1、三峡升船机上闸首结构预应力锚索施工工艺试验与施工技术分析三峡升船机上闸首结构预应力锚索施工工艺试验与施工技术分析 摘 要：笔者通过对三峡升船机上闸首结构预应力锚索工艺试验与施工技术参数的分析，详细介绍了预应力锚索现场的设计布置、施工方法、施工工艺、预应力锚索安装技术，分析了预应力锚索材料检验及张拉机具标定方法的理论计算,实施效果理想,即最经济、又快捷。不但缩短了施工周期,节约了投资,而且便于现场管理本文可供类水电站工程借鉴和参考。关键词：预应力锚索 锚索布置 施工工艺 理论计算分析 参数分析 1 工程概况 三峡升船机上闸首共布置了752束结构预应力锚索,其预应力孔道及锚垫板已在上闸首混凝土浇筑2、施工时进行了预埋.根据设计要求，在升船机第一至第三结构段预应力锚索施工,而且在升船机上闸首所有接缝灌浆、宽槽回填完成，并达到设计龄期后再进行锚索穿索、张拉锚固、灌浆等施工。该部位预应力锚索工程量大,工序多，时间紧,技术要求严格。锚索布置部位和数量见(表1) 表1 锚索布置部位和数量1 2预应力锚索现场的设计布置 2。1施工现场的设计布置 升船机预应力锚索所用钢绞线有1000多吨,为保证钢绞线现场存放符合设计要求，在施工现场设置一栋150m2的小型存储仓库，存储仓库采用全钢结构。储存钢绞线60,储存锚夹具1套以及其他专用工具及材料.为使存储仓库内的物资(特别是钢绞线)能够及时的上下车,转运方便.3、在存储仓库内部设置一台t桥式起重机。存储仓库的设计满足遮蔽风雨、防腐蚀和防潮的要求。存储仓库两侧布置一条全封闭型钢绞线下料专用棚,长度为7m，宽。 。2现场锚索编制施工车间 锚索在钢绞线专用生产线上下料完毕编号挂牌以后,卷制成1.8.m直径的圆盘，用铁丝捆好。用卷扬提升 机或采用汽车运输到编索现场.按照水工预应力锚固施工规范要求,锚索编制在编索车间内完成。 2.3垂直起吊手段的布置 为了方便物资转运,在下航一路布置一台提升架,提升高度,起重量2吨。用以垂直运输钢绞线、水泥、锚具和张拉机具等。 在升船机?8平台上,布置两台中型起重机,以解决升船机右侧预应力工作平台上所需的锚具、张拉机具等起吊转运4、，中型起重机的起重量为1。5吨。 在两端预应力工作平台上各设置四台千斤顶张拉小车，张拉小车采用型钢设计制作，以减轻重量.由于千斤顶的重量是7,故设计张拉小车起重量为1吨,起吊高度为3.。并在预应力工作平台上铺设小车轨道,以方便张拉千斤顶的转运工作的顺利进行. 。1预应力锚索材料检验及张拉机具标定31。1预应力锚索钢绞线检验 升船机上闸首预应力锚索体采用根5(186级)钢绞线组成.钢绞线选用美国标准ASA416-90a生 产的27K级低松驰线材；无粘结钢绞线其母材亦选用同规格线材,其护套材质及护套内的防腐油脂标准满足钢绞线、钢丝束无粘结预应力筋（300693）和无粘结预应力筋专用防腐油脂(G005、73)等规范的要求。预应力钢绞线采用“无焊头级别”线材.钢绞线机械性能指标及检测标准 （表) 钢绞线由业主供货的正规生产厂家出品并应有出厂证明书或试验报告书。专职质检员对进场钢绞线逐盘检查包装、外观及直径规格，对明显锈蚀缺损者，不得验收入库.钢绞线设有专门仓库存放，并放在高出地面20c以上的防潮地板上，严防锈蚀及化学污染。