落久水利樞紐工程閘墩錨索應用

覃志年

（柳州市農業基礎設施投資集團有限公司，廣西 柳州 545001）

1 工程概況

廣西落久水利樞紐工程以防洪為主，兼顧灌溉、供水、發電和航運等綜合利用。與柳江上游擬建的洋溪水利樞紐工程聯合調度，使柳州市城區的防洪標準從50年一遇提高到100年一遇。

主壩的溢流壩段總長79.0 m，布置在河床中左側，采用胸墻式泄水閘的斷面布置。共設5孔，每孔設有弧型閘門控制泄流，孔口尺寸為10.0 m×12.0 m，閘墩采用預應力結構，泄洪孔中墩厚4.0 m，邊墩厚3.5 m，錨塊高度為6.0 m，寬度為5.0 m。弧門向下游水平總推力標準值為47 571.4 kN，垂直閘墩的側推力標準值為1 319.2 kN。主錨索在閘墩立面上呈輻射狀扇形布置（見圖1），主錨索合力作用線通過弧門支鉸中心。中墩采用兩側對稱布置形式，每側2 排5 層，共20 根；邊墩采用兩側非對稱布置形式，臨水側2排5層，非臨水側1排3層，共13根。弧門支座錨塊布置3排4層次錨索。

圖1 閘墩預應力錨索布置示意圖

閘墩主錨索單束由36根1×7Φ15.2高強度低松弛鋼絞線組成，強度標準值1860 N/mm2，單束永存噸位不小于5060 kN，鎖定噸位為5860 kN；錨塊次錨索單束由1 根Φ75 高強螺紋鋼筋組成，強度標準值1030/mm2，單束永存噸位不小于2370 kN，鎖定噸位為2850 kN。

2 設計優化的過程

（1）主錨索設計優化。經咨詢有關專家和預應力錨具生產，均認為前期計算時張拉控制應力已取到規范規定的上限值，從安全的角度應該適當降低張拉控制應力的取值，增加每束錨索鋼絞線的數量更加合理，對結構安全更加有利。根據類似工程經驗和有限元計算，重新調整了張拉控制應力取值，每束主錨索中鋼絞線數量由原設計的30 根變更成36根。

（2）次錨索設計優化。初步設計時，由于當時規范推薦的高強螺紋鋼筋最大直徑只有Φ50，該直徑無法滿足本工程的設計需求，只能選用鋼絞線。在實施過程中，Φ75高強螺紋鋼筋已成功在港珠澳大橋等多個國家重要工程中成功使用。考慮到本工程閘門推力較大（廣西目前同類型水利工程最大），單束錨索預應力強度等級較高，為更好地控制施工質量，提高結構安全度，推薦將次錨索由鋼絞線變更成Φ75高強螺紋鋼筋，同時為了提高次錨索的安全富裕度，永存預應力由原來1530 kN 提高至2370 kN。

3 施工過程

預應力錨索施工技術性、專業性較強，施工前進行詳細的圖紙會審及技術交底，并在錨索相關配件生產廠家的指導下由專業施工隊伍進行施工，確保施工質量。

閘墩預應力錨索的施工程序依次為：預埋鋼管（安裝定位管）、澆筑閘墩和錨塊混凝土、錨索安裝、先施工次錨索、再施工主錨索、鎖定固定端、張拉（補償張拉）、鎖定張拉端、鋼管內注漿、封錨混凝土澆筑。其中次錨索為高強螺紋鋼筋，施工程序依次為：高強螺紋鋼筋臨時定位、預埋、張拉高強螺紋鋼筋、孔道內注漿（監測索孔道內注建筑油脂）、封錨混凝土澆筑。

3.1 主錨索施工

3.1.1 主錨索預埋件安裝

主錨索預埋件由預埋鋼管、加勁肋、Ф15 螺旋筋、鋼墊板、Ф273預埋鋼管等。

（1）首先進行測量定位、放線并做好標記。

（2）安放3 m固定門架及4 m調節門架，用塔吊將預埋鋼管吊裝到固定門架上，用調整門架吊起預埋管活動端，調整好預埋管的延伸角度，將固定端在閘墩鋼筋上焊接固定，固定門架處用腳手架管扣夾緊。

（3）按以上順序循環安裝完每個閘墩的預埋管，再將預埋管在閘墩鋼筋網上焊接固定，撤走固定門字架。

（4）澆筑混凝土過程中應有專人看護，嚴禁沖擊、觸傷或移動鋼管，確保兩兩端孔口進行臨時封堵保護。

3.1.2 主錨索的組裝及安裝

主錨索單束由36 根1×7Φs15.2 高強度低松弛鋼絞線組成，鋼絞線滿足《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224-2014）的要求。

