老撾南屯1 水電站閘墩預應力錨索施工技術

毛軍林

（中國水利水電第三工程局有限公司基礎建筑分局，西安 748100）

1 工程概況

南屯1 水電站位于老撾波利坎賽省的坎丁河上，距坎丁河與湄公河交匯處33 km，距萬象220 km，壩址位于峽谷最后與湄公河交匯處前的下游端。南屯1 水電站為一等大（1）型工程，攔河壩為碾壓混凝土大壩，最大壩高177 m。最大庫容為2.02×109m3，設計流量514 m3/s，設計額定水頭140 m。電站裝機容量為2×260 MW+1×130 MW，合計650 MW，其中，520 MW送入泰國電網（EGAT)，130 MW 送入老撾電網（EDL)。

2 總體布置

溢洪道設置6 個弧門，7 個閘墩，P1 閘墩和P7 閘墩為左右邊墩。P2 閘墩至P6 閘墩為中墩。每個閘墩布置預應力錨索，分主錨和次錨，縱向為主錨，橫向和豎向為次錨。主錨索共布置316 束，次錨索共布置306 束。錨索張拉設計噸位均為4 000 kN，設計鎖定荷載4 330 kN，張拉均采用后張法施工。錨索為有黏結型，錨索張拉采用單根預緊、整體分級張拉，一端固定、一端張拉。錨索灌漿采用真空灌漿工藝。

3 錨索設計

主錨索：P1 閘墩和P7 閘墩為邊墩，曲線型錨索，長度為26.3～26.8 m，錨索最大角度為6.0°，錨索設計最大彎曲半徑為90 m，各設計43 束錨索。

主錨索：P2～P6 閘墩為中墩，曲線型錨索，長度26.8～27.6 m，錨索最大角度為12.6°，錨索彎曲半徑為29.0～89.5 m，各設計46 束錨索。

次錨索：P1 閘墩和P7 閘墩為邊墩，上下左右錨索，直線形錨索，長度5.5～8.3 m，各設計48 束錨索。

次錨索：P2～P6 閘墩為中墩，上下左右錨索，直線形錨索，長度5.5～10.4 m，各設計42 束錨索。

4 錨索組成

閘墩預應力錨索由金屬波紋管、螺旋筋、錨墊板、低回縮錨墊板、成束鋼絞線、工具錨、測力計等組成。鋼絞線由22 根φ15.7 mm-1 860 MPa 級光面鋼絞線組成。質量25.916 kg/m，截面面積3 300 mm2，最大荷載6 138 kN。測力計采用“彈磁力/應力監測系統”OVM-CCT20C 系列。

5 施工平臺

1）閘墩混凝土澆筑時在標高276.88 m 處埋設36#工字鋼，工字鋼預埋混凝土1.0～0.5 m，外部延伸2.5 m。下游預埋工字鋼，在標高276.88 m 處設置馬凳基座，馬凳上采用40#工字鋼連接1#閘墩與7#閘墩，形成鋼橋平臺，鋼橋平臺寬1.8 m、護欄高1.5 m，在該鋼橋上進行錨索編索和安全通道（見圖1）。

圖1 閘墩錨索施工鋼架橋（單位：m）

2）縱向主錨索施工平臺在鋼架橋上標高278.88 m 處搭建主錨索施工平臺，施工平臺長寬高為5.5 m×2.5 m×5.5 m，此施工平臺主要用于錨索下索、錨具安裝、張拉、真空灌漿等。

上游預留錨洞規格，長2.27 m，上游面寬1.89 m，錨索工作面寬1.4 m+1.4 m。錨索施工時，利用腳手架在預留豎井錨洞內搭設施工平臺，施工平臺尺寸為：長1.8 m，上游面寬2.0 m，錨索工作面寬1.2 m+1.2 m，此施工平臺主要用于錨具的安裝以及灌漿使用。

3）次錨索使用閘墩澆筑時，在標高276.88 m 處預留的鋼模支撐架作為底部支撐點搭建施工平臺。標高276.88～278.88 m 處為最底部，長寬高為5.5 m×4.4 m×2.0 m，此施工平臺為上、下方向錨索施工使用。標高278.88 m 以上施工平臺長寬高為5.5 m×2.0 m×5.5 m，此施工平臺用于左、右方向錨索施工使用。

