立交橋現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力張拉及管道真空壓漿技術(shù)

顧逸建

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

橋梁施上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、早期下?lián)系炔『?，?dǎo)致橋梁提前受到損壞，極易造成橋梁安全事故的發(fā)生[1]，橋梁安全問題受到國內(nèi)交通運輸行業(yè)更多的關(guān)注。預(yù)應(yīng)力張拉、管道壓漿質(zhì)量的好壞直接影響到橋梁的安全性、可靠性和使用壽命[2]。預(yù)應(yīng)力張拉施工不規(guī)范，管道壓漿質(zhì)量差，將給橋梁結(jié)構(gòu)留下巨大的質(zhì)量和安全隱患[3]，近些年由于預(yù)應(yīng)力張拉和管道壓漿出現(xiàn)問題導(dǎo)致橋梁坍塌的事故時有發(fā)生。預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿是箱梁預(yù)制的關(guān)鍵工序，是保證橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的生命線。因此，如何有效提高橋梁預(yù)應(yīng)力張拉、管道壓漿質(zhì)量，保障橋梁結(jié)構(gòu)安全亟待解決。

1 工程概況

長山大道敔山灣立交橋采用高架+地面型式，芙蓉大道跨長山大道，芙蓉大道高架橋位于第三層，預(yù)留匝道下穿空間。FA 匝道橋全長705.825m（含橋臺），全橋共分9 聯(lián)，跨徑布置為(2×25)+(3×25)+(4×22)+(24.5+42+31.082)+(27.343+27.4)+(3×27.5)+(3×35)+(2×30)+(3×30)m。上部結(jié)構(gòu)中，除第4 聯(lián)為等截面連續(xù)鋼箱梁以外，其余各聯(lián)設(shè)計采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

2 預(yù)應(yīng)力張拉施工

箱梁混凝土的強度和彈性模量達(dá)到設(shè)計值的90%以上且養(yǎng)生時間7d 以上[4]，同時經(jīng)監(jiān)理工程師批復(fù)張拉力和理論伸長量的計算后，方可按照設(shè)計順序張拉鋼束。

2.1 張拉程序

預(yù)應(yīng)力束具體張拉順序按照施工圖要求按先腹板束，后底板束，先長束后短束的順序依次張拉，同一批次鋼束應(yīng)保證對稱同步張拉[5]。預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力σcon=0.75fpk=1395MPa。預(yù)應(yīng)力鋼絞線按技術(shù)規(guī)范和設(shè)計圖紙采用分級張拉，分級步驟為：0 →10%σcon→20%σcon→σcon（持荷5min 錨固）。張拉同時測量伸長值，采用張拉力、伸長量雙控方式，以張拉力控制為主，伸長量為校核。兩端鋼束延伸量應(yīng)基本一致，控制實測伸長值與理論伸長值的誤差在±6%范圍以內(nèi)，超出范圍后應(yīng)停止張拉。

2.2 伸長量、張拉力計算

2.2.1 伸長量計算

鋼絞線理論伸長值ΔL為

式中Pp——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，N；

L——預(yù)應(yīng)力筋的長度，mm；

Ap——預(yù)應(yīng)力筋的截面面積，mm2；

Ep——預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，N/mm2。

預(yù)應(yīng)力筋張拉的實際伸長值ΔL′為

式中 ΔL1——從初應(yīng)力至最大張拉應(yīng)力間的實測伸長值；

ΔL2——初應(yīng)力以下的推算伸長值，可采用相鄰級的伸長值。

長山大道混凝土箱梁除第9 聯(lián)伸長量計算參數(shù)如表1 所示，理論伸長量計算結(jié)果如表2 所示。

表1 第9聯(lián)伸長量計算參數(shù)