施工前对每一盘钢绞线自选一端在截去c后，取一根试件(受力长度不小于120m)作相应试验,对检验合格的钢绞线用标签标出其各项力学指标。将检验结果报送监理工程师批准后方可使用。对达不到标准者,不得验收使用，并应在24h以内运出工地。 3.。2预应力锚索锚夹具检验预应力索体锚夹具选6、用正规厂家生产，其材料性能均符合国家有关产品质量的规定。每10套锚具作为一个供货批量,分批进点,各批锚具之间不得混淆。每批进场的锚具均均有正式的出厂说明书和试验报告书。每批锚具中随机抽取块锚板和44套夹片组成一束组装件，在试验台上做静载锚固试验，钢绞线受力长度不小于3m。项目部设计制作一个混凝土静载锚固试验台，来完成本项试验。主要计算参数如下：Fa a &g；0。95a?Fapu?3。5% 式中:a锚具的效率系数; Fapu-预应力钢绞线锚具组装件的实测极限拉力(KN）Fcapu预应力钢绞线锚具组装件中各根钢绞线计算极限拉力之和(KN)。可取钢绞线抽样试 验的强度均值计算; 预应力钢绞线效率系7、数。按照国家标准预应和锚具、夹具和连接器应用技术规程计 算确定.试验取0.；组装件破断时的延伸率. 锚具组装件除满足静载锚固试验外,还通过循环次数为200万次的疲劳性能试验,疲劳性能试验的应力及应力幅度按国家有关规程规范和标准执行。在施工中对预应力钢绞线锚具组装件达到实测极限拉力时,全部零件均不得出现肉眼可见的裂缝或破坏。夹具的静载锚固性能,除满足锚具的相应效率系数a的要求外，均具有良好的自锚性能。31。3预应力锚索张拉机具校验标定在锚索施工前,对张拉、预紧千斤顶设备油压表(压力传感器）进行配套检查标定,并提供相应的油压表读数和对应张拉力的关系曲线,以确保其在施工期内能够正常使用。.2预应力锚8、索技术参数与工艺试验 锚索施工前,根据设计要求,先在第2区中部（原结构内布置有钢筋计和应力计的部位)选取5例计20束锚索进行参数和生产性工艺试验，检测锚索受力性能、孔道摩阻、群锚效应、张拉及压浆工艺等(其中6束锚索采用无粘结钢绞线用于群锚效应测试,锚索下料时考虑测力器钢环的厚度要求）. 位于试验锚索区上游的1束编束（编号sm1,sm0)编号时不设置架线环，位于试验锚索区下游的,束编束(编号sm11,m，0)编束时设置架线环,架线环间距4,架线环间束体每隔1。5一道铅丝。 锚索受力性能(含夹片回缩）试验束用的锚夹具、张拉机具及工艺通过试验与实际施工采用的相同。锚索性能试验束的伸长值、受力的均匀性9、和摩阻损失等参数均在分级张拉中同步量测。在受力性能试验的测试以初始应力为起始点，初始应力为。2con,分级张拉力及每级张拉稳压时间同上述施工。试验锚索两端均安装油压千斤顶，3 其中位于上部的2排计10束锚索进行两端换向单向张拉、下部2排计10束进行一端单向张拉和两端双向张拉组合分别测试。两端换向单向张拉组合试验时,采用一端千斤顶张拉，另一端千斤顶同步读数。每级张拉均应测伸长值和两千斤顶的读数，并绘制曲线.测试完成后,放松钢绞线，然后改变张拉端重复试验。单向张拉与双向张拉组合试验时，先进行单向张拉,然后放松钢绞线再进行两端同步张拉。测试内容同上述施工。张拉试验锚索测试数量 (表3） 表3 张拉试10、验锚索测试数量试验孔数是20束,由于张拉索长为57.7,千斤顶行程不够。为达到张拉吨位，分级张拉,使钢绞线上有多处夹痕，按照规范,受损钢绞线禁止再次使用的要求,因此试验索的下一种测试方法是将原测试钢绞线退索再更换钢绞线及锚夹具之后进行。 