箱梁橋豎向預(yù)應(yīng)力孔道布置及壓漿工藝的優(yōu)化

王 蔚 楊 凱

(蘭州交通大學(xué),甘肅 蘭州 730070)

箱梁橋豎向預(yù)應(yīng)力孔道布置及壓漿工藝的優(yōu)化

王 蔚 楊 凱

(蘭州交通大學(xué),甘肅 蘭州 730070)

介紹了箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿的現(xiàn)有作業(yè)流程，對壓漿過程中存在的壓漿不通、壓漿不飽滿、壓漿起不到粘結(jié)、握裹作用的問題進(jìn)行了研究，并提出了五種改進(jìn)豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道布設(shè)和壓漿工藝的方案，以提高豎向預(yù)應(yīng)力的灌漿質(zhì)量。

箱梁腹板，豎向預(yù)應(yīng)力，孔道，壓漿，方案

在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工過程中，孔道壓漿如果能保證密實(shí)和飽滿，不僅能避免預(yù)應(yīng)力筋過早的銹蝕，而且能使預(yù)應(yīng)力筋和混凝土有很好的粘結(jié)作用，很好的發(fā)揮有效預(yù)應(yīng)力作用，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。實(shí)際施工中，孔道壓漿的質(zhì)量很難保證，往往導(dǎo)致豎向預(yù)應(yīng)力損失過大，這對箱體的受力和裂縫控制是極為不利的，因此對現(xiàn)有的豎向預(yù)應(yīng)力孔道布置和壓漿工藝進(jìn)行優(yōu)化，以便最大限度地提高豎向預(yù)應(yīng)力就顯得尤為重要。本文在簡述現(xiàn)有壓漿作業(yè)流程的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)措施，以確保豎向預(yù)應(yīng)力筋的施工質(zhì)量。

1 現(xiàn)有壓漿作業(yè)流程

1)豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后孔道壓漿前，為清除孔道內(nèi)廢渣等雜物，保證孔道通暢，首先應(yīng)使用壓力水對孔道進(jìn)行沖洗，然后在確?？椎罎駶櫟那疤嵯?，用空壓機(jī)吹去孔道內(nèi)殘留的積水，以使孔道內(nèi)壁與壓入水泥漿有良好的粘結(jié)。2)壓漿作業(yè)過程中，一般應(yīng)用活塞式壓漿泵均勻、緩慢地自布設(shè)在豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道最低點(diǎn)的壓漿孔壓入水泥漿，由于梁體豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道長度較小，水泥漿用量少，適當(dāng)加大壓力采用一次壓漿，以壓入孔道內(nèi)的水泥漿密實(shí)為標(biāo)準(zhǔn)確定壓漿的壓力，壓力逐漸增大，最大壓漿壓力控制在0.3 MPa～0.4 MPa，由布設(shè)在孔道最高點(diǎn)的排漿管排氣和泌水。

2 存在問題

當(dāng)前應(yīng)用較普遍的預(yù)留孔道與豎向預(yù)應(yīng)力的形式是：預(yù)留孔道采用金屬波紋管，豎向預(yù)應(yīng)力采用φ32的精軋螺紋鋼筋。壓漿質(zhì)量難以保證是豎向預(yù)應(yīng)力筋一直存在的問題。常見問題主要有：1)壓漿不通。由于預(yù)留的豎向孔道往往是厚度很小的金屬波紋管，在混凝土的澆筑和振搗過程中，布設(shè)在孔道上的壓漿管脫落、堵塞時有發(fā)生。2)壓漿不飽滿。豎向預(yù)應(yīng)力孔道又細(xì)又短，而單根孔道所需水泥漿量有限，壓漿時間過短，沒有持壓裝置，現(xiàn)場施工中又往往采用和縱向預(yù)應(yīng)力一樣的壓力大、排量大的壓漿機(jī)，水泥漿不可避免的泌水、沉淀，造成在孔道上端錨頭的錨固區(qū)域內(nèi)有一段沒有水泥漿，空隙勢必會使預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，造成預(yù)應(yīng)力損失。3)壓漿起不到粘結(jié)、握裹作用。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋由于本身剛度大，周邊面積小，壓漿又難以密實(shí)飽滿，所以粘結(jié)、握裹作用很難保證。也不能單純靠加大波紋管直徑來增加粘結(jié)握裹力，因?yàn)閴簼{不密實(shí)飽滿會削弱腹板有效斷面尺寸，對結(jié)構(gòu)受力不利。

