雙控法張拉和真空壓漿技術(shù)在后張預(yù)應(yīng)力箱梁施工中的應(yīng)用

李存筆 陳忠祥 王根元 吳 昊

雙控法張拉和真空壓漿技術(shù)在后張預(yù)應(yīng)力箱梁施工中的應(yīng)用

李存筆1陳忠祥2王根元1吳 昊1

一、前言

隨著現(xiàn)代橋梁建筑技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，大跨度高預(yù)應(yīng)力混凝土梁得到越來越廣泛的應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉施工作業(yè)為預(yù)應(yīng)力箱梁施工中的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)控制箱梁的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

二、工程簡(jiǎn)介

鎮(zhèn)江引航道閘橋工程建于引航道閘上，雙幅布置，成圓曲線，與左右岸城市規(guī)劃道路連接，全長(zhǎng)240m。橋跨布置為8跨22m箱梁、2跨11m現(xiàn)澆箱梁和1跨42m預(yù)應(yīng)力箱梁，采用簡(jiǎn)支箱梁結(jié)構(gòu)，其中42m跨為鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力箱梁，梁高2.4m。

三、張拉及真空壓漿工藝

1.張拉前準(zhǔn)備

所有預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管。安裝前先詳細(xì)檢查波紋管是否有破裂、漏洞，鋼筋綁扎完成后，及時(shí)焊接波紋管定位鋼筋（井字鋼筋）。定位鋼筋在曲線部位間距為50cm，直線段間距為100cm，彎折處采用圓曲線過渡，以保證管道確保圓滑，以及波紋管在澆筑混凝土?xí)r不上浮、不變位，管道容許偏差平面不得大于±1cm，豎向不得大于0.5cm。波紋管順著定位鋼筋內(nèi)穿入，接頭處用膠帶纏好，確保混凝土在強(qiáng)烈的振動(dòng)下不漏漿。鋼絞線穿放前先清除孔道內(nèi)雜物，鋼絞線穿入梁體后必須采取防銹措施。后張法建立預(yù)應(yīng)力，是靠錨具來傳遞和建立預(yù)應(yīng)力，所以錨夾具質(zhì)量非常重要，使用前先按要求對(duì)錨夾具、連接器進(jìn)行外觀、硬度、靜載錨固試驗(yàn)和擠壓錨頭工藝抗拔試驗(yàn)，合格后才能用于工程。

2.預(yù)應(yīng)力張拉

預(yù)應(yīng)力鋼絞線及張拉指標(biāo)參數(shù)預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，張拉強(qiáng)度為1395MPa。鋼絞線公稱直徑15.24mm，按ASTMA416-2005標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。鋼絞線張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=0.75×1860=1395MPa。張拉前先將張拉設(shè)備的油路、電路準(zhǔn)備好，使千斤頂空載往返運(yùn)行三次以上，排出油缸和油管內(nèi)的氣體。張拉順序?yàn)镹1→N4→N2→N5→N3→N6→N7 。

張拉時(shí)由兩端對(duì)稱張拉。張拉錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk，伸長(zhǎng)量允許偏差為+6%，施加預(yù)應(yīng)力順序?yàn)?→10%δk→20%δk→100%δk（持荷2min）→錨固。δk為張拉時(shí)的控制應(yīng)力（包括預(yù)應(yīng)力損失在內(nèi)）。張拉采用雙控法進(jìn)行，以張拉力控制，以伸長(zhǎng)量校核。鋼絞線伸長(zhǎng)量計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時(shí)的控制應(yīng)力，應(yīng)以張拉時(shí)的實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論計(jì)算值進(jìn)行校核，當(dāng)實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量的誤差超過±6%時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析原因，提出修正措施后方可繼續(xù)張拉。理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算及實(shí)際伸長(zhǎng)值的量測(cè)方法如下：

