大华桥水电站大吨位闸墩预应力锚索整体施工技术综述

王森

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410000

1 工程概况

大华桥大坝预应力锚索布置在9#底孔坝段（桩号：坝0+000.00-坝左0+014.00）。预应力锚索分为主锚索、次锚索及平衡锚索。主锚索共20根，分5层进行布置，每层共4排，每侧2排，布置在EL1425-EL1442.43高程之间，永存吨位为3450KN，每根锚索需采用七丝公称直径d=15.2的高强度低松弛钢绞线24股；次锚索共12根，分4层进行布置，每层3排，布置在EL1436-EL1442高程之间，永存吨位为2500KN，每根锚索需采用七丝公称直径d=15.2的高强度低松弛钢绞线17股；平衡锚索共6根，分3层进行布置，每层2排，布置在主锚索第1、3、5排，每根锚索需采用七丝公称直径d=15.2的高强度低松弛钢绞线24股。锚索采用后装后张拉施工，外锚头采用C35混凝土封堵。

2 锚索整体快速施工工艺

2.1 支撑排架制作

预先加工、安装预应力锚索支撑排架，防止预应力锚索安装时产生偏斜。预应力锚索支撑排架搭设要求：

（1）提前准备相应材料，吊装至预应力锚索施工工作面；（2）测量人员按图纸放点，布置好立杆和底层横杆的位置；（3）根据每层预应力锚索的位置，逐层安装小横杆。

2.2 预应力锚索整根制作

预应力锚索制作主要考虑因素为：

（1）采购符合设计要求的钢绞线、无缝钢管、锚垫板、锚具、挤压套以及其他部件；

（2）选择合适的位置作为预应力锚索整根制作的场地，本项目选择在上坝交通洞内，免去了搭设防雨设置；

（3）细化各类锚索的生产规格，并对制作的锚索进行挂牌标识，防止加工过程中产生误差；

（4）定期对重要加工器具进行校验，例如挤压套工具工作一定数量后，因更换锚具，防止挤压强度不能达到规定要求，从而在张拉的过程中被拉松或拔除；

（5）做好已经加工好的预应力锚索的保护工作，防锈蚀、防外力破坏。

2.3 预应力锚索吊装及固定

待施工现场具备安装条件后，将已完成加工的预应力锚索运至起吊点，通过塔机或者缆机将其吊至安装现场，先人工辅助塔机或者缆机对预应力锚索进行初步定位和暂时加固；然后由测量人员按设计图纸提供的控制点进行校正，同时依靠人工及手动葫芦对其进行微调，最后确定位置无误后，进行多点加固。

2.4 闸墩混凝土浇筑

在以往项目闸墩混凝土浇筑过程中对预应力锚索产生的最大影响有以下两点：

（1）混凝土进入到预埋的套管里面，影响后期锚索安装；（2）混凝土高处下落导致预埋套管变形，导致预应力锚索不能安装至设计规定位置。

大华桥水电站采用预应力锚索整根安装基本可以避免混凝土进入预埋的套管内的风险，由于套管固定位置较多，也降低了浇筑混凝土时将套管砸变性的可能性，仍然需协调混凝土浇筑人员，尽量避免混凝土直接下落至套管上。

2.5 预应力锚索张拉

预应力锚索张拉是闸墩预应力锚索施工过程中最重要的一环，如果该环节出现问题，将直接影响到预应力锚索的受力情况，更严重的结果将导致预应力锚索不能起作用。具体操作，可以通过以下几点进行说明：

（1）张拉条件

待闸墩和弧门支撑大梁混凝土达到28天龄期及混凝土强度达到30MPa以上后即可对锚索进行张拉。

（2）张拉顺序

① 先对锚索各根钢绞线进行预紧张拉后再进行整束锚索张拉；② 先张拉次锚索，后张拉主锚索；③ 先张拉安装有测力计的锚索再张拉一般锚索，锚索张拉时，记录压力传感器的读数、张拉千斤顶的压力表读数以及在不同张拉力下的钢绞线伸长值，张拉时应有监理工程师在现场旁站监理；④ 部位张拉顺序：次锚索→主锚索→平衡锚索；⑤ 同部位锚索张拉顺序应该符合对称、交错张拉原则。

