棉花滩水电站预应力闸墩锚索施工

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简介： 棉花滩水电站大坝预应力锚索施工在导管制作、安装，锚垫板的预埋、锚索下料、编索、张拉、观测等工序施工中遇到一系列问题，监理工程师组织设计、施工单位共同研究，对施工工艺进行了改进，取得了良好的效果。
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1 预应力锚索施工?

　　棉花滩水电站大坝预应力锚索包括溢洪道闸墩预应力锚索和泄水底孔出口闸墩预应力锚索两部分，共178束。锚索采用直径为φ15.24 mm、极限抗拉强度为1 860MPa的高强低松驰钢铰线；溢洪道闸墩部分装有测力计的锚索采用无粘结的钢铰线。锚固体系采用柳州建筑机械总厂生产的OVM锚固体系，设计张拉力见表1。?

　　1.1 导管的制作、安装与锚垫板预埋?

　　棉花滩水电站大坝预应力锚索孔道采用了预埋钢导管成孔，导管在加工厂下料、打磨管口，在现场拼装，对倾角、高差较大导管进行了多次拼装、预埋；导管采用套接的方式连接，确保了导管连接同心，导管拼装过程中采取了测量放样→拼装→校核→调整→再校核→验收合格后焊接固定的质量保证程序，确保了导管的预埋精度。?

　　泄水底孔锚垫板预埋初期未焊接固定，拆模后发现有些锚垫板与导管的垂直度偏差超过设计要求，对超过要求的采取了在锚垫板上加垫与垂直度偏差相同角度的楔形块解决。溢洪道锚垫板预埋时，将喇叭管与导管套接，经调整合格后再焊接固定，施工后检验结果表明：溢洪道锚垫板预埋均符合设计要求。为防止水泥浆流入孔道，灌浆孔和喇叭口采取了用水泥纸或铁皮封口等保护措施。?

　　1.2 编索与穿索?

　　钢铰线开盘后，基本上呈直线，无需进行调直，编索时将锚索的每根钢铰线两端均用油漆作对应标记，按顺序排列编索，穿索前检查锚垫板与导管的垂直度，合格后方可穿索，安装锚板时按钢铰线上所作的标记对应安装，做到两端互相对应，以确保钢铰线不相交、不扭曲，减小钢铰线之间磨擦。?

　　1.3 锚索张拉?

　　锚索张拉前先对张拉设备进行配套率定和编号。预紧采用分股预紧的方式，预紧程序为：水平次锚索先预紧中心3根钢铰线，再预紧周边9根钢铰线；主锚索先预紧中心5根钢铰线，再预紧次中心的6根钢铰线，最后预紧周边的9根钢铰线。为保证预紧效果，进行了预紧试验，在试验索张拉端不安装工作夹片，采用一次整体张拉，按油压表每2 MPa测一次伸长值，绘出张拉力与伸长值的关系图，将图形中直线段与折线段的交点对应的张拉力作为预紧力。根据试验确定预紧力为0.15倍设计张拉力，按此预紧力施工预紧效果良好。?

　　整体张拉，采取了分级张拉方式，即按油压表读数每10 MPa进行分级，每级测一次伸长值，装有测力计时进行同步观测，并比较实际伸长值与理论伸长值、测试力与千斤顶出力，若两者超出设计技术标准时，暂停张拉，查明原因后再张拉，以便及早发现问题。卸荷锁定后（油压表读数回零时）再测一次油缸的长度，计算回缩量（回缩量=超张拉时油缸长度-回零时油缸长度-张拉端从工作锚到工具锚间钢铰线超张拉伸长值），若回缩量大时，应查明原因进行处理，确保锚索的锁定应力达到设计张拉力。?

2 施工中遇到的问题及解决方法?

　　2.1 伸长值的计算与影响因素?

　　泄水底孔预应力闸墩水平次锚索在试验索张拉时，发现实际伸长值大于理论伸长值的1.1倍 ，超过规范和设计要求，经分析主要有以下两个原因，一是未考虑张拉时锚固端工作夹片和张拉端工具夹片的跟进量。测试结果表明，从预紧力到超张拉力，柳州OVM锚固体系两夹片的跟进量之和约为9～10 mm，而短锚索总伸长值本身较小，夹片跟进量占锚索伸长值的比例相对较大，为此计算锚索实际伸长值时必须考虑夹片的跟进量，锚索实际伸长值应等于油缸伸长值减去夹片跟进量；二是九江钢铰线的直径在15.04～15.24 mm之间，偏小。 

　　2.2 锚夹具与钢铰线的配套问题?