在每束锚索完成上述摩阻及张拉工艺后,放松钢绞线并按要求开始进行群锚效应和压浆工艺试验.群锚效应试验采用分别安装于试验锚索的第1，4排的6支测力器测试.测力器编号及布置见试验图,所用测力器必须符合国家和相关行业标准，并满足锚索张拉量程要求。 进行群锚试验的束锚索均先于其它锚索施工，锚索施工完后即开始观测应力的变化值。其它试验锚索施工顺序为先下部后上部、先中部后两11、侧,在每束锚索张拉的前后及全部试验锚索张拉完成后5d内应每天测读张拉力的变化。 孔道压浆的水泥浆液配比及外加剂掺量在试验室进行,根据室内试验资料，推荐2，组配比进行现场灌注试验。 压浆工艺试验时,选择6束锚索采用锚垫板孔从一端向另一端压浆，其余均采用排水廊道内的压浆管从中间向两端灌注。压浆压力分别采用0。pa、0.4M和0。5Mpa开灌，每级压力应至少选2束进行试验。所有试验锚索的试验测试原始资料及分析成果在锚索正式施工前个月提交设计单位,以便对施工技术要求及施工参数进行修正补充。 4预应力锚索施工技术 4。1预应力锚索施工工艺流程(图1） 图1 预应力锚索施工工艺流程图 4。主要施工机械设备12、（表4）5 表4 主要施工机械设备 4。3预应力锚索编制施工 升船机上闸首预应力锚索工程除监测锚索和部分试验锚索采用无粘结钢绞线锚索系统外,其余工作锚索均采用有粘结预应力锚索系统。 钢绞线下料长度可按公式:L=S+h计算确定。 式中:-钢绞线下料长度，S实测孔道长度,h锚垫板外钢绞线长度。 钢绞线在专用的生产线上按照事先计算确定的尺寸进行定长下料，其断料采用砂轮切割机。钢绞线下料须检验编号挂标识牌后卷制成盘,用汽车运至施工现场。 锚索编制在现场的编索车间内进行，将同长度的钢绞线散盘并平铺在工作平台上，然后按锚板孔排列秩序逐根编号，单根钢绞线两端编号应一致。为防止钢绞线打搅采用编帘法依次编制,并13、使同一束锚索中各股钢绞线的长度一致。编制施工过程中仔细检查,严禁出现混编现象。待单束锚索编排完后,沿其长度方向依次序每隔1。5左右用2号铅丝捆扎一道,铁丝头扣向束内。编束时按照要求根据试验参数确定是否使用架线环以及架线环的间距。 由于气候的原因对于已出现严重锈斑的钢绞线不得用于束体编制,对于存少量锈斑的钢绞线,采取先除锈后才能使用。 锚索编束完成后,认真核对每束锚索2根钢绞线两端编号是否一致，沿长度方向是否有扭转和弯曲情况,如有立即解束后重新编制。编制好的锚索专职质检员进行外观检验、挂上孔号牌、签发合格证、注明完成日期。无合格证、生产日期、孔号牌和绞线编号的锚索不得出厂。对编制好的完整束体做到14、尽快使用,在特殊情况对因故不能使用的,在车间内分层放于干燥、通风的支架上，不得叠压,支架支点间距一般为1。5m,并采取有效的防护措施，不得与有色金属接触，防止锚索锈蚀、被扎伤或被油污和其它异物污染. 4.4预应力现场锚索安装施工6 由于三峡升船机上闸首预应力锚索工程量大，工期紧,任务重,施工部位特殊。锚索的安装采用三种施工方法进行施工。 （1)采用从升船机筒体?1平台上向下倒悬穿锚索的方法；（2）从升船机左岸坡？44的马道平台上采用滑索； (3)搭设全程脚手架直接穿索方法。 。4。