預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁張拉與壓漿施工淺析

馮志強(qiáng)

（中鐵三局六公司，山西 晉中 030600）

1 前言

在混凝土施工中，使用預(yù)應(yīng)力混凝土可提高構(gòu)件的抗裂性和耐久性，增大構(gòu)件的剛度，同時可以節(jié)省材料，減輕構(gòu)件自重，因此，隨著預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的不斷完善，預(yù)應(yīng)力混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。

后張法預(yù)應(yīng)力箱梁就是在制作梁體構(gòu)件時，在構(gòu)件內(nèi)按設(shè)計要求預(yù)先留出預(yù)應(yīng)力筋孔道，當(dāng)梁體構(gòu)件混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時，把預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道內(nèi)進(jìn)行張拉，在預(yù)應(yīng)力筋受拉的同時，梁體構(gòu)件獲得預(yù)壓應(yīng)力，當(dāng)張拉至設(shè)計控制應(yīng)力后，利用錨具進(jìn)行錨固。最后進(jìn)行孔道壓漿，以防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，同時在水泥漿的黏結(jié)作用下使預(yù)應(yīng)力筋與梁體構(gòu)件形成一個整體。

2 工程概況

商州至丹鳳高速公路SDN5標(biāo)段棣花丹江大橋全長428 m，設(shè)計橋跨為17 m×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，共計136片，全部在預(yù)制場內(nèi)采用后張法集中預(yù)制。

梁體預(yù)應(yīng)力鋼束由腹板束、頂板束和底板束組成，張拉順序為先腹板束，后底板束，最后頂板束。在施工過程中，為了保證施工質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力張拉要求采用雙控，即應(yīng)力控制為主，伸長量控制為輔。

3 主要材料及機(jī)具設(shè)備的選擇

3.1 主要材料

3.1.1 水泥漿

孔道壓漿采用純水泥漿，水灰比控制在0.35左右。水泥漿的配制強(qiáng)度為40 MPa，符合設(shè)計要求，泌水率不超過3%，稠度控制在14～18 s之間，并加入適量膨脹劑（發(fā)氣鋁粉）和減水劑。水泥采用52.5的高品質(zhì)硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗水及減水劑對預(yù)應(yīng)力筋無腐蝕。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線

根據(jù)設(shè)計及相關(guān)規(guī)定，本橋采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Ryb＝1 860 MPa，公稱直徑φj＝15.2 mm，公稱截面積Ag＝139 mm2，彈性模量Eg＝1.97×105MPa的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，其力學(xué)性能指標(biāo)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224－2003）的規(guī)定。

3.2 機(jī)具設(shè)備

3.2.1 錨具

本橋正彎矩采用OVM15－7型系列錨具及其配件，預(yù)應(yīng)力管道采用圓形金屬波紋管，在墩頂連續(xù)端處的負(fù)彎矩鋼束采用BM15－5型扁錨及其配件，管道采用扁形金屬波紋管。

3.2.2 千斤頂及油壓表的選用

本橋采用YCW250B型千斤頂，千斤頂與油壓表進(jìn)行配套校驗，以確定張拉力與油壓表讀數(shù)之間的關(guān)系。

3.2.3 孔道壓漿設(shè)備

采用電動活塞式壓漿機(jī)，且配有攪拌機(jī)，保證灰漿攪拌均勻，壓漿連續(xù)。

4 預(yù)應(yīng)力筋下料與穿束

鋼絞線的下料長度，等于孔道凈長度加構(gòu)件兩端的預(yù)留長度。

鋼絞線切斷時，采用砂輪切割機(jī)，以保證切口平整，線頭不散。不允許采用電弧切割下料，以免鋼絞線可能因產(chǎn)生意外打火而造成損傷。

鋼絞線可單根穿入孔道，也可整束同時穿入。采用單根穿入時，按一定的順序進(jìn)行，以避免鋼絞線在孔道內(nèi)人為的打叉現(xiàn)象。采用整束穿入時，將一根鋼束中的全部鋼絞線編束后整體裝入管道中，沿長度方向每隔2～3 m用鐵絲捆扎一道。