鋼絞線下料工藝流程：選取場地及場地清理鋪墊→放線架及索盤放置到位→丈量、下料→堆放覆蓋等待組裝、穿束。

鋼絞線下料完畢后，各根鋼絞線按照錨索結構設計釆用隔離架集束。集束完成后在端頭處用鋼管楔形頭包好，防止在穿束過程中碰到預埋管壁后沖散。

錨索制作完成后，進行外觀檢驗，并簽發合格證。組裝好的錨索應按編號整齊、平順地存放在距地面20 cm 以上的支架或墊木上，不得疊壓存放。錨束存放場地應干燥、通風，不得接觸硫化物、氯化物、亞硫酸鹽、亞硝酸鹽等有害物質，并避免雜散電流。

利用塔吊調運鋼絞線至預埋管口附近，從張拉端管口往下進行穿束，鋼絞線在下端管口露出后，在適當的距離，用門字架和手拉葫蘆代替塔吊，釋放塔吊吊運下一束鋼絞線，同時安裝好張拉端鋼絞線工作錨板，打好夾片，再裝上一塊限位板，以防止在裝固定端工作錨板時，夾片松脫導致鋼絞線墜落。

3.1.3 主錨索的張拉

對錨索預埋鋼管施工進行驗收，合格后才能進行該道工序的施工。對所有上崗操作人員進行認真的專業技術培訓；作業區做好場地清理和安全措施、機具設備檢查等準備；測力計與工作錨同步安裝，且均與錨索孔道對中。

當閘墩混凝土均達到設計強度后，開始主錨索張拉施工，在閘墩錨塊位置單端張拉。先利用240Q千斤頂進行單根預緊，后再進行整體張拉。張拉千斤頂的軸線必須與錨索軸線一直，錨環、夾片和錨索體張拉部分不得有泥沙、銹蝕層或其他污物。張拉流程：240Q千斤頂進行單根預緊→安裝限位板→安放YCW650A千斤頂→安裝工具錨板→油泵及油表安裝→分級張拉→讀數→卸荷、千斤頂回程→拆除張拉設備→下束張拉。

在同一閘墩上錨索張拉次序采用對稱、跳束、分級同步張拉的方法，原則是先中間、后兩側，逐步擴散，對稱均衡進行。錨索張拉時，嚴格按照張拉操作規程進行，加載速度要平緩，速率控制在設計預應力值的10%/min，卸荷速率控制在設計預應力值的20%/min。整體張拉分六級進行，第一級張拉力為20%設計張拉力，第二級張拉力為25%設計張拉力，第三級張拉力為50%設計張拉力，第四級張拉力為75%設計張拉力，第五級張拉力為100%設計張拉力，第六級張拉力為103%～105%設計張拉力，當達到各級張拉力時，均持荷5 min 以上。當第六級張拉力持荷穩壓穩定30 min 以上后，可鎖定錨索。錨索鎖定后測回縮量，實測回縮量不應大于5 mm。

工程采用以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。錨索張拉每級加載后同步測量錨索伸長值，鎖定后測量預應力鋼絞線的滑移量。當錨索張拉實測伸長值超出理論計算伸長值±6%時，停機檢查，待查明原因并釆取相應措施后，方可恢復張拉。

錨索張拉完畢后48 h內，發現預應力損失超過設計張拉力的10%時，則必須進行補償張拉，補償張拉噸位應為穩定鎖定噸位，最多進行兩次，在補張拉過程中，當臨近錨索產生應力松弛的幅度超過設計張拉力的10%時，也需進行補償張拉。當預應力增幅大于設計張拉力的20%時，應釆取卸荷措施。

錨索張拉鎖定后夾片錯牙不大于2 mm，否則退錨重新進行張拉。錨索如需放張退錨，釆用相應的退錨器進行退錨。

張拉過程中每一級要進行測量和記錄，測每一級張拉后的活塞伸長值，及時校核測量數據，進行現場分析，確定無異常后，方可進行下一步的工作。

3.1.4 主錨索灌漿及防護

（1）灌漿前的準備工作。為減少錨索預應力損失，經監理工程師批準并在補償張拉完畢后72 h內進行管道灌漿。檢查抽壓漿泵的工作性能。灌漿前抽除孔內積水，清潔孔道。漿液制備和漿液的質量要符合設計要求。

（2）灌漿施工。①灌漿從張拉端向固定端方向進行，即進漿口設在張拉端，出漿口亦設在張拉端，因高差引起的漿液靜力壓強有利于壓漿質量的保證。錨索鋼管段灌漿釆用全孔一次灌漿。②為保證管道內所壓漿體的密實度，壓漿過程中，在出漿口處觀察所出漿體的濃度情況，確保出漿口處所出漿體和進漿口處濃度一致，保證管道壓漿的密實度。壓漿過程中及壓漿后48 h內，結構物混凝土的溫度不得低于5℃，否則采取保溫措施。壓漿中途發生故障、不能連續一次壓滿時，立即用壓力水沖洗干凈，使孔道通暢，待故障處理后再重新進行壓漿。

（3）封錨及防護。預應力錨索錨頭部位多余鋼絞線切割和封孔灌漿完成后3 d之內對錨頭進行封錨保護。錨頭的封錨保護要符合以下規定：釆用混凝土材料對錨頭包封，混凝土中不能含有對錨頭有腐蝕的成份。監測錨索的測力計與錨頭一并安裝，在安裝過程中及安裝完畢后均注意測量電纜線的保護。監控主錨索錨頭防腐采用油性蠟灌注防腐。

