浅谈箱梁后张法预应力钢绞线施工和孔道压浆质量控制

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浅谈箱梁后张法预应力钢绞线施工和孔道压浆质量控制
1. 前言        预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。预应力混凝土提高了构件的抗裂度和刚度，可以节省材料，减少自重，减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力，结构质量安全可靠。在曲线配筋或大型构件的桥梁施工中，多采用后张法建立预应力，靠锚具来传递和控制预应力。鉴于箱梁后张法预应力钢绞线在桥梁中普遍采用，预应力钢绞线施工是桥梁施工质量控制的关键环节之一，在施工中要高度重视。本文总结多年后张法预应力施工经验，就箱梁预应力钢绞线施工中的波纹管质量、预应力张拉、孔道灌浆等施工环节质量控制进行论述，以供箱梁预应力施工参考。        2. 预应力塑料波纹管质量控制        预应力波纹管分金属波纹管和塑料波纹管，金属波纹管用镀锌或不镀锌低碳钢带螺旋折叠咬口制成。塑料波纹管是一种新型成孔材料，已在后张法预应力管道中普遍采用。本文就塑料波纹管在工程中的应用予以论述,塑料波纹管必须按规范频率要求进行原材料抽检，主要检测环刚度、局部横向荷载、柔韧性三项指标，检验合格后才能用于工程。        预应力筋预留孔道的尺寸和位置偏差应符合设计、规范要求，施工中如普通钢筋与预应力塑料波纹管在空间发生干扰时，可适当移动普通钢筋以保证预应力钢绞线和塑料波纹管位置准确，波纹管要平直、圆顺畅通，无折起；一般梁长方向允许偏差3cm，梁高方向允许偏差1cm。塑料波纹管应采用定位钢筋固定安装，使其能牢固地置于设计位置，并在混凝土浇筑期间不产生位移，固定各种成孔塑料波纹管用的定位钢筋的间距，一般不大于0.5m，对于曲线塑料波纹管宜适当加密和设计防崩钢筋。波纹管接头采用套管法，且在套管内要对口、居中，两端的环向缝隙用胶带封闭严密不得漏浆，灌浆孔和排气孔应符合设计及规范要求的位置。预埋孔道端部的锚垫板平面应垂直于孔道轴线，锚垫板孔中心要对准塑料波纹管中心，安装应牢固，预埋的螺旋加劲钢筋应尽量紧靠锚垫板，以更好地分散此处应力，锚垫板上的灌浆孔应布置在下方。        3. 预应力张拉施工        3.1钢绞线束的制作及穿放。目前用于预应力的钢绞线多采用低松驰的高强度钢绞线。每批进场的预应力钢绞线必须经外观、力学性能检验合格后方可投入使用。预应力筋的下料长度应通过计算确定，除要按照设计图，加孤线值的长度外，还要考虑每端预留千斤顶＋工具锚＋限位板的δ值等工作长度。钢绞线下料应采用砂轮锯切割，不得采用电弧切割。集束绑扎时，每束钢绞线必须理顺直，不得打结、扭曲，一般一米为一段进行分段绑扎牢固，以免钢绞线相互扭结或各丝、各股预应力筋受力不均匀，造成张拉应力不够或超张拉，摩阻力值增大，易发生段丝、滑丝等现象。         钢绞线穿放前应清除孔道内杂物，钢绞线穿入梁体后应尽快张拉，停放时间不能超过48小时，否则应采取防锈措施。预应力钢绞线束穿后，应对所有波纹管进行检查，有破损或密封不严处应采取措施处理或更换，以免砼浇筑过程中漏浆，堵塞管道，影响预应力钢绞线张拉和孔道压浆。在浇注混凝土时，在混凝土初凝前设专人随时拉动钢束，避免个别波纹管接头发生漏浆而产生管内固结。        3.2千斤顶与油表校正。预应力张拉的设备和预应力锚具，应按锚具说明书的千斤顶型号配套使用。千斤顶在使用前必须按要求及时经主管部门授权的法定计量技术机构进行千斤顶、油泵及油压表配套标定，确定其校正系数，张拉时严格按标定报告上注明的油泵号、油表号和千斤顶号配套安装使用。