双控法张拉和真空压浆技术在后张预应力箱梁中的应用

——陈忠祥

 

1 前言

    随着现代桥梁建筑技术的不断提高和发展，大跨度高预应力砼梁得到越来越深广的应用，预应力钢绞线的张拉施工作业为预应力箱梁施工中的关键技术，对控制箱梁的质量起着至关重要的作用。结合在工程施工中的经历，谈谈对双控法张拉（即采用张拉应力和伸长量双控）和真空压浆技术在大跨度后张预应力箱梁施工中的应用。

2 工程简介

    镇江引航道闸桥工程建于引航道闸上，双幅布置，成圆曲线，与左右岸城市规划道路连接，全长240m。桥跨布置为8跨22ｍ箱梁、2跨11m现浇箱梁和1跨42m预应力箱梁，本桥采用简支箱梁结构，其中42m跨为钢筋砼预应力箱梁，梁高2.4m。

3 材料设备

    张拉及压浆所需要的主要设备：YY-200A油压千斤顶两台，OVMA416-2005型锚具13套，压机机和真空泵个一台。

4 施工工艺流程

5 张拉及真空压浆工艺

5.1 张拉前准备

    所有预应力管道采用圆形金属波纹管。安装前先详细检查波纹管是否有破裂、漏洞，钢筋绑扎完成后，及时焊接波纹管定位钢筋（井字钢筋）。定位钢筋在曲线部位间距为50cm，直线段间距为100cm，弯折处采用圆曲线过渡，以保证管道确保圆滑，以及波纹管在浇筑混凝土时不上浮、不变位，管道容许偏差平面不得大于±1cm，竖向不得大于0.5cm。波纹管顺着定位钢筋内穿入，接头处用胶带缠好，确保砼在强烈的振动下不漏浆。钢绞线穿放前先清除孔道内杂物，钢绞线穿入梁体后必须采取防锈措施。后张法建立预应力，是靠锚具来传递和建立预应力，所以锚夹具质量非常重要，使用前，先按要求对锚夹具、连接器进行外观、硬度、静载锚固试验和挤压锚头工艺抗拔试验，合格后才能用于工程。

5.2 预应力张拉

    预应力钢绞线及张拉指标参数预应力钢绞线采用抗拉强度标准值为1860Mpa，张拉强度为1395Mpa。 钢绞线公称直径15.24mm，按ASTM A416-2005标准执行。钢绞线张拉控制应力为0.75fpk=0.75*1860=1395Mpa。张拉前先将张拉设备的油路、电路准备好，使千斤顶空载往返运行三次以上，排出油缸和油管内的气体。张拉顺序：N1→N4→N2→N5→N3→N6→N7 。顺序如下图所示：

 

两端对称张拉。张拉锚下控制应力为0.75 fpk，伸长量允许偏差为+6%，施加预应力顺序为0→10%δĸ→20%δĸ→100%δĸ（持荷2分钟）→锚固。δĸ为张拉时的控制应力（包括预应力损失在内）。张拉采用双控法进行，以张拉力控制，以伸长量校核。钢绞线伸长量计算预应力钢绞线张拉时的控制应力，应以张拉时的实际伸长值与理论计算值进行校核当实测伸长量与理论伸长量的误差超过+6%时，应仔细分析原因，提出修正措施后方可继续张拉。理论伸长值的计算及实际伸长值的量测方法如下：

1）钢绞线理论伸长值的计算：

△L=P_o*L/A_y*E_g

式中：

△L——预应力钢绞线理论伸长值，cm；

L——从张拉端至计算截面孔道长度，cm；

A_y——预应力钢绞线的截面面积，mm²；

E_g——预应力钢绞线的弹性模量，Mpa；

P_o——预应力钢绞线的平均张拉力，N。

P_o=P*〔1-e^{-（Kl+µθ）}〕/(KL+µθ)

式中：

P——预应力钢筋张拉端的张拉力，N；

θ——从张拉端到计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad；

K—孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，此处取k=0.003；

u—预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，此处取µ=0.26。

本工程项目经计算得出钢绞线理论伸长值如下：

 

 

2）、钢绞线实际伸长量计算：

△L=△L₁+△L₂

式中：

ΔL1—从初应力到最大张拉应力间的实测伸长值，

ΔL2—初应力以下的推算伸长量推算时应以实际伸长量值与实测应力之间的关系线为依据

5.5 孔道压浆

    预应力筋张拉完毕后，多余部分用手提砂轮机切除，使预应力筋露出锚具5cm左右。封锚采用水泥砂浆，并将夹片及外露的钢绞线头全部包裹，覆盖层厚度大于2cm。

真空压浆设备示意图如下：

5.5.1 拌制水泥浆

    在压浆工艺中，水泥净浆的质量是压浆质量控制的关键。主要采取尽可能的降低浆体的水灰比，并掺入一定比例的膨胀剂。搅拌水泥浆之前，加水空转数分钟，将积水排净，使搅拌机内壁充分湿润。先将加入定量的水，再倒入混合料，然后开动搅拌机搅拌，待混合料搅拌均匀后（3min），通过滤网，将水泥浆缓缓倒入储浆罐，储浆罐的储浆能力须大于一条管道所需的水泥浆的体积以保证压浆的连续进行。