（1）鋼絞線理論伸長(zhǎng)值的計(jì)算：

式中：

△L——預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長(zhǎng)值，cm；

L——從張拉端至計(jì)算截面孔道長(zhǎng)度，cm；

Ay——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積，mm2；

Eg——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的彈性模量，MPa；

Po——預(yù)應(yīng)力鋼絞線的平均張拉力，N。

式中：

P——預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉端的張拉力，N；

θ——從張拉端到計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角之和，rad；

K——孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)，此處取K=0.003；

μ——預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁的摩擦系數(shù)，此處取μ=0.26。

本工程項(xiàng)目經(jīng)計(jì)算得出鋼絞線理論伸長(zhǎng)值如表1。

（2）鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量計(jì)算：

式中：

ΔL1——從初應(yīng)力到最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)值；

ΔL2——初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)量推算時(shí)應(yīng)以實(shí)際伸長(zhǎng)量值與實(shí)測(cè)應(yīng)力之間的關(guān)系線為依據(jù)。

3.孔道壓漿

預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，多余部分用手提砂輪機(jī)切除，使預(yù)應(yīng)力筋露出錨具5cm左右。封錨采用水泥砂漿，并將夾片及外露的鋼絞線頭全部包裹，覆蓋層厚度大于2cm。

真空壓漿設(shè)備示意圖如圖1。

4.拌制水泥漿

在壓漿工藝中，水泥凈漿的質(zhì)量是壓漿質(zhì)量控制的關(guān)鍵。盡可能降低漿體的水灰比，并摻入一定比例的膨脹劑。攪拌水泥漿之前，加水空轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，將積水排凈，使攪拌機(jī)內(nèi)壁充分濕潤。先將加入定量的水，再倒入混合料，然后開動(dòng)攪拌機(jī)攪拌，待混合料攪拌均勻后（3min），通過濾網(wǎng)，將水泥漿緩緩倒入儲(chǔ)漿罐，儲(chǔ)漿罐的儲(chǔ)漿能力須大于一條管道所需的水泥漿的體積以保證壓漿的連續(xù)進(jìn)行。

表1 直通式系統(tǒng)和虹吸式系統(tǒng)測(cè)井比較表

5.壓漿

（1）張拉工序完成后，嚴(yán)禁碰撞錨頭，切割外露鋼絞線，保證鋼絞線外露長(zhǎng)度不超過30mm。

（2）清理裝配螺栓孔內(nèi)以及錨座底面的水泥漿，保證錨座底面平整。清理壓漿扣及錨槽并保持清潔。

（3）在密封槽內(nèi)均勻涂上一層玻璃膠，裝入“O”形密封圈。

（4）將螺栓加墊片旋入螺孔內(nèi)并緊固，并將排氣孔垂直向上放置。

（5）定出吸真空端和壓漿端（吸真空端的出漿孔置于錨座上方，壓漿端的壓漿孔置于錨座下方）。

（6）安裝完畢，用高壓氣將管道內(nèi)殘留的水分、殘?jiān)党觥?/p>

（7）按圖示方法安裝壓漿設(shè)備與管道。

（8）在真空吸漿前用真空泵吸真空，當(dāng)真空度檢測(cè)達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)后，即可開始真空吸漿。

（9）關(guān)掉閥1、閥2，打開閥3，啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到-0.09MPa～-0.1MPa時(shí)，可打開閥1，啟動(dòng)灌漿泵開始灌漿。

（10）保持真空泵開啟狀態(tài)，當(dāng)觀察到空氣濾清器中有漿體通過時(shí)，關(guān)掉真空泵及閥3。

（11）打開閥2，觀察排氣管的出漿情況，當(dāng)漿體稠度和灌入前一樣時(shí)，關(guān)掉閥2，仍繼續(xù)灌漿，使管道內(nèi)有0.5～0.6MPa的壓力，持壓1～2min，再關(guān)掉閥1。

（12）將輸漿管拆下來，再拆卸活接1和活接2段，清洗空氣濾清器，然后接到另一組孔道壓漿。

孔道真空吸漿要連續(xù)進(jìn)行，一次完成。若出現(xiàn)無法及時(shí)排除的故障時(shí)，應(yīng)立即拆下壓漿管道，用高壓水沖洗孔道，待故障排除后重新壓漿。

四、張拉及壓漿注意事項(xiàng)