3.1.5 預留平孔混凝土及回填灌漿

首先進行鑿毛并清洗干凈，之后在平孔內部進行鋼筋網片的綁扎和回填灌漿管路的埋設，經驗收完成后安裝封堵外模板，澆筑混凝土，待混凝土澆筑完成后達到70%強度后方可進行回填灌漿，回填灌漿釆用純壓式灌漿法，灌漿壓力采用0.4 MPa。

3.2 次錨索施工

次錨索中工作錨索釆用有粘結錨索，工作兼監測錨索釆用無粘結錨索。次錨索采用高強螺紋鋼筋，直徑75 mm，屈服強度830 MPa，抗拉強度1030 MPa。

3.2.1 次錨索預埋件及索體安裝

（1）材料和機具的準備：錨墊板，Ф15螺旋筋及Ф121×4.5 預埋鋼管組成，索體為Ф75 螺紋鋼，各種類型的千斤頂。

（2）先完成預埋管的提前焊接加工與錨索的穿束。

（3）進行測量放線，并做好標記。

（4）將次錨索及預埋管定位后，將其在鋼筋網上進行焊接固定。

（5）施工現場各項工作準備。

3.2.2 次錨索張拉施工

（1）當閘墩次錨索區域錨塊混凝土均達到設計強度后開始進行張拉施工。張拉千斤頂的軸線必須與高強螺紋鋼筋軸線一直，螺母、高強螺紋鋼筋張拉部分不得有泥沙、銹蝕層或其他污物。

（2）同一閘墩上高強螺紋鋼筋張拉次序對稱均衡進行。高強螺紋鋼筋張拉時，嚴格按照張拉操作規程進行，加載速舉要平緩，速率宜控制在設計預應力值得10%/min，卸荷速率控制在設計預應力值的20%/min。

（3）高強螺紋鋼筋整體張拉均分六級進行，第一級張拉力為20%設計張拉力，第二級張拉力為25%設計張拉力，第三級張拉力為50%設計張拉力，第四級張拉力為75%設計張拉力，第五級張拉力為100%設計張拉力，第六級張拉力為103%設計張拉力，當達到各級張拉力時，均持荷5 min 以上。當第六級張拉力持荷穩壓穩定30 min以上后，可鎖定螺母后并測量回縮量，實測回縮量不大于2 mm。

（4）張拉時以張拉力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。高強螺紋鋼筋張拉每級加載后須同步測量伸長值。當張拉實測伸長值超出理論計算伸長值±6%時，則停機檢查，待查明原因并釆取相應措施后，方可恢復張拉。

（5）張拉流程：安裝張拉桿→安裝撐腳→安裝千斤頂→安裝張拉螺母→油泵及油表接電安裝→分級張拉到設計值→擰緊張拉端螺母→千斤頂卸荷、回程→拆除張拉設備→整束張拉。

（6）高強螺紋鋼筋張拉完畢后48 h 內，發現預應力損失超過設計張拉力的10%時，則必須進行補償張拉，補償張拉噸位應為穩定鎖定噸位。

3.2.3 次錨索灌漿、封錨和防護

與主錨索施工方法一致。

4 運行情況

閘墩共安裝埋設主錨索測力計16套，次錨索測力計16套，每個閘墩安裝2支主錨索和2支次錨索。對閘墩錨索測力計監測資料進行分析，結果如下：

（1）安裝完成后，初始數據為：主錨索荷載范圍在5826～5940 kN 之間，次錨索荷載范圍在2766～3015 kN之間，符合設計要求。

（2）2019 年主錨索荷載范圍在5515～5930 kN之間，次錨索荷載范圍在2669～3302 kN之間，月變化量在-1.34～48.24 kN 之間，卸荷在合理范圍內，符合規范要求。

（3）2020 年主錨索荷載范圍在5518～5941 kN之間，次錨索荷載范圍在2371～3243 kN之間，符合規范要求。

（4）2021 年主錨索荷載范圍在5388～5891 kN之間，荷載損失率在7%以內，符合規范要求；次錨索荷載范圍在2565～3181 kN 之間，荷載損失率在8.7%以內，符合規范要求。

（5）2022 年主錨索荷載范圍在5396～5905 kN之間，荷載損失率在1%以內，符合規范要求；次錨索荷載范圍在2567～3178 kN 之間，荷載損失率在1%以內，符合規范要求。

5 結論

落久水利樞紐工程的閘墩錨索原設計的張拉控制力剛好達到設計極限值，為了確保工程施工過程張力的損失和預留在運行過程中衰減一部分張力，經重新利用有限元計算和采用最新的材料，增加錨索鋼絞線數量和采用高強度螺紋鋼筋。工程完工后，經過多年的運行，閘墩錨索的監測成果達到設計要求，該設計方案可行有效，可以為類似項目提供參考。