6 預埋件安裝

錨索預埋件包括：金屬波紋管、螺旋筋、錨墊板、低回縮錨墊板等。根據設計坐標，在混凝土澆筑和鋼筋安裝前安裝錨索預埋件。錨墊板安裝前加工小鋼模板（用于調整控制波紋管與錨墊板的垂直角度），將錨墊板用螺栓固定在小鋼模板上，再根據孔位坐標將小鋼模板固定在混凝土澆筑模板上。波紋管安裝前，根據孔道坐標現場測量放點控制，采用鋼筋加工波紋管安裝托架，鋼筋框架間隔1.0 m，坐標位置的偏差不大于10 mm，波紋管周圍采用鋼筋籠綁扎固定控制，安裝在鋼筋框架上；波紋管對接套管長度不小于20 cm，兩段采用膠布粘貼牢固，粘貼長度不小于10 cm；錨墊板與波紋管對接控制波紋管伸入錨墊板的長度為20 cm；在錨墊板后喇叭小口端旋入螺旋筋，要求螺旋筋緊靠錨墊板端面；錨墊板的端面要與過渡段波紋管垂直，且兩者中心軸線重合；錨墊板對接模板面端內部用泡沫或土工布填充，防止水泥漿流進孔道內。

混凝土澆筑時，對錨墊板螺旋筋周圍振搗密實，保證錨墊板附近混凝土密實、無空洞，同時禁止混凝土澆筑時用振搗棒直接振動波紋管，混凝土入倉時，嚴禁將下料斗出口對準波紋管下料[1]。

混凝土澆筑完成后，對縱向預埋波紋管進行探孔檢查，采用管道內窺鏡儀器對每個孔進行探孔檢查，上下左右預埋波紋管現場手電檢測即可，并詳細記錄探孔情況。

預埋波紋管探孔檢查完成后，錨索安裝前采用高壓風清理孔道即可（一般不建議采用高壓水清理）。

7 編索施工

每束錨索由22 根鋼絞線組成，鋼絞線下料長度按設計長度控制，計算公式為：鋼絞線下料長度＝設計長度＋2.2 m（張拉端1.5 m，非張拉端0.7 m）＋0.1 m（下料誤差不大于0.1 m）。

將整捆鋼絞線放在閘墩鉸支座上，利用加工的鋼絞線放線鋼架控制收縮，人工將鋼絞線牽引至鋼架橋編索平臺上進行編索。錨索編制完成后，經檢驗合格，進行編號、掛標示牌，注明編索日期、使用部位壩段、孔號等。

每根鋼絞線的編號需要標記清楚，并保證在錨索運輸安裝時標記編號不會掉落，便于后期張拉錨具的安裝定位。

8 穿索施工

穿索前檢查：孔號與錨索的編號、索體鋼絞線的順直性、如有扭曲需經調整。錨索入孔前對錨孔先穿牽引繩，確保錨孔通暢。

在錨索的頭部安裝導向帽和牽引鋼絲，將牽引鋼絲穿入錨索孔道至上游施工錨洞內，采用人工配合電動葫蘆牽引，在下游鋼架橋上人工將鋼絞線推入錨索孔道即可。次錨索的安裝采用人工配合電動葫蘆的方式。

9 錨具設備安裝

主錨索在上游錨洞內的錨索鋼絞線按相應的編號和位置穿過工作錨具和夾片鎖定，工作錨具和錨墊板對中并相吻合。下游閘墩面的錨索鋼絞線按相應的編號和位置穿過工作錨具、工作夾片、限位板，工作錨具和錨墊板對中并相吻合，上游錨洞和下閘墩面錨索的單根編號相互匹配。

次錨索在下方和右側錨索鋼絞線按相應的編號和位置穿過工作錨具和夾片鎖定，工作錨具和錨墊板對中并相吻合。上方和左側低回縮錨墊板的錨索鋼絞線按相應的編號和位置穿過工作錨具、工作夾片、限位板，工作錨具和錨墊板對中并相吻合，上下左右錨索的單根編號相互匹配。