张拉前，应按照校正系数公式计算出分级加载的油表读数与张拉力的对应值。在下列情况下应重新标定：新千斤顶初次使用前；油压表指针不能退回零点时；千斤顶、油压表和油管进行过更换或维修后；当千斤顶使用超过6个月或张拉超过200次以上；在使用过程中出现其他不正常现象。        3.3锚夹具、连接器、挤压锚质量控制。后张法建立预应力，是靠锚具来传递和建立预应力，如锚具质量不合格，预应力张拉时或在张拉后，锚板、垫板或夹片锚的夹片容易碎裂。所以锚夹具质量非常重要，使用前，应按要求对锚夹具、连接器进行外观、硬度、静载锚固试验和挤压锚头工艺抗拔试验，合格后才能用于工程。        3.4核算钢绞线理论伸长值。张拉前，同类钢绞线首批进场后应进行弹性模量试验，根据实测的弹性模量和相关公式仔细检校每一束钢绞线的理论伸长值，以免有时设计提供理论值有误，而造成实测伸长量与理论伸长量之差不符合要求。        3.5预应力张拉。预应力钢绞线张拉前，箱梁的混凝土强度和砼浇筑时间必须达到设计、规范要求，千斤顶和油压表均在校验有效期内，箱梁侧向约束已解除（但须特别注意，箱梁底模必须在预应力钢绞线张拉结束并对管道实施压浆后才能拆除），支座定位螺栓已解除，以使在预应力张拉过程中能自由转动和移动。        当所有准备工作做好后，清除锚垫板下水泥浆等杂物，将钢绞线切割成楔形逐根对孔穿入锚环中，装紧工作锚具夹片，安装时务必使工作锚落入锚垫板止口中，并与孔道轴线同心。工作锚安装后，安装张拉限位板及千斤顶对位，再在千斤顶后端安装工具锚，安装工具锚时，应注意不得使钢绞线错孔扭结。为安装方便，可将工具锚夹片用橡皮筋箍住，从钢绞线端头沿钢绞线送进到工具锚孔中，并用钢管打紧，夹片不得错位。以上工作全部做完后对千斤顶供油，使千斤顶受力并与梁端锚具面垂直，再次检查锚具、千斤顶、孔道三者轴心是否同心，有偏差时应用手锤轻击锚环，调整位置，检查合格后，即进入张拉供油的准备。两端张拉操作人员应统一指挥，口令一致，应严格按设计张拉顺序、张拉方式对称进行张拉，张拉速度应控制在合理范围内，注意使每根钢绞线受力均匀，张拉力应按设计控制力逐级加载，如按控制力的10%、20%、50%、90%及设计控制力分级张拉，在达到控制张拉的10%时作好标记，开始测量钢绞线伸长值，以后每级均要量测、记录伸长值和张拉力，测量读数应精确，钢绞线束在达到控制张拉力时，持荷2min，并维持张拉力不变，然后封锚。张拉过程中应认真作好张拉原始记录，因处理滑丝、断丝而引起钢绞线束重复张拉时，同一束不超过3次，若钢丝与锚具因滑丝而留有明显刻痕时，应予更换。张拉完成后，在锚口处的钢绞线上做记号，钢绞线回缩量不能大于6mm。张拉完成后，经检查并确认全部合格后方可割丝，钢束张拉完毕，严禁撞击锚头和钢束。        施加应力以张拉力为主，以预应力筋伸长值作校核，预应力筋实际弹性模量计算的伸长值与实测伸长值相差不应超过±6%，否则应暂停张拉，查找原因，主要原因有：钢绞线材料发生变化，弹性模量E值变化或截面积A值变化；千斤项标定曲线发生变化造成张拉力变化；混凝土强度不足；孔道摩阻损失变化；测量方法不准确，因漏浆致使钢绞线局部固结等。        4. 预应力孔道灌浆质量控制        张拉力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固，预应力筋锚固后的外露长度不宜小于30mm，锚固完毕检验合格后即可用砂轮机切割端头多余的预应力筋，并用无收缩水泥砂浆密封锚头，锚头不得漏浆、漏水，清理锚垫板上的灌浆孔，保证灌浆通道畅通和孔道密封良好。预应力钢绞线张拉完成封锚后，一般 24～36ｈ之内宜及时进行孔道压浆，水泥浆一般为纯水泥浆，根据要求进行水泥浆原材料检验和配合比设计，水泥浆水灰比一般为0.4-0.45，当掺加减水剂时，水灰比可减小到0.35；浆体泌水率在拌和3小时后应小于2%，泌水在24小时之后应被浆体完全吸收；初凝时间不小于3小时，终凝时间应不大于17小时；浆体体积变化率应小于5%，28天龄期强度应符合设计规范要求。