（3）锚索张拉施工

采取一端固定，一端张拉方式进行张拉，固定端安装与张拉端规格型号相同的锚具，安装张拉端测力计及工作锚具，锚具安装完成后即可进行张拉。

① 预紧张拉。对锚索单根钢绞线进行预紧张拉时，先从中心钢绞线开始张拉，再对称张拉内环上的各根钢绞线，最后对外环上的钢绞线对称张拉。② 整束锚索张拉。锚索张拉采用超载持荷稳定及超载安装锁定相结合的张拉施工方法。各主锚索的永存吨位为3450KN，控制张拉吨位为3820KN，超张拉吨位为4110KN；各次锚索的永存吨位为2500KN，控制张拉吨位为2765KN，超张拉吨位为2995KN；各平衡锚索的永存吨位为3450KN，控制张拉吨位为3820KN，超张拉吨位为4110KN；当监测锚索测力计测得的拉力小于设计拉力值时，在确保混凝土不被拉裂破坏的前提条件下再根据实际情况适当增大超张拉系数进行张拉或进行补偿张拉。锚索整束张拉时分阶段增加荷载，增载不宜过快，增载速率每分钟不超过设计应力值的1/10为宜，即：

1）次锚索拉力分级为：

25%P→50%P→75%P→100%P→108.32%P，P为设计拉力，即：691.25KN→1382.5KN→2073.75KN→2765KN→2995 KN（超载锁定）。增载至每个张拉力级时，均持荷稳压5min，张拉至超张拉力2995KN时持荷稳压10min，即可锁定。

2）主锚索拉力分级为：

25%P→50%P→75%P→100%P→107.59%P，P为设计拉力，即： 955KN→1910KN→2865KN→3820KN→4110KN（超载锁定）。增载至每个张拉力级时，均持荷稳压5min，张拉至超张拉力4110KN时持荷稳压10min，即可锁定。

3）平衡锚索拉力分级为：

25%P→50%P→75%P→100%P→107.59%P，P为设计拉力，即： 955KN→1910KN→2865KN→3820KN→4110KN（超载锁定）。增载至每个张拉力级时，均持荷稳压5min，张拉至超张拉力4110KN时持荷稳压10min，即可锁定。

（4）张拉伸长值控制

锚索的张拉力以安装在油泵上的压力表指示的中值为准，在张拉过程中的每级拉力下持荷稳定时，用钢板尺在同一个量侧基准点量测一次钢绞线的伸长值，以用于校核张拉力，实际量测的钢绞线的伸长值须与理论计算的伸长值基本相符，当实际量测的伸长值大于理论计算值的10%或小于理论计算值的5%时，应暂停张拉，待查明原因并采取相应措施，予以调整后方可恢复张拉。

2.6 预应力锚索控温水泥浆液灌浆

预应力锚索灌浆的主要目的是利用锚固浆液将锚索管道内的空气排尽，从而防止预应力锚索受氧化锈蚀，具体灌浆操作方式如下：

（1）锚索张拉工作结束并由监理工程师检查确认锚索预应力已达到稳定的设计值后，即可对锚索孔道进行灌浆，注浆前先用水泥砂浆将锚固端及张拉端锚具包裹封堵，以防止水泥浆液从夹片间隙流出孔外；

（2）通过检测施工周边环境温度，确定水泥浆液灌浆温度（当环境温度为10°～20°时，浆液温度控制在低于环境温度5°；当环境温度在20°以上时，浆液温度控制在低于环境温度10°），采取一定措施（如冰水等）配置相应温度的浆液；