表2 理論伸長值

2.2.2 張拉力計算

預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力為

式中PP——預(yù)應(yīng)力筋平均張拉力，N；

P——張拉力，N；

χ——從張拉端至計算截面的管道長度，m；

θ——從張拉端至計算截面曲線管道部分切線的夾角之和，rad；

k——管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，取0.0015；

μ——預(yù)應(yīng)力筋與管道壁的摩擦系數(shù)，取0.2～0.25。

注：當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為直線時PP=P。

2.3 張拉

如圖1 所示，預(yù)應(yīng)力張拉控制程控系統(tǒng)由液壓站、千斤頂、控制單元和標(biāo)準(zhǔn)力校正系統(tǒng)組成，通過高度集成的控制器，采用電磁閥控制2個或4 個氣缸的同步張拉。

圖1 預(yù)應(yīng)力張拉控制程控系統(tǒng)

在張拉過程中，同時使用張拉設(shè)備與隨機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)力校正系統(tǒng)，標(biāo)定12 點每個拉力量程。張拉標(biāo)定后，系統(tǒng)將自動排除液壓系統(tǒng)、千斤頂摩阻等環(huán)節(jié)壓力對拉力的影響，并形成液壓系統(tǒng)的壓力關(guān)聯(lián)曲線。開啟張拉前，輸入各段張拉拉力值和停留時間等參數(shù)。系統(tǒng)將兩臺千斤頂設(shè)置為主千斤頂和從千斤頂，從千斤頂跟隨主千斤頂發(fā)生變化。PLC 通過數(shù)據(jù)采集器時刻讀取千斤頂?shù)膲毫?、位移信號，并以主千斤頂?shù)膲毫π盘枮槟繕?biāo)來控制從千斤頂?shù)拈y組，以確保從千斤頂和主斤頂之間的張力一致。位移信號作為張拉的輔助參數(shù)，當(dāng)位移變化過大時，及時調(diào)整主千斤頂張拉速度。當(dāng)壓力信號和位移信號二者之間發(fā)生沖突時，提示需要人工干預(yù)。

3 真空壓漿

3.1 水泥漿的設(shè)計

管道漿體作為空隙的填充料，能夠提供預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的黏結(jié)，起到預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐蝕作用，其質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。在預(yù)應(yīng)力孔道灌漿施工中，必須選擇最佳材料，精心設(shè)計水泥漿配合比。一般采用專用壓漿料配制漿液或者壓漿劑[6]，外加劑與PO42.5 低堿普通硅酸鹽水泥具有良好的相容性，且不得含有氯化物、亞硝酸鹽或其他對預(yù)應(yīng)力鋼絞線有腐蝕作用的成分[7]。若采用高效減水劑，應(yīng)適當(dāng)添加優(yōu)質(zhì)膨脹劑。

1）水膠比 管道壓漿漿液水膠比控制在0.26～0.28[8]。

2）漿體泌水率 攪拌3h 后，泌水率應(yīng)小于2%，泌水應(yīng)在24h 內(nèi)被泥漿完全吸收。

3）漿體溫度 水泥漿拌和、壓漿時，漿液溫度應(yīng)低于35℃。

4）稠度 13～18s 且泥漿的稠度在45min 內(nèi)變化不應(yīng)大于2s。

3.2 真空壓漿工藝

預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉后，及時對管道進(jìn)行真空輔助壓漿。通過增設(shè)真空泵，從管道的吸漿端抽取管道內(nèi)壓力，產(chǎn)生0.06～0.08MPa 左右負(fù)壓力的真空度，使管道間存在壓力差，這樣通過施加0.5～0.7MPa 的正壓力作用[9]，使壓漿材料能迅速穿過波紋管，填滿所有空隙，減少泌水和收縮。

3.2.1 壓漿準(zhǔn)備

1）灌漿前用壓力水沖洗孔道，清除孔內(nèi)粉末、渣等雜質(zhì)，保證孔道暢通。沖洗后用空壓機(jī)吹除孔內(nèi)積水，但要保持管道內(nèi)濕潤，使?jié){液與管壁結(jié)合良好。