安裝千斤頂之前，先檢查工作錨具與預埋套管是否對齊，每個錨孔是否安裝好夾片。之后依次安裝液壓千斤頂，在千斤頂尾部安裝工具錨[2]。

10 測力計

錨索監測傳感器的安裝為縱向主錨3 束，上下左右次錨各1 束，每個閘墩布置為4 束。每束錨索安裝3 臺磁通量傳感器，分別安裝在6#、8#、16#鋼絞線上，錨索監測儀表采用中國OVM 廠家提供的，CCT20C 型磁通量傳感器。

11 張拉

采用一端夾片鎖定，另一端預緊、整體分級張拉的方式進行張拉。

錨索張拉按由主到次、先施工縱向主錨索，后施工左右、上下次錨索，分級加載方式進行張拉。

張拉順序由內向外均勻分部張拉，具體施工順序可根據現場監理工程師調整，本工程張拉順序根據工程師批復施工方案中順序進行。

11.1 單根預緊張拉

安裝千斤頂→0→30 kN/股→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂。由內層向外層對稱對每股鋼絞線重復此張拉過程。此過程使各鋼絞線受力均勻，并起到調直對中作用。

11.2 張拉噸位

錨索張拉噸位（22 根φ15.7 mm/1 860 MPa 鋼絞線）：

設計噸位：4 000 kN；

鎖定噸位：4 330 kN。

主、次錨索的整體張拉均分為6 級進行，考慮到超張拉，錨索的整體張拉噸位為4 400 kN，按照400 kN→1 200 kN→2 000 kN→3 000 kN→4 000 kN→4 400 kN 分級進行。

11.3 伸長值測量

鋼絞線的量測工作應在所測鋼絞線在某種載荷工況下達到穩壓時間后進行，并與張拉循環密切配合，嚴禁漏測。

11.4 預應力錨索理論伸長值計算

預應力錨索理論伸長值ΔL計算公式為：

式中，Pp為應力錨索的平均張拉力，N，取張拉端的拉力；L為預應力錨索的長度，mm；Ap為預應力錨索的截面面積，mm2；Ep為預應力錨索的彈性模量，MPa。

11.5 預應力錨索實際伸長值計算

預應力錨索實際伸長值Δe計算公式為：

式中，ΔL1為從初應力到最大張拉力間的實測伸長值，mm；ΔL2為初應力以下的推算伸長值，mm，可采用相鄰級的伸長值。

11.6 整體分級張拉

張拉程序：預緊→10%p→30%p→50%p→75%p→100%p→超張拉力（110%p）→穩壓鎖定（p為設計永久力）。

張拉時間控制：加荷、卸荷速率應平穩、均勻。張拉時，升荷速率每分鐘不宜超過設計張拉力的10%；卸荷速率每分鐘不宜超過設計張拉力的20%。除最后一次超張拉要求靜載持續30 min 外，其余每級的持續時間均為5 min[3]。

11.7 張拉成果分析

錨索張拉后有效長度Leff計算：

式中，Pp為預應力錨索的平均張拉力，N。

11.8 合格標準

預應力錨索張拉完成后檢查合格標準：

式中，Lf為錨索設計長度，m。

12 真空灌漿

12.1 準備工作

先將錨具外多余的鋼絞線割除，再安裝保護罩，采用環氧樹脂或聚氨酯將保護罩與錨墊板密封，即可開始灌漿施工。

12.2 漿液試驗

1）漿液強度等級不低于C35，確定水灰比為0.45∶1。

2）漿液試驗需要在施工前35 d 在現場進行試驗確定；強度、添加劑、析水率、馬氏漏斗黏度、溫度、密度、初凝時間等。

3）選用的水泥、水、添加劑等均符合規范要求和監理工程師指令要求。

4）老撾南屯1 水電站閘墩預應力錨索灌漿現場試驗共進行3 組，分別為102、103、104，試驗測試完成后報監理工程師批復選用103 組配比。漿液試驗成果詳見表1。

