卡洛水电站控制段闸墩预应力锚索施工技术

卡洛水电站控制段闸墩预应力锚索施工技术

万生平

中国能建葛洲坝三公司 陕西 西安 710061

【摘要】卡洛特水电站溢洪道闸墩采对穿用预应力锚索，锚索主要用于承担弧门推力，改善闸墩应力状态，是确保弧门安全运行的关键受力结构。施工技术性强，工艺要求严格，文章从施工工艺控制和张拉过程观测数值理论分析两方面论述了预应力锚索的施工流程和质量控制方法，为预应力锚索的现场施工提供了有价值的参考。

【关键词】 闸墩  对穿锚索  张拉  注浆

一、概况

卡洛特水电站在巴基斯坦境内吉拉姆河（Jhelum）上，坝址位于巴基斯坦旁遮普省境内卡洛特桥上游 1km。工程为单一发电任务的水电枢纽，水库正常蓄水位 461m，死水位 451m，正常蓄水位以下库容 1.52 亿 m³。溢洪道控制段是水库的永久永久建筑物之一，控制段溢流坝段布置 6 个表孔；表孔为钢筋混凝土开敞式结构。控制段表孔净宽114m，单孔闸室净宽14m，闸墩宽5m，长54.3m，高52.5m。

二、锚索形式和布置

闸墩预应力对穿锚索采用后张法施工，分为主锚索（闸墩）、次锚索（锚墩）两种，各类锚索设计参数及工程量见下表。

主锚索分布于5个中墩和2个边墩外侧，斜向布置与水平面夹角4.924°～19.924°共6层6排；次锚索设置在锚墩部位水平布置5层3排结构，主锚索3000kN采用19根钢绞线，次锚索2000kN采用12根钢绞线。钢绞线：预应力锚索采用《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224—2014标准生产的1×7-15.20-1860-GB/T5224—2014高强度低松弛预应力钢绞线。其主要指标如下：

公称直径：15.20mm；公称横截面积：140mm2；公称抗拉强度：1860MPa；最大力总伸长率（L0≥500mm）：≥3.5%；1000h应力松弛率：≤2.5%。预应力主锚索预埋管采用D121×4（外径121mm、壁厚4mm），次锚索预埋管采用D95×4（外径95mm、壁厚4mm）。

三、预应力锚索施工

3.1 施工工艺流程

预应力锚索采用后装后张拉的施工方法，施工程序如下：埋管→编索→穿索→预紧→分级张拉锁定→灌浆→预留孔回填及外锚头保护。

3.2埋件及埋管

首先将锚具垫板与孔道埋管一同埋入闸墩混凝土内，位置、方向按设计图纸安装。锚具垫板端面垂直于锚索轴线，孔道埋管轴线保持直线不能有任何弯折，管道偏离中心线最大误差不得大于2cm。为保证安装精度，沿管道布置支撑点固定孔道埋管。锚具垫板与孔道埋管以及孔道埋管之间的连接结合紧密，避免漏浆堵塞孔道，埋管保证同心减少磨损阻力，且便于穿索。浇筑闸墩混凝土时不得碰撞孔道埋管，如有碰撞要检查复位。在混凝土初凝前，将棉纱绑在钢筋和长塑料绳中间，采用拉锯式擦拭孔道，检查孔道是否漏浆，若发现漏浆，应及时用高压水冲洗孔道，然后用棉纱擦净，再用高压风吹干。

3.4 锚索制作

锚索组装在工棚内进行。（1）钢绞线下料：钢绞线切断采用砂轮切割机，切口整齐无散头，下料长度为：孔深+两端钢垫板厚度+两端锚垫板厚度+两端工作锚板厚度+千斤顶工作长度+工具锚高+0.35m（有锚索测力计是应计入测力计长度）。主锚索长度30m和26m,下料长度分别为31.8m和27.8m。次锚索长度7.5m和11m,下料长度分别为9m和12.5m。每根钢绞线都完整无损，没有裂隙、疤痕、伤痕和其他缺陷，且表面不能有油污、润滑剂和污垢。

（2）钢绞线编号：将钢绞线和灌浆管平摊于工作台上，对钢绞线进行编号，并在出口段(外端)用不同的颜色或挂牌区别。

（3）编制锚索体：将钢绞线按锚头上的孔位布置分内、外圈捆扎成一束。绑扎采用无锌铅丝，间距2m安装一个隔离架并绑扎。绑扎时应保证钢绞线平行不得交叉。锚索一端绑上导向帽，导向帽应与锚索体牢固连接。

（4）对组装好的锚索妥善存放，并登记、挂牌，标明锚索编号、长度等。存放点严格防潮、防水、防污染。

3.5 锚索安装

锚索安装在混凝土达到设计强度后进行。安装前用高压水冲洗预埋孔道，并用高压风吹干。（1）穿索时锚索曲率半径一般不得小于5m（最小不小于3m）。锚索在安装过程中防止弯折、扭转。（2）锚索穿索采用人工穿索方法进行，前端穿入，后段推送。锚索入孔时，不得过多的来回抽动锚索体，且送入孔道的速度应低速、均匀，防止损坏锚索体及其整体扭转。穿索中不得损坏锚索结构，否则应予以更换。（3）锚索安装完成后，仔细检查两端各根钢绞线的对应关系。如果发现钢绞线间有严重错位或扭转，应将锚索拉回，重新安装。

3.6 锚索张拉与锚固

锚索就位后，及时张拉锚固，从就位到张拉锚固一般超过7天，以避免锚索在孔道中锈蚀。（1）张拉设备的率定：为保证张拉控制力的准确性，在张拉作业前须对张拉设备系统（包括千斤顶、油管、压力表等）进行率定；锚索预紧采用穿心式YDC2400QX千斤顶，张拉采用YCW350B、YCW400B千斤顶；压力表选用防震型60MPa耐用压力表,标定精度不小于1.0级。（2）张拉顺序：先次锚索，后主锚索；张拉孔位顺序：先中间后两侧，逐步扩散，对称均衡进行。中墩张拉顺序见图1，边墩张拉顺序见图2。