1预应力锚索倒悬穿索法施工 在升船机上闸首?1m平台上搭救设锚索编制车间，将已经切好的定长钢绞线圆盘运至升船机?115、8平台上编索车间内解盘散开，按照水工预应力锚固施工规范要求编制锚索备用。在锚索的穿索路线上安装导向架、和导向定位滚轮组，并用锚杆将导向架和导向定位滚轮组予以固定。在锚索的前端采用专用穿索导帽将锚索锁紧,该导帽可以保证锚索在穿索过程中不因其他原因而脱钩。导帽头部用从锚索孔内穿出的卷扬机的钢丝绳牵引。在锚索的尾部采用专用钢制夹板夹住尾部钢绞线,可确保整束钢绞线不产生滑脱。锚索尾部采用放索卷扬机的钢丝绳牵引。 准备工作完成以后,采用对讲机联系,由一人统一指挥,先采用人工将锚索沿着已设置好的下索线向下滑动直至锚索的放索卷扬机钢丝绳受力，输送锚索的施工人员全部站在锚索内转弯的背面,以防止意外。锚索穿索过16、程中,?136的预应力工作平台上的施工人员要求撤离到安全区,以防止意外的发生。 向下倒悬穿锚索施工方法的优点是穿索人员较少，穿索过程中基本上是采用的是机械设备,效率较高。其缺点是安全隐患较大，从上部穿索将影响预应力工作平台上的其他工序作业,如张拉、灌浆、上工作锚板的不宜同时施工。4。预应力锚索滑索穿索法施工 在？14马道平台上搭设锚索编制车间,将已经切好的定长钢绞线圆盘采用提升架运至?144马道上,钢绞线在车间内解盘散开，按照水工预应力锚固施工规范要求编制锚索备用.在马道平台与锚索部位之间设置一条索道,索道的固定端设在马道平台上,活动端与锚索孔周边的锚筋相联。在索道上安装滑轮,滑轮上带有专用夹17、制锚索的夹具钩。在使用夹具钩之前,用橡皮对锚索进行包裹,以防止锚索被夹伤。索道形成并检查合格后，采用人工将锚索从编制车间内抬出，依次挂上夹具钩,挂钩距离为。m,随着挂钩的延伸将锚索挂上索道.另一端采用卷扬机牵引，将锚索徐徐拉入孔道。穿索施工采用对讲机联系,由一人统一指挥协调,以保障工作的顺利进行。为防止锚索在穿索中与锚索孔口摩擦，在孔口处围垫一圈耐磨橡皮,以不损伤钢绞线。 采用滑索穿索的优点是穿索人工少,抬索的距离较短,使用的脚手架钢管材料也较少。采用的是机械穿索，因此效率较高。缺点是滑索的角度有一定的范围限制，滑索的活动端要经常的换动。 4.4.4预应力锚索搭设全程脚手架直接穿索法施工 在升18、船机上闸左侧?16的预应力工作平台与升船机左岸边坡？14m马道之间全部搭设承重施工脚手架为防止施工人员在抬锚索时打滑，脚手架的铺设全部采用厚度为cm的木板并钉防滑条,形成一个较大的施工平台。在平台上布置一些活动滚筒,锚索编制完成以后从编制车间采用人工抬出放在滚筒上,另一端采用卷扬机牵引辅助完成穿索. 采用全程搭设承重施工脚手架穿索优点是安全性好,在一个很宽阔的施工平台上施工,能够很好进行各工序协调施工，流水作业，效率高,为对施工进度、质量、安全提供了可靠保证.缺点是钢管脚手架用材较多.经过计算，脚手架横距。2m、纵距.m、步距1。5m。搭设长度90m、高度平均24、宽度平均5m计算。 全程脚手19、架搭设共需钢管50t.木板共需277m。 锚索穿束过程中采取了有效措施防止束体发生扭转.每束锚索穿束到位后均应进行扭转检查，直到确认束体无扭转后方可进行下一道工序施工。 在锚索的穿索运输中,各支点间距不会大于2m，转弯半径也不得小于是3，并以不改变锚索结构为准则；向下倒悬穿索时,除主吊点外，其他吊点应能在锚索入孔前快速、完全脱钩;锚索在运输、吊装过程中,施工作业作业人员细心操作,避免与其他物体发生碰撞损伤锚索及其防护涂层。