2）在壓漿端與吸漿端錨座上安裝金屬管蓋帽，安裝密封圈和密封膠，既保證管道密封，又能保證封錨與灌漿一次完成。

3.2.2 試抽真空

關(guān)閉1、3 閥門及排氣孔，打開2、4 閥門，開動真空泵，真空壓力表負(fù)壓應(yīng)達(dá)到0.06MPa。當(dāng)管道中的真空度保持穩(wěn)定時，停泵1min。如果壓力保持不變，則認(rèn)為管道已達(dá)到并保持真空[10]。反之表明波紋管未完全密封。

3.2.3 拌漿

為充分濕潤攪拌機(jī)內(nèi)壁，攪拌泥漿前攪拌機(jī)加水空轉(zhuǎn)幾分鐘，并清除積水。時先倒入稱量好的水，邊攪拌邊倒入水泥，拌和3～5min，均勻后倒入溶解在水中的外加劑，再次拌和3～5min后倒入泥漿桶。根據(jù)施工期溫度，及時調(diào)整壓漿配合比，水泥漿的凝結(jié)時間主要通過調(diào)節(jié)水溫來控制。

3.2.4 壓漿

預(yù)應(yīng)力壓漿系統(tǒng)如圖2 所示，當(dāng)真空度達(dá)到并保持在約0.1MPa 時，打開閥門1，開動真空泵進(jìn)行壓漿。當(dāng)漿液通過透明高壓管到達(dá)三通接頭時關(guān)閉閥門1，打開閥門3，同時關(guān)閉真空泵。當(dāng)廢漿桶出漿平穩(wěn)，稠度與漿桶漿體基本相同時，關(guān)閉閥門2 和壓漿泵。立即打開排氣孔，開動泥漿泵，當(dāng)排氣孔處的出漿流暢、穩(wěn)定且稠度與盛漿桶漿體基本一致時，關(guān)閉排氣孔。在0.5～0.7MPa 壓力下繼續(xù)壓漿2～3min 后，關(guān)閉閥門1 和壓漿泵。

圖2 預(yù)應(yīng)力壓漿系統(tǒng)

3.2.5 清洗

關(guān)閉真空泵上的排氣閥，打開連接閥，自動進(jìn)水進(jìn)行儲漿罐清洗。關(guān)閉排氣閥，水從儲漿罐進(jìn)入后進(jìn)至鋼絲透明管清洗。清洗完成后，開動真空泵，清除鋼絲透明管中的積水。

3.3 封錨

在澆筑箱梁封錨混凝土前，應(yīng)清除承壓板表面的粘漿和錨環(huán)外上部的灰漿，并檢查確認(rèn)管道無壓力泄漏后方可澆筑錨封錨凝土[11]。為保證混凝土接縫處接縫良好，將原混凝土表面鑿毛，并設(shè)置鋼筋網(wǎng)，保護(hù)層大于5cm。在錨墊板上安裝螺孔，將帶彎鉤螺栓擰入，綁扎封端鋼筋，形成鋼筋骨架[12]。封錨混凝土采用無收縮C50 細(xì)石砼，封槽口確保支模質(zhì)量，保證無明顯接槎及色差。

所有預(yù)應(yīng)力施工完成后，應(yīng)封閉頂板上施工用的槽孔，嚴(yán)格控制密封質(zhì)量，確保箱梁的完整性，槽孔周邊鑿毛深度不小于2mm，鑿毛面積不小于90%，在砼找平層施工前，進(jìn)行防滲漏水檢查，合格后與橋面找平層一同澆筑，同時加強槽口處振搗。

4 結(jié)論

長山大道敔山灣立交橋混凝土連續(xù)箱梁利用預(yù)應(yīng)力張拉控制程控系統(tǒng)，最大延伸量誤差在0.5%以內(nèi)，張拉施工效果明顯。采用真空壓漿密實效果好，避免了鋼絞線銹蝕，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，保證了橋梁預(yù)應(yīng)力效果的實現(xiàn)，同時提高了工效。