3 改進(jìn)措施

針對上述存在的問題，提出以下五種改進(jìn)豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道布設(shè)和壓漿工藝的方案。

方案一：采用一種組合錨墊板裝置，確保豎向壓漿管暢通牢固，并在箱梁頂面張拉端設(shè)置持壓裝置，如圖1所示。為增加錨墊板的承壓剛度，在上下兩端的錨墊板上焊接一節(jié)直徑稍大于波紋管的鋼管，并用膠帶將金屬波紋管固定在鋼管內(nèi)。在下端固定的鋼管旁焊接一段小鋼管，將塑料壓漿管插入壓漿孔，用膠布包牢，固定進(jìn)漿管;上面錨墊板上斜鉆一孔，與管內(nèi)相通，作為排漿孔，并插一根小塑料管引出來，塑料管長60 cm～80 cm作為持壓長度。這樣能充分保證錨墊板、波紋管、壓漿管之間可靠連接，使得壓漿孔道通暢。豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉錨固后，用高標(biāo)號混凝土封閉張拉端。

封錨完成后，及時對預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行壓漿。水泥漿的強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)計(jì)無規(guī)定時，不宜低于30 MPa。應(yīng)根據(jù)管道直徑，灌注長度，壓漿設(shè)備和溫度確定水泥漿合適的稠度，避免稠度過小的水泥漿產(chǎn)生過大的泌水率，稠度過大的水泥漿堵塞孔道，以確保灌漿施工作業(yè)可靠順利進(jìn)行。水泥漿的水灰比應(yīng)控制在0.4以內(nèi)，并加入適量的膨脹劑，使水泥漿增塑，微膨脹，并采用高速拌漿機(jī)來提高水泥漿的質(zhì)量。壓漿時應(yīng)從最低點(diǎn)的塑料壓漿孔壓入水泥漿，由最高點(diǎn)的塑料排漿孔排氣和泌水。

此方案使得壓漿管和排漿管安裝牢固，確保豎向壓漿孔道的暢通，很好地解決壓漿過程中進(jìn)漿不通的問題，同時設(shè)置了持壓裝置延長了壓漿時間，改善了水泥漿的泌水和沉淀，提高了錨頭錨固區(qū)域內(nèi)壓入水泥漿的質(zhì)量。

方案二：對同一橫斷面上相鄰布置兩根豎向預(yù)應(yīng)力孔道(孔道布置與方法一相同)最低點(diǎn)的塑料管進(jìn)行連接，一根豎向孔道最高點(diǎn)的塑料管作為壓漿管(排漿管)，另一根豎向孔道最高點(diǎn)的塑料管作為排漿管(壓漿管)，如圖2所示。此方案具有方案一的確保壓漿管暢通的優(yōu)點(diǎn)，同時又增大壓漿長度，一次壓入水泥漿量增加了一倍，延長了壓漿持續(xù)時間，使得整個壓漿過程不再是一瞬間，而是在一個具體時間內(nèi)完成，很好的解決了水泥漿的泌水、沉淀問題，保證了壓漿的飽滿和密實(shí)。

方案三：豎向預(yù)應(yīng)力筋上下兩端采用有粘結(jié)，中部部分采用無粘結(jié)，如圖3所示。為彌補(bǔ)無粘結(jié)的不足，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和適當(dāng)?shù)钠胀ㄤ摻罨旌吓浣?，使之具有有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土相似的力學(xué)性能。作為箱梁底部錨固端的補(bǔ)充，錨固端另增加40 cm左右鋼筋不套管，這一段位置正在箱梁底板與腹板相交的承托范圍內(nèi)。在箱梁頂面張拉端40 cm范圍內(nèi)，設(shè)置壓漿錨固部分，壓漿作業(yè)都在橋面上進(jìn)行。豎向預(yù)應(yīng)力筋采用部分粘結(jié)和部分無粘結(jié)的組合結(jié)構(gòu)，無粘結(jié)部分可以避免因壓漿不密實(shí)可能發(fā)生預(yù)應(yīng)力筋銹蝕等危險。此方案構(gòu)造簡單，施工方便，張拉摩擦損失小，使用期預(yù)應(yīng)力筋可補(bǔ)張拉，能充分發(fā)揮豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋作用，對于結(jié)構(gòu)的受力極為有利。