首先，所有預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管。波紋管軸線必須與墊板垂直。注意保護(hù)好埋設(shè)的波紋管，防止壓扁變形，接頭處用封箱膠帶進(jìn)行包裹防止漏漿和卷口，焊接時(shí)鋼花不得濺落在波紋管上。澆筑混凝土?xí)r，注意盡量避免振搗棒直接振搗波紋管，防止波紋管被搗破。

第二，預(yù)應(yīng)力鋼絞線束穿后，應(yīng)對(duì)所有波紋管進(jìn)行檢查，有破損或密封不嚴(yán)處應(yīng)采取措施處理或更換，以免混凝土澆筑過程中漏漿堵塞管道，影響預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉和孔道壓漿。澆注混凝土?xí)r，在混凝土初凝前設(shè)專人隨時(shí)拉動(dòng)鋼束，避免個(gè)別波紋管接頭發(fā)生漏漿而產(chǎn)生管內(nèi)固結(jié)。

第三，預(yù)應(yīng)力張拉的設(shè)備和預(yù)應(yīng)力錨具，必須按錨具說明書要求的千斤頂型號(hào)配套使用。千斤頂在使用前必須按要求由經(jīng)主管部門授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行千斤頂、油泵及油壓表配套標(biāo)定，確定其校正系數(shù)，張拉時(shí)嚴(yán)格按標(biāo)定報(bào)告上注明的油泵號(hào)、油表號(hào)和千斤頂號(hào)配套安裝使用。張拉前，應(yīng)按照校正系數(shù)公式計(jì)算出分級(jí)加載的油表讀數(shù)與張拉力的對(duì)應(yīng)值。在下列情況下應(yīng)重新標(biāo)定：新千斤頂初次使用前；油壓表指針不能退回零點(diǎn)時(shí)；千斤頂、油壓表和油管進(jìn)行過更換或維修；千斤頂使用超過6個(gè)月或張拉超過200次以上；在使用過程中出現(xiàn)其他不正常現(xiàn)象。施工中，不得對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行超張拉。鋼絞線制梁須在梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%且澆筑7d后進(jìn)行，張拉時(shí)兩端要同時(shí)、對(duì)稱進(jìn)行，盡量保持兩端等速張拉。張拉時(shí)必須在張拉頂外1.5m處分別設(shè)置遮擋裝置，防止鋼絞線斷絲、夾片滑絲等狀況。

第四，千斤頂給油、回油工序必須緩慢平穩(wěn)地進(jìn)行，防止出現(xiàn)滑斷絲現(xiàn)象。鋼絞線張拉后及時(shí)畫線標(biāo)記并進(jìn)行定期觀測(cè)。

第五，已張拉好而未壓漿的梁嚴(yán)禁劇烈震動(dòng)，以防預(yù)應(yīng)力鋼絞線斷裂而釀成重大事故。

第六，錨固完畢并經(jīng)檢驗(yàn)合格后即可切割端頭多余的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)用砂輪機(jī)切割，嚴(yán)禁用電弧焊切割。

五、結(jié)語

鋼絞線的張拉控制技術(shù)和真空壓漿技術(shù)是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工中的核心技術(shù)，雙控法張拉通過張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)量的控制提高預(yù)應(yīng)力混凝土梁的質(zhì)量，真空壓漿施工工藝本身具有較高水平的質(zhì)量控制，加上采用了合理配合比的水泥漿，在施工中減少了孔道對(duì)水泥漿的阻力，加速了漿液的流動(dòng)，形成一個(gè)連續(xù)且迅速的過程，縮短了壓漿時(shí)間，提高了生產(chǎn)工效。在真空狀態(tài)下，孔道內(nèi)的空氣、水分以及混在水泥漿中的氣泡被消除，減少了孔隙、泌水現(xiàn)象，確保了孔道壓漿的密實(shí)性和漿體強(qiáng)度，從而最大限度地提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。該技術(shù)是提高預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量的最佳方案，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，真空壓漿技術(shù)將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用空間。鎮(zhèn)江引航道閘橋42m箱梁采取上述施工方法和控制措施，有效地保證了箱梁的施工質(zhì)量，得到業(yè)主及相關(guān)單位的一致好評(píng)

1.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司 225002 2.蘇州市水利建設(shè)監(jiān)理有限公司 215000）