4.5预应力锚索的张拉 7 三峡升船机上闸首预应力锚索张拉作业,由专用的锚索张拉台车配合专业操作人员进行。锚索张拉前对所使用的千斤顶、油压表、测力器(试验及检测锚索）按施工规20、范和产品出厂标准,在具有相应资质的试验室进行配套检验和标定，并绘制压力表读数与张拉力关系曲线，用于锚索张拉操作控制。检验合格的设备才能投入使用。 压力表精度应为5级,配套标定张拉设备用的测力装置及压力试验机，其误差不得大于?2%。选用的压力表规格满足设计超张拉时指针读数控制在表盘刻度的1/4-/4范围内。张拉设备的使用在标定的有效时间内(不超过6个月)。经拆卸检修的张拉设备或受到撞击的压力表,都必须重新标定，否则禁止使用。 锚索施工按照设计要求采用台千斤顶在个区段均衡同步两端对称张拉施工,对每个区段采取从中间向两端、先底排后上排的顺序逐束进行在张拉前，绘制锚索张拉次序图提交监理工程师批准后进行21、。锚索穿索完成后,对钢绞线两端和千斤顶工作长度进行调整,使钢绞线的两端的长度均满足要求对工作锚板及夹片进行清洁处理。采用专用的线梳对已编帘和编号的钢绞线进行定位，可以很方便地将钢绞线穿入工作锚板. 将工作锚板放入锚垫板的限位槽中，并将工作夹片依次套入工作锚板,采用专用的工具对夹片进行调整和调平处理.在锚索张拉前,为调整钢绞线在孔内的受力状态，使整束钢绞线张拉时均匀受力。对单根钢绞线进行两端对称预紧。预紧采用YDC200型小千斤顶进行,预紧力采用0。15n。每次循环预紧均应测量钢绞线伸长值，每根钢绞线以两次张拉伸长值的差值不超过3mm为限,超过3的钢绞线则进入下一循环预紧，直至受力均匀。预紧时整22、束钢绞线对称进行。 预紧结束后,立即套上YCW50020A型张拉千斤顶进行张拉,套千斤顶时要求千斤顶与锚垫板的正端面垂直,按要求安装工具夹片，并用专用的工具打紧，调平。 锚索设计张拉控制应力为第一区段廊道内索体为o=.6fptk，其余为con0.2pk。为减少夹片回缩损失,根据设计要求本工程锚索采用超载安装锁定，超载安装系数取。5。控制应力以油压表读数为主,以锚索的理论伸长值和实际伸长值比较加以验证。采用伸长值验证时控制锚索实测伸长值不超过理论伸长值的+0%或含预紧伸长值),对超过时立即停止张拉，查明原因。由于锚索预紧伸长值不易控制，在实测伸长值比较时,可用相邻两级吨位下实测值的差值与理论计算23、的差值进行比较。通过预紧后的锚索进行整体张拉时，从预紧应力到锁定应力共分级进行张拉操作。一区廊道内分极标准为0。o (687.46N) 05con(859。32KN) 0。con（1718。4K）0.75con (257.KN) 。0cn (3437。2KN)1.05con (360.KN)-锁定;其他区分极标准为。o(1.3).5on(87.KN）0.5co (17。3K) 0。75con (2663.9KN) 1。0con （551。86KN) 1.0co （3。5KN)-锁定。千斤顶升荷速率每分钟不超过0。con,每级持荷时间，10mi，最后一级稳压2，0in。锚索经超张稳压锁定、并经专24、职质检员检查验收合格后，采用专用切割机在距离锚具头25m处切除多余的钢绞线。 4。