落久水利枢纽工程闸墩锚索应用

覃志年

（柳州市农业基础设施投资集团有限公司，广西 柳州 545001）

1 工程概况

广西落久水利枢纽工程以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电和航运等综合利用。与柳江上游拟建的洋溪水利枢纽工程联合调度，使柳州市城区的防洪标准从50年一遇提高到100年一遇。

主坝的溢流坝段总长79.0 m，布置在河床中左侧，采用胸墙式泄水闸的断面布置。共设5孔，每孔设有弧型闸门控制泄流，孔口尺寸为10.0 m×12.0 m，闸墩采用预应力结构，泄洪孔中墩厚4.0 m，边墩厚3.5 m，锚块高度为6.0 m，宽度为5.0 m。弧门向下游水平总推力标准值为47 571.4 kN，垂直闸墩的侧推力标准值为1 319.2 kN。主锚索在闸墩立面上呈辐射状扇形布置（见图1），主锚索合力作用线通过弧门支铰中心。中墩采用两侧对称布置形式，每侧2 排5 层，共20 根；边墩采用两侧非对称布置形式，临水侧2排5层，非临水侧1排3层，共13根。弧门支座锚块布置3排4层次锚索。

图1 闸墩预应力锚索布置示意图

闸墩主锚索单束由36根1×7Φ15.2高强度低松弛钢绞线组成，强度标准值1860 N/mm2，单束永存吨位不小于5060 kN，锁定吨位为5860 kN；锚块次锚索单束由1 根Φ75 高强螺纹钢筋组成，强度标准值1030/mm2，单束永存吨位不小于2370 kN，锁定吨位为2850 kN。

2 设计优化的过程

（1）主锚索设计优化。经咨询有关专家和预应力锚具生产，均认为前期计算时张拉控制应力已取到规范规定的上限值，从安全的角度应该适当降低张拉控制应力的取值，增加每束锚索钢绞线的数量更加合理，对结构安全更加有利。根据类似工程经验和有限元计算，重新调整了张拉控制应力取值，每束主锚索中钢绞线数量由原设计的30 根变更成36根。

（2）次锚索设计优化。初步设计时，由于当时规范推荐的高强螺纹钢筋最大直径只有Φ50，该直径无法满足本工程的设计需求，只能选用钢绞线。在实施过程中，Φ75高强螺纹钢筋已成功在港珠澳大桥等多个国家重要工程中成功使用。考虑到本工程闸门推力较大（广西目前同类型水利工程最大），单束锚索预应力强度等级较高，为更好地控制施工质量，提高结构安全度，推荐将次锚索由钢绞线变更成Φ75高强螺纹钢筋，同时为了提高次锚索的安全富裕度，永存预应力由原来1530 kN 提高至2370 kN。

3 施工过程

预应力锚索施工技术性、专业性较强，施工前进行详细的图纸会审及技术交底，并在锚索相关配件生产厂家的指导下由专业施工队伍进行施工，确保施工质量。

闸墩预应力锚索的施工程序依次为：预埋钢管（安装定位管）、浇筑闸墩和锚块混凝土、锚索安装、先施工次锚索、再施工主锚索、锁定固定端、张拉（补偿张拉）、锁定张拉端、钢管内注浆、封锚混凝土浇筑。其中次锚索为高强螺纹钢筋，施工程序依次为：高强螺纹钢筋临时定位、预埋、张拉高强螺纹钢筋、孔道内注浆（监测索孔道内注建筑油脂）、封锚混凝土浇筑。

3.1 主锚索施工

3.1.1 主锚索预埋件安装

主锚索预埋件由预埋钢管、加劲肋、Ф15 螺旋筋、钢垫板、Ф273预埋钢管等。

（1）首先进行测量定位、放线并做好标记。

（2）安放3 m固定门架及4 m调节门架，用塔吊将预埋钢管吊装到固定门架上，用调整门架吊起预埋管活动端，调整好预埋管的延伸角度，将固定端在闸墩钢筋上焊接固定，固定门架处用脚手架管扣夹紧。

（3）按以上顺序循环安装完每个闸墩的预埋管，再将预埋管在闸墩钢筋网上焊接固定，撤走固定门字架。

（4）浇筑混凝土过程中应有专人看护，严禁冲击、触伤或移动钢管，确保两两端孔口进行临时封堵保护。

3.1.2 主锚索的组装及安装

主锚索单束由36 根1×7Φs15.2 高强度低松弛钢绞线组成，钢绞线满足《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2014）的要求。