表1 閘墩預應力錨索漿液試驗成果表

12.3 真空灌漿施工

1）確定灌漿端及抽真空端，一般選擇高處為抽真空端，水平錨索根據工作面現場確定（本項目采用左為抽真空端）。

2）啟動真空泵抽真空，真空度要求控制在-0.08～-0.1 MPa，停泵約1 min。

3）啟動灌漿泵，將灌漿泵輸出的漿液滿足要求時，將送漿管路連接在進漿管上開始灌漿。

4）灌漿過程中，真空泵保持連續工作。

5）待抽真空端的空氣濾清器中有漿體經過時，關閉空氣濾清器前端的閥門，隨后打開排氣閥，當漿液從排氣閥順暢流出，且濃度與灌入的漿體相當時，關閉抽真空端的所有閥門。

6）繼續灌漿施工。工作壓力達到0.3～0.5 MPa，繼續灌注2～3 min。

7）關閉灌漿泵及灌漿端閥門，灌漿結束。

8）拆除外接管路、附件，清洗空氣濾清器及閥門。

13 成果分析

1）預應力錨索金屬波紋管安裝全部符合設計要求，混凝土澆筑完成后現場采用管道內窺鏡儀器對每個孔進行探孔檢查，全部合格。

2）錨索穿索先施工縱向主錨索，后施工左右上下錨索，每個閘墩穿索施工由QC 和監理工程師監督完成，并形成現場安裝檢查記錄由監理工程師簽認全部合格。

3）錨索張拉成果分析：根據預應力錨索張拉合格標準計算公式，取最大荷載在靜載持續30 min 后的伸長值計算，老撾南屯1 水電站閘墩預應力錨索張拉全部滿足設計要求。張拉匯總成果值詳見表2。

表2 閘墩預應力錨索張拉成果匯總分析表

4）灌漿成果分析：錨索張拉完成檢查合格后按監理工程師要求開始真空灌漿施工，每束錨索的灌漿均在排氣孔出濃漿后持續3 min 灌漿結束，真空灌漿全部合格。現場實際灌漿量與理論計算量對比分析詳見表3。

表3 閘墩預應力錨索真空灌漿成果匯總分析表

5）錨索磁通量傳感器監測分析：老撾南屯1 水電站閘墩預應力錨索合計安裝84 臺磁通量傳感器，4 臺安裝過程故障（監理工程師同意取消），80 臺現場監測全部符合設計要求。現場組織進行5 批次實際監測值詳見表4。

表4 閘墩預應力錨索磁通量傳感器監測成果匯總分析表

14 施工措施

1）根據工期要求和現場施工條件，老撾南屯1 水電站閘墩錨索施工工期緊，且工作面澆筑完成時間不統一，經項目統籌合理計劃安排，混凝土澆筑先完成P1～P4 閘墩工作面，后完成P5～P7 閘墩工作面。先配置P1～P4 閘墩4 個工作面的施工設備，每個閘墩投入2 臺套張拉設備，合計項目投入8 臺套張拉設備，陸續同步開始張拉施工，再根據現場各閘墩面的完成情況將設備轉移至P5～P7 閘墩3 個工作面施工，最大限度地優化施工工期和設備投入。

2）錨索施工工序多，需要現場統籌合理安排，在混凝土澆筑完成后施工人員及時根據方案要求搭設施工平臺，施工平臺完成后組織技術、安全、施工、監理工程師聯合檢查驗收，檢查合格后現場確認開始施工，共配置編索穿索1 個組，張拉4個組（8 個班），灌漿1 個組（2 個班）。

3）錨索穿索施工在白班施工，由于大風天氣，主要影響穿索施工，現場施工在遇到大風天氣時只施工次錨索，同時減少施工平臺上的作業人員，緊急情況施工人員可轉移至閘墩上。

4）錨索施工現場為交叉作業，現場搭設施工平臺時確保平臺工作面的密封，防止錨索工具掉落傷人，頂部加強與混凝土施工的協調和防護工作，現場需統籌合理調度指揮施工。

15 結語

老撾南屯1 水電站閘墩預應力錨索施工工期緊、屬于高空作業、施工設備多、交叉作業、工作面空間限制、大風天氣、施工人員多、風險大，安全隱患突出等不利因素。項目精心組織策劃編制“閘墩預應力錨索施工方案”和“閘墩預應力錨索施工安全專項方案”。根據閘墩混凝土澆筑完成情況，分階段、分組、分班準備施工，每道工序專人負責，按時組織施工移交下道工序施工。經項目精心組織歷時73 d 順利完成閘墩錨索施工任務，閘墩錨索各項監測滿足設計要求。