预应力锚索孔道压浆与锚头保护锚索体完成张拉锁定后，采用350纯水泥浓浆压力灌注封孔。水泥品种PO4.硅酸盐水泥,已潮湿结块的水泥禁止使用。浆液水灰比严格根据试验室的配比进行.为了增加浆液流动性,通过试验根据类似工程的经验选用高效减水剂GY和膨胀剂AE。对其进行化学成分检验，其氯离子含量应小于0。02%。 水泥浆液采用高速搅拌机拌制，集中供浆。搅拌均匀的水泥浆均符合以下指标: (1) 流动性:在流动性测定仪上进行试验，水泥浆自仪器筒内流出时间不得超过6s；(2） 泌水性：在量筒内注入00l的水泥浆，3h后泌水量不得25、超过2。预应力锚索孔道压浆应在张拉完毕静停hr后、4hr内进行，最迟不得超过7hr内施工行完毕。水泥浆自拌制到压入孔道的间隔时间不超过0in。压浆过程中仔细检查管路是否堵塞,对发生堵塞根据具体情况采取改变浆液浓度、加大压浆压力或孔道冲洗等措施进行处理。根据设计要求孔道压浆压力力。3，0。5Mpa，并浆压力0。5，0.7a,并浆时间隔20min为了保证管道全长注浆饱满，根据设计要求,锚索孔道压浆均按下列程序进行： (1)在左右端施工平台和C1、C2缝高程1m排水廊道内各配置一套制、压浆设备。 (2）在排水廊道内的压浆孔通畅的情况下，应优先采用排水廊道内的压浆泵从中间向两端灌注，并以两端头锚具压浆26、孔作为排水排气和压力控制点。 8(3)当中间孔道通畅性不良或不通时,则采用锚索一端向另一端灌注,中间孔道作为排气和辅助压浆孔。当另一端孔道满孔出浓浆3s后,两端同时升压并浆. (4)并浆结束后,扎紧两端压浆软管至水泥浆硬化后卸除。 孔道压浆结束并经验收合格后，按设计图纸要求制作钢模板对两端头锚具及钢绞线进行混凝土密封保护。5结束语 三峡升船机上闸首结构预应力锚索施工通过因地制宜、合理制定技术施工方案,不断实践、发扬勇于探索、勇于创新的精神，在工程量大，工序多,时间紧，技术要求严格的条件下，施工中严格各施工程序和工艺要求。 通过对预应力锚索施工进行全过程质量控制和管理工作. 一次验收合格率在9527、%以上,以良好的施工工艺作风完成本项工作.工程质量、进度得到了业主和监理的一致好评。一次达优标准。 预应力技术是一项比较成熟的技术,施工方便在保证质量的前提下，可简化施工工艺，为降低工程造价提供了有力的保证。 预应力混凝土的主要优点是可以使混凝土不过早出现裂缝或不出现裂缝.同时，由于预加压力作出,构件承受荷载后，向下弯曲的程度要小,提高了混凝土构件的刚度。预应力混凝土能避免出现裂缝，构件内的钢筋就不容易锈蚀，因而可以相应延长构件的使用年限。减轻构件自重，由于采用高强度材料,构件截面尺寸相应减少，自重也就减轻了节约材料使预应力混凝土可以合理地应用高强度钢材,做到物尽其用,无论钢材还是混凝土用料都能相减少 预应力混凝土的主要缺点是增加了张拉工序，需要具备张拉机具及锚固装置。制作技术比钢筋混凝土复杂，出现质量缺陷的环节也多了.随着预应力技术的不断发展,工程设计、施工单位对预应力钢材及锚固机具提出了新的要求,预应力钢材将沿着粗直径、大规格、高强度的方向发展，现在预应力技术已广泛用于桥梁、电站、高层建筑等诸多领域.参考文献： 、水工预应力锚固施工规范（SL494） 2、水工建筑物水泥灌浆施工技术要求(L6294） 3、升船机上闸首结构预应力锚索施工技术要求(长三峡局枢航字(001）第10号） 9