钢绞线下料工艺流程：选取场地及场地清理铺垫→放线架及索盘放置到位→丈量、下料→堆放覆盖等待组装、穿束。

钢绞线下料完毕后，各根钢绞线按照锚索结构设计釆用隔离架集束。集束完成后在端头处用钢管楔形头包好，防止在穿束过程中碰到预埋管壁后冲散。

锚索制作完成后，进行外观检验，并签发合格证。组装好的锚索应按编号整齐、平顺地存放在距地面20 cm 以上的支架或垫木上，不得叠压存放。锚束存放场地应干燥、通风，不得接触硫化物、氯化物、亚硫酸盐、亚硝酸盐等有害物质，并避免杂散电流。

利用塔吊调运钢绞线至预埋管口附近，从张拉端管口往下进行穿束，钢绞线在下端管口露出后，在适当的距离，用门字架和手拉葫芦代替塔吊，释放塔吊吊运下一束钢绞线，同时安装好张拉端钢绞线工作锚板，打好夹片，再装上一块限位板，以防止在装固定端工作锚板时，夹片松脱导致钢绞线坠落。

3.1.3 主锚索的张拉

对锚索预埋钢管施工进行验收，合格后才能进行该道工序的施工。对所有上岗操作人员进行认真的专业技术培训；作业区做好场地清理和安全措施、机具设备检查等准备；测力计与工作锚同步安装，且均与锚索孔道对中。

当闸墩混凝土均达到设计强度后，开始主锚索张拉施工，在闸墩锚块位置单端张拉。先利用240Q千斤顶进行单根预紧，后再进行整体张拉。张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一直，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物。张拉流程：240Q千斤顶进行单根预紧→安装限位板→安放YCW650A千斤顶→安装工具锚板→油泵及油表安装→分级张拉→读数→卸荷、千斤顶回程→拆除张拉设备→下束张拉。

在同一闸墩上锚索张拉次序采用对称、跳束、分级同步张拉的方法，原则是先中间、后两侧，逐步扩散，对称均衡进行。锚索张拉时，严格按照张拉操作规程进行，加载速度要平缓，速率控制在设计预应力值的10%/min，卸荷速率控制在设计预应力值的20%/min。整体张拉分六级进行，第一级张拉力为20%设计张拉力，第二级张拉力为25%设计张拉力，第三级张拉力为50%设计张拉力，第四级张拉力为75%设计张拉力，第五级张拉力为100%设计张拉力，第六级张拉力为103%～105%设计张拉力，当达到各级张拉力时，均持荷5 min 以上。当第六级张拉力持荷稳压稳定30 min 以上后，可锁定锚索。锚索锁定后测回缩量，实测回缩量不应大于5 mm。

工程采用以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法。锚索张拉每级加载后同步测量锚索伸长值，锁定后测量预应力钢绞线的滑移量。当锚索张拉实测伸长值超出理论计算伸长值±6%时，停机检查，待查明原因并釆取相应措施后，方可恢复张拉。

锚索张拉完毕后48 h内，发现预应力损失超过设计张拉力的10%时，则必须进行补偿张拉，补偿张拉吨位应为稳定锁定吨位，最多进行两次，在补张拉过程中，当临近锚索产生应力松弛的幅度超过设计张拉力的10%时，也需进行补偿张拉。当预应力增幅大于设计张拉力的20%时，应釆取卸荷措施。

锚索张拉锁定后夹片错牙不大于2 mm，否则退锚重新进行张拉。锚索如需放张退锚，釆用相应的退锚器进行退锚。

张拉过程中每一级要进行测量和记录，测每一级张拉后的活塞伸长值，及时校核测量数据，进行现场分析，确定无异常后，方可进行下一步的工作。

3.1.4 主锚索灌浆及防护

（1）灌浆前的准备工作。为减少锚索预应力损失，经监理工程师批准并在补偿张拉完毕后72 h内进行管道灌浆。检查抽压浆泵的工作性能。灌浆前抽除孔内积水，清洁孔道。浆液制备和浆液的质量要符合设计要求。

（2）灌浆施工。①灌浆从张拉端向固定端方向进行，即进浆口设在张拉端，出浆口亦设在张拉端，因高差引起的浆液静力压强有利于压浆质量的保证。锚索钢管段灌浆釆用全孔一次灌浆。②为保证管道内所压浆体的密实度，压浆过程中，在出浆口处观察所出浆体的浓度情况，确保出浆口处所出浆体和进浆口处浓度一致，保证管道压浆的密实度。压浆过程中及压浆后48 h内，结构物混凝土的温度不得低于5℃，否则采取保温措施。压浆中途发生故障、不能连续一次压满时，立即用压力水冲洗干净，使孔道通畅，待故障处理后再重新进行压浆。

（3）封锚及防护。预应力锚索锚头部位多余钢绞线切割和封孔灌浆完成后3 d之内对锚头进行封锚保护。锚头的封锚保护要符合以下规定：釆用混凝土材料对锚头包封，混凝土中不能含有对锚头有腐蚀的成份。监测锚索的测力计与锚头一并安装，在安装过程中及安装完毕后均注意测量电缆线的保护。监控主锚索锚头防腐采用油性蜡灌注防腐。

