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)，對控制箱梁的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

二、工程簡介

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 。

張拉時由兩端對稱張拉。張拉錨下控制應(yīng)力為0.75 fpk，伸長量允許偏差為+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，以伸長量校核。鋼絞線伸長量計算預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時的控制應(yīng)力，應(yīng)以張拉時的實(shí)際伸長值與理論計算值進(jìn)行校核，當(dāng)實(shí)測伸長量與理論伸長量的誤差超過±6%時，應(yīng)仔細(xì)分析原因，提出修正措施后方可繼續(xù)張拉。理論伸長值的計算及實(shí)際伸長值的量測方法如下：

（1）鋼絞線理論伸長值的計算：

式中：

△L——預(yù)應(yīng)力鋼絞線理論伸長值，cm；

L——從張拉端至計算截面孔道長度，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)計算得出鋼絞線理論伸長值如表1。

（2）鋼絞線實(shí)際伸長量計算：

式中：

ΔL1——從初應(yīng)力到最大張拉應(yīng)力間的實(shí)測伸長值；

ΔL2——初應(yīng)力以下的推算伸長量推算時應(yīng)以實(shí)際伸長量值與實(shí)測應(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漿罐，儲漿罐的儲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、殘渣吹出。

（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，啟動真空泵進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到-0.09MPa～-0.1MPa時，可打開閥1，啟動灌漿泵開始灌漿。

（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，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，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)無法及時排除的故障時，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)專人隨時拉動鋼束，避免個別波紋管接頭發(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)，張拉時嚴(yán)格按標(biāo)定報告上注明的油泵號、油表號和千斤頂號配套安裝使用。張拉前，應(yīng)按照校正系數(shù)公式計算出分級加載的油表讀數(shù)與張拉力的對應(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；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個月或張拉超過200次以上；在使用過程中出現(xiàn)其他不正?，F(xiàn)象。施工中，不得對預(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)計強(qiáng)度的75%且澆筑7d后進(jìn)行，張拉時兩端要同時、對稱進(jìn)行，盡量保持兩端等速張拉。張拉時必須在張拉頂外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。鋼絞線張拉后及時畫線標(biāo)記并進(jìn)行定期觀測。

第五，已張拉好而未壓漿的梁嚴(yán)禁劇烈震動，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水泥漿的阻力，加速了漿液的流動，形成一個連續(xù)且迅速的過程，縮短了壓漿時間，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

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）