（3）待水泥砂浆达到一定强度后，再用灌浆泵通过注浆管路从锚固洞内主锚索锚固端锚垫板上预留的灌浆孔将新鲜的0.5∶1浓水泥浆泵入孔内，待从张拉端孔口冒出的浆液浓度与进浆浓度相同时即可停止注浆。待凝24小时之后，待水泥浆液凝结之后，再从张拉端锚具灌浆口进行补充灌浆，次锚索可在任意端进行灌浆，回填灌浆材料为强度等级42.5Mpa的普通硅酸盐水泥。为提高水泥浆液的流动性，可在水泥浆液内根据试验配方掺加减水剂，水泥浆液标号为M40。

（4）灌浆结束标准。①灌浆量大于理论吸浆量；②回浆量比重不小于进浆量，且稳压30min，钢管内不再吸浆，即进、排浆量一致。

（5）每次灌浆时，浆液制作好后提取3组的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，标准养护28d，检查其抗压强度，作为评定水泥浆质量的依据。

3 关键施工技术

（1）在大华桥水电站优化改进传统锚索钢套管、钢绞线安装方式，即在工厂预先将编束完成的锚索穿入钢套管，并通过高强度挤压套及相关挤压工具，提前对闸墩预应力锚索的一段进行固定，制作形成锚索、钢套管、锁定装置整体组装件，保证了预应力闸墩锚索可以整根在车间制作，通过预装方式提高了锚索组装质量，免去了后期张拉预应力孔洞和部分二期混凝土的施工，同时免去了高空、高危的穿索施工工序，同时保证了施工质量。

（2）对于锚索、钢套管整体组装件，可利用目前先进的吊装设备（缆机、塔机、吊车等），对整根预应力锚索（包含套管重约2t）进行整体吊装，省去了以往施工中分别进仓安装套管的工作。由于锚索采取整体预制、预装技术，取消了传统闸墩锚索需设置的坝体交通廊道和锚固端竖井结构，避免了交通廊道和锚固端竖井对坝体结构的削弱，提高了锚索周围坝体应力分布条件，有利于坝体结构的稳定和安全运行。传统施工中，锚固端交通廊道和竖井结构在锚索施工完成后回填混凝土和回填灌浆，通常情况下大坝已经下闸蓄水，遇到大坝泄洪时，回填混凝土和灌浆施工难度相当大，采取该项目锚索整体预制快速安装技术，也可避免以上问题。

（3）闸墩锚索张拉完成后对锚索钢套管进行水泥灌浆，创新采用了控温水泥浆液灌浆工艺，根据物理学热胀冷缩的原理，通过检测不同温度的水泥浆液其化学反应后的最终温度，选择合理的浆液温度，从而通过降低水泥浆液温度的控温水泥浆液灌浆实现减少闸墩锚索应力损失，确保预应力闸墩的整体结构稳定，其主要的温度-长度计算公式为：

ΔL=α（T-T0），

式中：ΔL——温度变化时索体长度的变化值；

T0——钢绞线初始温度值；

T——水泥浆液水化反应后的温度值；

α——钢材的温度膨胀系数。

4 结束语

大华桥水电站大吨位闸墩预应力锚索施工中，对以往预应力锚索施工方法存在的弊端进行分析研究，并针对这些原因完善施工工艺和制定相应的控制措施来消除原方法的不足之处。具体从减少预应力闸墩锚索施工过程中混凝土浇筑与预应力锚索预埋管的埋设之间的冲突、避免后期闸墩形成后再穿索的困难等方面进行控制，实现精确埋管、快速安装、合理张拉、及时回填等所有工序的快速施工技术。采用挤压套将锚索的一端固定，另一端提前预紧，并做好防水处理，从而可以取消预留张拉孔及相应的二期混凝土浇筑。通过以上技术的应用，节约了大量工期及施工成本，其一些做法和改进的成功实践经验，可作为类似工程参考。