为保证水泥浆饱满、密实，采用真空压浆工艺，即在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，当达到-0.06MPa左右的真空度时，启动灌浆泵，将优化后的特种水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以≤0.7 MPa的压力；另为确保曲线管道最高点灌浆密实，在预应力波纹管道最高点设置排气出浆口，出浆口冒浓浆后稳压2分钟。        孔道压浆质量控制点：        4.1用高压水冲洗孔道，以冲走杂物并湿润孔道内壁，防止干燥的孔壁吸收水泥浆中的水分而降低浆液的流动性，清洗完后，可用不含油的压缩空气排除管道内的积水。        4.2用高速搅拌机，使水泥浆能充分拌和，以保证浆体质量。        4.3现场检查每盘水泥浆的流动度，一般均控制在13～18秒以内，浆体应达到无离析及分层现象，泌水率＜2%，并且拌和后泌水在24ｈ内重新被浆体全部吸收。        4.4水泥浆自拌和至压入管道的延续时间，视气温情况而定，一般控制在30～45分钟，浆体在使用前和压注过程中须连续搅拌。        4.5压浆管选用高强橡胶管，抗压能力≥2MPa，要求压浆时不易破裂，连接牢固，不得脱管。        4.6在曲线预应力孔道的最低处要留设压浆口，最高处和孔道末端要留设排气(浆)口，水泥浆由最低处压入孔道，按照水泥浆的行程封堵排气口，排气口全部封堵完后，持压时间不少于2分钟，最大压力不宜超过1.0MPa。        4.7压浆过程应连续一次性完成，中途不得停止，为防止压浆中途断电，应提前准备好发电机，并且储浆筒中的浆体要不停地搅动。        4.8若遇孔道堵塞时，应立即用高压水将孔道冲洗干净，重新压浆，以保证压浆饱满密实。        4.9压浆顺序：先下后上。较集中和邻近的孔道，宜尽量先连续压浆完成，不能连续压浆时，后压浆的孔道应在压浆前用压力水冲洗通畅。        4.10压浆用的胶管一般不超过30m，若超过30m则压力增加0.1MPa。水泥浆搅拌结束至压入管道的时间间隔不应超过40min。        4.11水泥浆搅拌及压浆时浆体温度应小于35度，当气温或梁温度低于5℃时，不得压浆，压浆后48h内，保持结构物温度在5℃以上。        4.12压浆是否密实，除了以上要求外，还要从压浆数量上来保证其质量。水泥浆的净用量=(孔道截面面积-钢绞线截面面积)×孔道长度。        4.13压浆孔数和位置必须作好记录，以防漏灌。孔道压浆应填写施工记录。        4.14压浆后应先将其周围冲洗干净并对梁端混凝土凿毛，然后设置钢筋网浇筑封锚混凝土，封锚混凝土的强度应符合设计规定。浇筑时要加强振捣，要求混凝土密实，无蜂窝麻面，与梁端面平齐。        5. 预应力张拉时应高度重视安全        张拉时，千斤顶后面不准站人，也不得踩踏高压油管；张拉时发现张拉设备运转异常，应立即停机检查维修；正确安装张拉千斤顶，张拉架搭设应稳固牢靠等，避免张拉时发生安全事故及意外事故。        6. 结语        在现代的预应力箱梁施工中，预应力钢绞线施工和孔道压浆占着举足轻重的地位，是预应力能否正确建立并达到设计目的的关键，必须严格按设计、规范施工，积累丰富施工经验应用于实际，以保证其质量。