　　在泄水底孔水平试验索张拉时发现钢铰线锁定时回缩量大，应力损失大，检查发现钢铰线伸长部分无刮痕。分析上述现象认为是由于限位板与工作锚板的间距过大，导致钢铰线锁定时，工作夹片未与钢铰线同步跟进，引起钢铰线回缩量加大。后经调整限位板的结构，使回缩量控制在厂家要求的6 mm左右。?

　　在溢洪道闸墩无粘结钢铰线锚索刚开始施工时，由于未考虑到同规格（φ15.24 mm）的有、无粘结两种钢铰线直径上的差异，仍旧使用原限位板，结果发现测力计测试力与千斤顶出力相差达30%左右，继续张拉，钢铰线相对伸长值又在理论计算范围之内。为分析原因测试了钢铰线的直径，并检查钢铰线伸长部分的刮痕情况和预紧伸长值。检查结果表明，无粘结钢铰线直径为15.24～15.60 mm大于有粘结钢铰线，导致钢铰线伸长部分刮痕较严重；预紧伸长值偏小，则是由于限位板与工作锚板间距过小，使夹片与钢铰线磨擦过大引起的。经调整限位板的结构，更换限位板后，解决了问题。?

　　2.3 测力计测试力与千斤顶出力差值的影响因素及处理办法?

　　(1)现场施工时锚垫板与锚索轴线垂直度总存在一定的偏差，因此引起测力计偏心受压，而产生测试误差。根据测力计的工作原理，测力计的率定系数是测力计均匀受压时测力计中所有应变计应变平均值与压力线性回归系数，若在测力计偏心受压时，仍按仪器率定系数计算，将产生一定的计算误差，且测力计测试力与千斤顶出力误差随张拉力增大而增大。经分析、研究采取了按每只应变计的率定系数分开计算应力，然后取平均值，减小了测力计计算误差。但当锚垫板与锚索轴线垂直度误差大于1°时，钢铰线与导管口的磨擦较大，应加楔形块进行解决。?

　　(2)由于锚夹具与钢铰线不配套，张拉端工作夹片与钢铰线间磨擦力加大引起测力计的压力减小，在这种情况预紧时测试力与千斤顶的出力误差较大，且两力的差值随张拉力的增大变化较小，对此采取了更换限位板的方法解决。?

　　(3)由于测力计安装偏斜等原因，钢铰线与测力计产生磨擦引起测试误差，对这种情况采取了使用退锚器退出夹片后重新安装的解决办法。?

　　2.4 超张拉力的确定?

　　短锚索总伸长值小，锁定回缩量占伸长值的比例大，应力损失大，如泄水底孔水平次锚索长12 m，达到超张拉力时，钢铰线理论伸长量为60 mm，按OVM锚具厂家要求锁定回缩量6 mm计算，钢铰线回缩锁定应力损失达10%，而设计超张拉系数为1.05，因而锁定力无法达到设计张拉力，经研究对短锚索的超张拉系数进行了修改，最大超张拉系数提高到1.18。另外张拉端工作夹片对钢铰线有一定的磨擦，该磨擦力也应考虑在超张拉之中，因此超张拉系数应根据锚索的长度和锚固体系回缩量来确定。?

　　2.5 补张拉?

　　泄水底孔及溢洪道3号闸墩在张拉2～3 d后进行了补张拉，后由于工期紧，考虑钢铰线的应力仍有富裕(根据泄水底孔预应力锚索应力观测成果，在张拉后2～3 d之内预应力损失均小于设计张拉力的2%)，经研究将设计张拉力提高2%，并取消补张拉工序，从而大大缩短了施工时间，提高了工作效益。?

　　2.6 切割?

　　原设计要求对多余的钢铰线采用机械法切割，由于高空作业难度大，经设计、监理、施工共同对泄水底孔水平次锚索N10（安装有测力计）进行气割试验，试验结果表明，测力计测试温度仅上升0.3℃，预应力无损失，为此决定多余的钢铰线距锚垫板面40cm处采用气割法进行切割。 

3 结语?

　　(1)棉花滩水电站闸墩预应力锚索施工测试结果表明，其实际伸长值在理论伸长值的97%～106%之间，测力计与千斤顶出力误差小于5%，施工质量达到了规范要求。?

　　(2)棉花滩预应力锚索精心组织施工，改进了施工工艺，对施工中出现的问题进行了认真的分析、找出了原因，采取了有效的措施，取得了良好的效果，为今后预应力锚索施工提供了宝贵的经验。