5.5.2 压浆

1 张拉工序完成后，严禁碰撞锚头，切割外露钢绞线，保证钢绞线外露长度不超过30mm。

2 清理装配螺栓孔内以及锚座底面的水泥浆，保证锚座底面平整。清理压浆扣及锚槽并保持清洁。

3 在密封槽内均匀涂上一层玻璃胶，装入“O”形密封圈。

4 将螺栓加垫片旋入螺孔内并紧固，并将排气孔垂直向上放置。

5 定出吸真空端和压浆端（吸真空端的出浆孔置于锚座上方，压浆端的压浆孔置于锚座下方）。

6 安装完毕，用高压气将管道内残留的水分、残渣吹出。

7 按图示方法安装压浆设备与管道。

8 在真空吸浆前用真空泵吸真空，当真空度检测达到要求的标准后，即可开始真空吸浆。

9 关掉阀1、阀2，打开阀3，启动真空泵进行抽真空，当真空度达到-0.09Mpa～-0.1Mpa时，可打开阀1，启动灌浆泵开始灌浆。

10 保持真空泵开启状态，当观察到空气滤清器中有浆体通过时，关掉真空泵及阀3。

11 打开阀2，观察排气管的出浆情况，当浆体稠度和灌入前一样时，关掉阀2，仍继续灌浆，使管道内有0.5～0.6Mpa的压力，持压1～2分钟，再关掉阀1。

12 将输浆管拆下来，再拆卸活接1和活接2段，清洗空气滤清器，然后接到另一组孔道压浆。

孔道真空吸浆要连续进行，一次完成。若出现无法及时排除的故障时，应立即拆下压浆管道，用高压水冲洗孔道，待故障排除后重新压浆。

6 张拉及压浆注意事项

6.1 所有预应力管道采用圆形金属波纹管。波纹管轴线必须与垫板垂直。注意保护好埋设的波纹管，防止压扁变形，接头处用封箱胶带进行包裹防止漏浆和卷口，焊接时钢花不得溅落在波纹管上，浇筑砼时，注意尽量避免振捣棒直接振捣波纹管，防止波纹管被捣破。

6.2 预应力钢绞线束穿后，应对所有波纹管进行检查，有破损或密封不严处应采取措施处理或更换，以免砼浇筑过程中漏浆，堵塞管道，影响预应力钢绞线张拉和孔道压浆。在浇注混凝土时，在混凝土初凝前设专人随时拉动钢束，避免个别波纹管接头发生漏浆而产生管内固结。

6.3 预应力张拉的设备和预应力锚具，必须按锚具说明书的千斤顶型号配套使用。千斤顶在使用前必须按要求及时经主管部门授权的法定计量技术机构进行千斤顶、油泵及油压表配套标定，确定其校正系数，张拉时严格按标定报告上注明的油泵号、油表号和千斤顶号配套安装使用。张拉前，应按照校正系数公式计算出分级加载的油表读数与张拉力的对应值。在下列情况下应重新标定：新千斤顶初次使用前；油压表指针不能退回零点时；千斤顶、油压表和油管进行过更换或维修；当千斤顶使用超过6个月或张拉超过200次以上；在使用过程中出现其他不正常现象。施工中，不得对预应力钢绞线进行超张拉。钢绞线制梁须在梁体砼强度达到设计强度的75%且浇筑7天后进行，张拉时两端要同时、对称进行张拉，尽量保持两端等速张拉。张拉时必须在张拉顶外1.5m处分别设置遮挡装置，防止钢绞线断丝、夹片滑丝等因素飞出伤人。

6.4 千斤顶给油、回油工序必须缓慢平稳的进行，防止出现滑断丝现象。钢绞线张拉后及时对其做画线标记并进行定期观测。

6.5 已张拉好而未压浆的梁，严禁剧烈震动，以防预应力钢绞线裂断而酿成重大事故。

6.6 锚固完毕并经检验合格后即可切割端头多余的预应力筋，严禁用电弧焊切割，强调用砂轮机切割。

7 结束语

    钢绞线的张拉控制技术和真空压浆技术是后张法预应力砼梁施工中的核心技术，双控法张拉通过张拉应力和伸长量的控制提高预应力砼梁的质量，真空压浆施工工艺本身具有较高水平的质量控制，加上采用了合理配合比的水泥浆，在施工中减少了孔道对水泥浆的阻力，加速了浆液的流动，形成一个连续且迅速的过程，缩短了压浆时间，提高了生产工效；在真空状态下，孔道内的空气、水份以及混在水泥浆中的气泡被消除，减小孔隙、泌水现象，确保了孔道压浆的密实性和浆体强度，从而最大限度的提高了结构的耐久性和安全性：此项技术是提高预应力孔道压浆质量的最佳方案，随着科学技术的发展，真空压浆技术将会有更广阔的应用空间。镇江引航道闸桥42m箱梁采取上述施工方法和控制措施，有效地保证了箱梁的施工质量，赢得了业主及相关单位的一致好评。

 

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