穿束前應(yīng)全面檢查錨墊板、孔道、灌漿孔及排氣孔是否滿足施工要求，錨墊板應(yīng)位置準(zhǔn)確，若錨墊板移位，造成墊板平面和孔道中軸線不垂直時，用楔形墊板加以糾正?？椎纼?nèi)應(yīng)暢通、無水分和雜物，并保證孔道完整無缺。

5 預(yù)應(yīng)力筋的張拉工藝

5.1 計算和確定張拉力

由于鋼絲與錨具的錨圈口之間會產(chǎn)生摩阻力，從而造成應(yīng)力損失，所以在張拉前應(yīng)測定所選用的千斤頂、錨具及鋼絲束產(chǎn)生的摩阻力大小，用于修正設(shè)計給定的張拉控制應(yīng)力σk，但經(jīng)過修正后的張拉控制應(yīng)力不得超過鋼絲極限抗拉強(qiáng)度Ryb的80%。

預(yù)應(yīng)力筋張拉力按下式計算：

P＝（1＋錨圈口摩阻應(yīng)力損失）×σk×Ag×n×（1/1000）

式中，P：預(yù)應(yīng)力筋張拉力，kN；

σk：預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；

Ag：每根預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，取139 mm2；

n：同時張拉預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù)，取n＝7；

錨圈口摩阻應(yīng)力損失經(jīng)測定取2.5%。

經(jīng)計算P＝1 391.27 kN，該值小于鋼絲極限抗拉強(qiáng)度Ryb的80%，符合要求。

5.2 油壓表讀數(shù)的計算與確定

確定油壓表表盤讀數(shù)：通過千斤頂與油壓表配套校驗，形成張拉曲線圖，根據(jù)最小二乘法原理確定回歸方程。

由試驗得回歸方程為Y＝0.061 34＋0.020 67X

式中，X：壓力，kN；

Y：油壓表讀數(shù)，MPa。

當(dāng)超張拉時，X＝1.05 P＝1 460.83 kN，則Y＝0.061 34＋0.020 67X＝30.26 MPa，此即為與張拉力相對應(yīng)的油壓表表盤讀數(shù)。

5.3 伸長值計算

理論伸長值按以下公式計算：

△L＝σk×L0/Eg

式中，△L：預(yù)應(yīng)力筋理論伸長值，cm；

σk：預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力，取0.75×1 860＝1 395 MPa；

L0：預(yù)應(yīng)力梁孔道長，取L0＝2 496 cm；

Eg：預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，取1.97×105MPa；

經(jīng)計算△L＝17.67 cm。

5.4 張拉程序

按照設(shè)計要求，采用油壓千斤頂對鋼絞線施加張拉力，各階段的應(yīng)力控制值為：0→初應(yīng)力（0.1σk）→超張拉1.05σk（持荷5 min）→σk，然后錨固。張拉時進(jìn)行張拉力與伸長值雙控。

5.5 張拉過程與方法

（1）清除錨墊板上的水泥漿等污物，在錨墊板上準(zhǔn)確描繪錨圈輪廓，把鋼絲束穿入錨圈孔內(nèi)后緊貼錨墊板。

（2）把錨塞插入錨圈，并使鋼絲均勻分布在錨塞周圍。為避免錨固時發(fā)生斷絲現(xiàn)象，鋼絲束不得扭轉(zhuǎn)，且兩根鋼絲不得交錯排列。用手錘輕敲錨塞，避免錨塞脫出。

（3）千斤頂就位后，把鋼絲按順序嵌入千斤頂內(nèi)，調(diào)整其位置，使孔道、錨圈與千斤頂處在同一軸線上。

（4）梁體兩端同時張拉，待鋼絲繃緊后將其固定，以保證鋼絲在以后的張拉中能均勻受力。繼續(xù)張拉至初應(yīng)力（0.1σk），在千斤頂?shù)姆纸z盤槽溝處的鋼絲上刻劃鋼絲伸長量的基點標(biāo)記，并辨認(rèn)是否有滑絲現(xiàn)象。

（5）兩端同時分級加載，每級加載值為油壓表讀數(shù)50 kg/m2的倍數(shù)，每級加載后都要測量鋼絲伸長量，張拉兩端作業(yè)人員要互報油壓表讀數(shù)和鋼絲伸長量，盡量使兩端平衡。

