。

(6)繼續(xù)灌漿施工。工作壓力達(dá)到0.3MPa～0.5MPa，繼續(xù)灌注1min～2min。

(7)關(guān)閉灌漿泵及灌漿端閥門(閥門1)，灌漿結(jié)束。

(8)拆除外接管路、附件，清洗空氣濾清器及閥門。

3.8 封錨

(1)張拉鎖定結(jié)束后，將錨具外10cm外多余的鋼絞線切除。

(2)再對封錨表面進(jìn)行鑿毛，將錨頭封錨范圍內(nèi)的油脂等異物清洗干凈后，采用C35混凝土(0.5m厚)對錨頭進(jìn)行保護(hù)，具體結(jié)構(gòu)如圖8所示(尺寸以mm計(jì))。

圖8 封錨結(jié)構(gòu)示意

(3)混凝土澆筑完后，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面經(jīng)常濕潤。低溫季節(jié)應(yīng)采取嚴(yán)格保溫措施，以防凍裂，可適當(dāng)延長拆模時(shí)間。

3.9 錨索質(zhì)量檢查與試驗(yàn)

3.9.1 錨索質(zhì)量檢查

(1)每批鋼絞線到貨后的材質(zhì)檢驗(yàn)。

(2)預(yù)應(yīng)力錨索安裝前，每個(gè)錨孔清孔質(zhì)量的檢查。

(3)預(yù)應(yīng)力錨索安裝入孔前，每根錨索制作質(zhì)量的檢查。

(4)預(yù)應(yīng)力錨索灌漿前，抽樣檢驗(yàn)漿液試驗(yàn)成果和對現(xiàn)場灌漿工藝進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。

(5)預(yù)應(yīng)力錨索張拉工作結(jié)束后，對每根錨索的張拉應(yīng)力和補(bǔ)償張拉的效果進(jìn)行檢查。

3.9.2 錨索試驗(yàn)

(1)在錨索正式張拉前選擇觀測錨索做受力性能試驗(yàn)。

(2)受力性能試驗(yàn)所用錨夾具、張拉機(jī)具及施工工藝應(yīng)與工程實(shí)際采用的相同。

(3)性能試驗(yàn)的張拉力值以測力計(jì)讀數(shù)為準(zhǔn)。試驗(yàn)前，測力計(jì)必須與千斤頂、壓力表配套標(biāo)定。

(4)性能試驗(yàn)束的伸長值、錨束受力的均勻性和摩阻力損失等參數(shù)均應(yīng)在分級(jí)張拉中同步測量。

3.10 錨索監(jiān)測

錨索測力計(jì)用于測量巖土體等結(jié)構(gòu)物支護(hù)錨索軸向荷載，并與錨索測力計(jì)配套，安裝埋設(shè)。

4 總結(jié)

為保障大壩泄洪中孔出口閘墩后期運(yùn)行安全穩(wěn)定性，楊房溝水電站拱壩中孔出口閘墩采用了預(yù)應(yīng)力錨索加固方案。因其施工屬高危作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，施工進(jìn)度受其他壩段混凝土施工所限制，在滿足施工質(zhì)量及工期要求的前提下，施工平臺(tái)采用懸挑結(jié)構(gòu)，閘墩混凝土澆筑時(shí)穿插預(yù)埋件施工，隨混凝土逐層升高加固，降低了后續(xù)施工平臺(tái)搭設(shè)難度及安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了施工工期，為大壩相關(guān)節(jié)點(diǎn)的順利實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的保障。