次锚索                            主锚索

图1    中墩张拉顺序图

次锚索                                  主锚索

图2    边墩张拉顺序图

（4）锚索张拉操作

1）安装工作锚具、限位板、夹片、千斤顶及工具锚，安装前工具锚上的锥形孔及夹片表面应保持清洁。工具锚上孔的排列位置须与前端工作锚的孔位一致，不允许在千斤顶穿心孔中发生钢绞线交叉现象。张拉时记录每一级荷载伸长值和稳压时的变形量，且与理论伸长值进行比较，如果实测伸长值大于计算值的10%或小于5%，应查明原因并作相应的处理。2）锚索张拉时，先依次对单根钢绞线进行预紧，预紧时单根张拉力30kN，顺序单根循环拉紧2～3次，再将所有锚索一起分级张拉至超载锁定。张拉时按以下拉力分级进行，并及时准确记录。

,主锚索：逐根预紧→750kN→1500kN→2000kN→2500kN→3000kN→3460kN（超载锁定）；次锚索：逐根预紧→500kN→1000kN→1500kN→2000kN→2340kN（超载锁定）；在进行初张拉时，在钢绞线上划线，作为测量钢绞线伸长量的标志点，并检查钢绞线有无滑丝现象。张拉过程中，升荷速率应控制在每分钟不超过设计张拉力的10%，即主锚索加载升荷速率为300KN/min，次锚索加载升荷速率为200KN/min，当达到每一级控制力后稳压5min即可进行下一级张拉，达最后一级张拉控制力后，稳压10min即可锁定。稳压期间油泵应保持工作状态。锚索锁定后48h内，若发现预应力损失大于设计张拉值的10%时，应进行补偿张拉。

张拉时如果锚头处出现滑丝、断丝或锚具损坏、伸长值超过允许值应立即停止操作进行检查，并作详细记录。当滑丝、断丝数量超过容许值时（每束中钢丝拉断数量容许1根），应更换钢束，重新张拉。3）锚索张拉时及时准确记录油压表编号、读数、千斤顶伸长值，夹片外露段长度等。

4）理论伸长值与实际伸长值对比。为了使预应力张拉力达到设计值，应满足两项指标：一是压力表读数必须达到率定曲线受力值；二是钢绞线实际伸长值要满足理论伸长值（实测伸长值不得超过理论伸长值超±6%）；依据DL/T5083-2019《水利水电工程预应力锚索施工规范》直线型锚索伸长值计算公式ΔL=PL/AE，各类理论及实际锚索伸长值见下表：

经过计算与现场实际测量，主、次锚索伸长值满足要求。

3.7 锚索灌浆

张拉验收后及时进行孔道灌浆施工。灌浆水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆标号为M35(7d)。搅拌机采用ZJ-800高速搅拌机制浆，设置3mm过滤网，3SNS三缸活塞式注浆泵。灌浆采用水泥浓浆，水灰比为0.35:1～0.4:1，不含硫化物及氯化物等对钢绞线有害的物质。灌浆时从闸墩预留孔内的锚头端（低端）进浆，在锚块上的锚头端（高端）排气管上安装压力表，采用有压循环灌浆法。开始灌浆时，敞开排气管，以排出气体、水和稀浆，回浓浆时逐步关闭排气阀，当回浆压力达到0.2～0.3MPa，再屏浆30min，即可结束灌浆。当夏季施工时，宜在早上或傍晚灌浆，避免在温度高于32℃灌浆；冬季施工时，宜在中午灌浆，避免在温度低于5℃时工作。

3.8 锚索锚头保护

（1）锚索张拉锁定完毕，卸下工具锚及千斤顶后从工作锚具外端量起，留60mm钢绞线，其余部分用砂轮切割机截去，锚头作永久的防锈处理。（2）二期混凝土浇筑之前，将锚具、钢绞线外露头、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清理干净，并将一、二期混凝土结合面凿毛，涂刷一道环氧基液，环氧基液配比参见表2。闸墩预留孔内的二期混凝土为二级配C30F100，锚块上预留孔内的二期混凝土为二级配C40F100。预留孔内二期混凝土回填确保密实，预留孔闸墩表面采用环氧基液或环氧砂浆修补平整。

表2           环氧砂浆和环氧基液配比表(重量比)

四、施工质量分析

卡洛特水电站控制段闸墩预应力对穿锚索共计333束，锁定控制在103～105%倍的设计张拉力范围，张拉力符合DL/T583-2019《水利水电工程预应力锚索施工规范》要求，根据锚索测力计安装及监测数据，控制段闸墩3000KN锚索安装测力计6只，占比3.95%,张拉完毕后48h最大应力损失率0.47%～6.69%之间；控制段闸墩2000KN锚索安装测力计3只，占比2.86%,张拉完毕后48h最大应力损失率0.27%～2.11%之间。48最大应力损失率小于10%，符合设计及规范要求。

五、结语

 卡洛特水电站控制段闸墩对穿锚索施工过程针对预应力锚索、预埋套管量大、穿索难度大、注浆等问题,参建各方组织技术攻关,采取有效措施,精心施工、科学管理,解决了多项技术难题。其施工工艺、配套设备、使用材料均满足设计要求。2022年4月锚索全部施工完毕，经半年锚索测力计的观测数据分析表明锚索施工质量优良，各项指标均满足设计要求。

参考文献：

[1] DL/T 5083-2019水电水利工程预应力错索施工规范。