3.1.5 预留平孔混凝土及回填灌浆

首先进行凿毛并清洗干净，之后在平孔内部进行钢筋网片的绑扎和回填灌浆管路的埋设，经验收完成后安装封堵外模板，浇筑混凝土，待混凝土浇筑完成后达到70%强度后方可进行回填灌浆，回填灌浆釆用纯压式灌浆法，灌浆压力采用0.4 MPa。

3.2 次锚索施工

次锚索中工作锚索釆用有粘结锚索，工作兼监测锚索釆用无粘结锚索。次锚索采用高强螺纹钢筋，直径75 mm，屈服强度830 MPa，抗拉强度1030 MPa。

3.2.1 次锚索预埋件及索体安装

（1）材料和机具的准备：锚垫板，Ф15螺旋筋及Ф121×4.5 预埋钢管组成，索体为Ф75 螺纹钢，各种类型的千斤顶。

（2）先完成预埋管的提前焊接加工与锚索的穿束。

（3）进行测量放线，并做好标记。

（4）将次锚索及预埋管定位后，将其在钢筋网上进行焊接固定。

（5）施工现场各项工作准备。

3.2.2 次锚索张拉施工

（1）当闸墩次锚索区域锚块混凝土均达到设计强度后开始进行张拉施工。张拉千斤顶的轴线必须与高强螺纹钢筋轴线一直，螺母、高强螺纹钢筋张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物。

（2）同一闸墩上高强螺纹钢筋张拉次序对称均衡进行。高强螺纹钢筋张拉时，严格按照张拉操作规程进行，加载速举要平缓，速率宜控制在设计预应力值得10%/min，卸荷速率控制在设计预应力值的20%/min。

（3）高强螺纹钢筋整体张拉均分六级进行，第一级张拉力为20%设计张拉力，第二级张拉力为25%设计张拉力，第三级张拉力为50%设计张拉力，第四级张拉力为75%设计张拉力，第五级张拉力为100%设计张拉力，第六级张拉力为103%设计张拉力，当达到各级张拉力时，均持荷5 min 以上。当第六级张拉力持荷稳压稳定30 min以上后，可锁定螺母后并测量回缩量，实测回缩量不大于2 mm。

（4）张拉时以张拉力控制为主，伸长值校核的双控操作方法。高强螺纹钢筋张拉每级加载后须同步测量伸长值。当张拉实测伸长值超出理论计算伸长值±6%时，则停机检查，待查明原因并釆取相应措施后，方可恢复张拉。

（5）张拉流程：安装张拉杆→安装撑脚→安装千斤顶→安装张拉螺母→油泵及油表接电安装→分级张拉到设计值→拧紧张拉端螺母→千斤顶卸荷、回程→拆除张拉设备→整束张拉。

（6）高强螺纹钢筋张拉完毕后48 h 内，发现预应力损失超过设计张拉力的10%时，则必须进行补偿张拉，补偿张拉吨位应为稳定锁定吨位。

3.2.3 次锚索灌浆、封锚和防护

与主锚索施工方法一致。

4 运行情况

闸墩共安装埋设主锚索测力计16套，次锚索测力计16套，每个闸墩安装2支主锚索和2支次锚索。对闸墩锚索测力计监测资料进行分析，结果如下：

（1）安装完成后，初始数据为：主锚索荷载范围在5826～5940 kN 之间，次锚索荷载范围在2766～3015 kN之间，符合设计要求。

（2）2019 年主锚索荷载范围在5515～5930 kN之间，次锚索荷载范围在2669～3302 kN之间，月变化量在-1.34～48.24 kN 之间，卸荷在合理范围内，符合规范要求。

（3）2020 年主锚索荷载范围在5518～5941 kN之间，次锚索荷载范围在2371～3243 kN之间，符合规范要求。

（4）2021 年主锚索荷载范围在5388～5891 kN之间，荷载损失率在7%以内，符合规范要求；次锚索荷载范围在2565～3181 kN 之间，荷载损失率在8.7%以内，符合规范要求。

（5）2022 年主锚索荷载范围在5396～5905 kN之间，荷载损失率在1%以内，符合规范要求；次锚索荷载范围在2567～3178 kN 之间，荷载损失率在1%以内，符合规范要求。

5 结论

落久水利枢纽工程的闸墩锚索原设计的张拉控制力刚好达到设计极限值，为了确保工程施工过程张力的损失和预留在运行过程中衰减一部分张力，经重新利用有限元计算和采用最新的材料，增加锚索钢绞线数量和采用高强度螺纹钢筋。工程完工后，经过多年的运行，闸墩锚索的监测成果达到设计要求，该设计方案可行有效，可以为类似项目提供参考。