（6）當(dāng)兩端同時張拉至1.05σk時，持荷5 min，使預(yù)應(yīng)力筋在錨固前完成部分徐舒，以減少鋼絲錨固后的應(yīng)力損失。測量鋼絲伸長量，并做好記錄。

（7）計算出鋼絲的總伸長量，與理論值核對，其誤差應(yīng)在±6%范圍之內(nèi)。

5.6 預(yù)應(yīng)力筋錨固及切割要求

當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋在張拉控制應(yīng)力穩(wěn)定后即可錨固。預(yù)應(yīng)力筋錨固后的外露長度不宜小于30 mm，錨具用封端混凝土保護(hù)。當(dāng)需長期外露時，應(yīng)采取相應(yīng)措施防止銹蝕。錨固完畢并經(jīng)檢驗合格后即可切割端頭多余的預(yù)應(yīng)力筋，嚴(yán)禁用電弧焊切割，應(yīng)采用砂輪機(jī)切割。

6 孔道壓漿

孔道壓漿就是將水泥漿用壓漿機(jī)壓入孔內(nèi)，使之填滿預(yù)應(yīng)力筋與孔道間的空隙，以防止預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕，同時在水泥漿的黏結(jié)作用下使預(yù)應(yīng)力筋與梁體構(gòu)件形成一個整體。按照設(shè)計要求，預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，應(yīng)盡早對孔道進(jìn)行壓漿，同時對邊跨伸縮端部實施封端，其他部位在體系轉(zhuǎn)換過程中封端。

孔道壓漿前應(yīng)用高壓水沖洗孔道，以排除孔內(nèi)粉渣等雜物，保證孔道暢通。

6.1 水灰比的確定

壓漿所用水泥全部采用強(qiáng)度等級為52.5的高品質(zhì)硅酸鹽水泥。經(jīng)過配合比的比選后確定水灰比為 0.35，按此水灰比配制的水泥漿的稠度在14～18 s，符合規(guī)范要求。

6.2 水泥漿的拌制及壓漿工藝

水泥漿用小型灰漿攪拌機(jī)拌制，每次拌制量視使用量而定，不宜過多，隨用隨拌。水泥漿拌好后存放在備好的儲漿桶內(nèi)，在壓漿過程中，桶內(nèi)水泥漿要不斷低速攪動，防止水泥漿沉淀、結(jié)塊，影響壓漿質(zhì)量。

由于梁體孔道布置為兩端高中間低，所以孔道壓漿順序應(yīng)先下層孔道后上層孔道，集中在一處的孔道應(yīng)一次壓完。壓漿的壓力以保證壓入孔內(nèi)的水泥漿密實為準(zhǔn)，開始壓力要小，逐步增加，一般為0.5～0.7 MPa。當(dāng)壓漿的另一端出漿口由最初的清水變至稀漿，最后溢出濃漿時，關(guān)閉出漿口閥門，此時繼續(xù)施壓至0.7 MPa，維持此壓力1～2 min后關(guān)閉注漿口閥門，使水泥漿在有壓狀態(tài)下凝結(jié)，以保證壓漿密實。

壓漿過程要緩慢、均勻連續(xù)進(jìn)行，中途不得停歇。若因故障出現(xiàn)壓漿中斷且中斷時間較長時，要及時將孔道內(nèi)存留的水泥漿沖洗干凈，以保證重新壓漿時，孔道暢通無阻。

每一工作班制作三組70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體標(biāo)準(zhǔn)水泥漿試件，其中一組試件用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后的強(qiáng)度評定水泥漿強(qiáng)度，另外兩組隨梁體進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，經(jīng)評定強(qiáng)度均滿足設(shè)計要求。

孔道壓漿結(jié)束后立即沖洗梁端及錨墊板上粘附的水泥漿和其他污物，梁端混凝土鑿毛后，即可進(jìn)行封端混凝土作業(yè)，并做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

7 結(jié)束語

本橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁在制作前，對施工人員、技術(shù)人員、質(zhì)檢人員等進(jìn)行了相關(guān)培訓(xùn)，制作過程中對各道工序包括配合比選定，張拉壓漿設(shè)備的檢定檢測，張拉壓漿的現(xiàn)場施工記錄、梁體的養(yǎng)護(hù)工作等進(jìn)行了嚴(yán)格監(jiān)控，確保了施工質(zhì)量。