方案四:設(shè)計(jì)時采用其他的豎向預(yù)應(yīng)力錨固體系來取代常用的金屬波紋管加精軋螺紋鋼筋的組合形式，以改善金屬波紋管和豎向精軋螺紋鋼筋這種組合下預(yù)應(yīng)力損失過大的問題。比如采用強(qiáng)度更高、預(yù)應(yīng)力噸位可以任意選擇的來代替精軋螺紋粗鋼筋，壓漿后平行鋼絲與水泥漿粘結(jié)握裹效果更好；用預(yù)應(yīng)力損失小的墩頭錨代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錨具。這種平行刻痕鋼絲，墩頭錨體系噸位大，工藝好，尺寸小，如能在箱形梁橋的豎向預(yù)應(yīng)力中采用，則能通過調(diào)整噸位可以保證豎向有效預(yù)應(yīng)力，很好地控制腹板裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

改變采用排量大、壓力大的壓漿設(shè)備，研制一種排漿量小，壓力均勻慢速的專用小型壓漿機(jī)，小型壓漿機(jī)的使用能使壓漿過程持續(xù)一定的時間，能很好地改善水泥漿的泌水、沉淀和孔隙現(xiàn)象。

方案五：采用真空灌漿新工藝，即在普通壓漿的基礎(chǔ)上，在孔道的一端采用真空泵將孔道內(nèi)多余空氣進(jìn)行抽除，使孔內(nèi)形成一定的負(fù)壓，然后再向孔道內(nèi)壓入水泥漿，抽真空與壓漿作為一個連續(xù)過程，能確?？椎缐簼{飽滿和密實(shí)。真空輔助壓漿兩端的工藝組成如圖4所示。具體工藝流程：首先關(guān)閉除與真空泵連接外的所有壓漿口、出漿口等的氣密閥，然后啟動真空泵，從孔內(nèi)排除空氣。若真空壓力表達(dá)到規(guī)定的負(fù)壓時，表明孔道密封良好?？椎涝谪?fù)壓下，用壓力泵將水泥漿壓入孔道內(nèi)，壓漿過程可通過透明出漿管觀察。壓漿過程連續(xù)進(jìn)行，直至漿體從出漿口進(jìn)入負(fù)壓容器，當(dāng)流出漿體達(dá)到合適稠度時，關(guān)閉出漿口閥門。在壓漿泵正壓力下，在錨端蓋帽進(jìn)漿口和通風(fēng)孔處壓入一定量的水泥漿體，關(guān)閉閥門。壓漿完成后關(guān)閉進(jìn)漿口閥門之前，在保持正壓的情況下，持續(xù)一定時間(一般1 min～2 min)。

真空灌漿隨著后張法預(yù)應(yīng)力混凝土在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，由于豎向孔道內(nèi)水分和空氣的存在，常規(guī)的壓漿設(shè)備很難使得壓漿達(dá)到飽滿密實(shí)的效果，而采用真空壓漿工藝不僅能消除孔道內(nèi)殘留的水分和空氣，改善水泥漿的泌水、沉淀和孔隙現(xiàn)象，而且在真空狀態(tài)下能很好地保證壓漿的飽滿度和強(qiáng)度。此方案能大大地提高豎向預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿質(zhì)量。

對豎向預(yù)應(yīng)力筋孔道布置及壓漿工藝進(jìn)行優(yōu)化，很好地解決工程施工中常見的豎向預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)漿不通，壓漿不飽滿，粘結(jié)握裹效果不理想的問題，改善了豎向預(yù)應(yīng)力的灌漿施工質(zhì)量，提高了腹板內(nèi)豎向預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力，對箱梁腹板裂縫能起到很好的預(yù)防控制作用，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1] 張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 瞿有成，陳湘林.箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制[J].中外公路，2002(10)：45-46.

[3] 何雨微，陳光新，劉 忠.無粘結(jié)豎向預(yù)應(yīng)力在大跨連續(xù)梁橋上的應(yīng)用與研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，2001,20(1)：20-21.

On vertical prestressed duct allocation of box girder bridge and grouting craft optimization

Wang Wei Yang Kai

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

The paper introduces the current working procedure of the vertical prestressed duct grouting of box girder webs, researches the problems in the grouting process, including grouting impassability, unfilled grouting, insufficient bonding of the grouting, and bond, five kinds of schemes for improving the design of the channels of vertical prestressed reinforcement and the process of grouting are presented, so as to promote the grouting quality of the vertical prestress.

box girder web, vertical prestress, duct, grouting, scheme

2015-05-25

王 蔚(1990- )，男，在讀碩士； 楊 凱(1990- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)22-0103-03

TU757

A