后张法预应力施工和真空压浆技术.docx

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后张法预应力施工和真空压浆技术

后张法预应力施工和真空压浆技术的应用

黄延高速康崖底大桥改造工程项目部王培玉

摘要：

通过黄（陵）至延（安）高速公路康崖底大桥改造工程箱梁预应力施工和真空压浆技术的应用，详细阐述了后张法（镦头锚）预应力施工和真空压浆的施工工艺和操作要点。

关键词：

预应力真空压浆应用

总则：

钢筋混凝土预应力箱梁是我国西北地区在先简支后连续的桥梁工程中选用最多的梁体截面形式。

他有结构明确、受力可靠，即安全经济又方便施工的优点。

康崖底大桥改造工程中为适应原桥升高引起纵坡的变化，在两端增加引桥顺延桥头路基，其中南端6孔，北端左幅3孔，右幅9孔，桥梁上部结构形式即为混凝土预应力箱梁。

总结箱梁预应力施工和真空压浆技术的应用，对其施工工艺和操作要点进行叙述，以互相交流学习，使此技术得到推广应用。

施工方案：

箱梁预制采取钢筋、模板成型后，底板、腹板、顶板混凝土连续浇筑的方法，预应力采取镦头锚后张法施工和真空压浆技术。

其工艺流程为：

混凝土施工：

台座处理绑扎底板、腹板钢筋支立外模安装预应力孔道吊放拼装成型的内模锚垫板和端头模板安装顶板钢筋网混凝土连续浇筑养护

预应力施工：

量测孔道计算下料长度高强钢丝下料、编束穿预应力钢束安装锚具、镦头安装、检查张拉机具分批、分阶段张拉实施锚固完成张拉、清理孔道安装压浆设备浆体制备真空压浆清洗压浆设备

主要施工方法：

箱梁预制时钢筋、模板、混凝土都采取常规的施工方法，其质量要求应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）的有关规定。

在此主要对后张法（镦头锚）预应力施工和真空压浆技术进行详细叙述。

一、后张法预应力施工

1、预应力孔道的安装：

预应力箱梁在底板、腹板钢筋绑扎成型，内模安装前，进行预应力孔道的安装。

孔道材料使用金属波纹管，以增加压浆后浆体与混凝土的粘结力，波纹管的固定采用钢筋定位支托，根据孔道座标先将弯曲控制点进行准确定位，然后用Ф6钢筋按倒“U”形将支托点焊在腹板钢筋上卡住波纹管，间距为50-80cm，以防止浇筑混凝土时波纹管偏移或上浮。

2、孔道成型、量测实际长度：

检查波纹管平面位置、竖向座标符合要求，定位牢靠、接头完好后，在波纹管内穿入直径小一型号的硬塑料管，以暂时填充管道，防止浇筑混凝土将其压扁或振动棒戳穿管壁漏浆后堵塞孔道。

最后安装端头孔道扩大器，检查钢筋、模板符合要求后完成混凝土浇筑。

待拆模强度达到后拆除模板，用标定钢丝测出两端锚垫板间孔道的实际长度。

3、高强钢丝的下料、编束：

在下料台座上对钢丝施加5.0Mpa的预拉力，使其均匀顺直后根据计算下料长度逐根下料，单束完成后将各丝分开同时缓慢通过编束器（可用锚具替代），用铅丝间隔2.0m绑扎牢固，防止在转运、穿束时各根钢丝相互缠绕，最后用透明胶带将两端头临时缠裹。

钢束下料长度计算公式可以推导为：

X=L+2d-△L-（a-b-c）

X：

钢束下料长度a:

锚具锚杯深度b：

锚环厚度

L：

孔道实际长度c:

锚固后外露长度（可按3.0cm考虑）

△L：

钢束理论伸长值d：

单端镦头预留量（一般为5.0mm）

4、穿束、镦头：

用通孔器检查预应力孔道确保畅通后，按照孔道编号对应穿束，拆除端头临时胶带，安装一端锚具，用镦头机进行单端镦头，均匀敲击钢束使另一端伸出锚垫板，完成锚具安装和镦头。

5、张拉机具的选配与安装：

根据控制张拉力，充分考虑安全系数和有效量程，选择适配的千斤顶、油泵、油表等张拉机具。

完成配套校核和标定，确定张拉力和压力表间的关系曲线。

搭设张拉台和安全防范措施后安放张拉机具，使千斤顶的张拉力作用线与钢束轴线重合，检查油泵、油表、油管的连接，确保安全可靠。

6、预应力筋张拉：

施加预应力前，构件的外观尺寸应检查合格，混凝土强度应符合设计要求。

按照孔道编号从下向上，分批、分阶段对称张拉，张拉起初先调整到控制张拉力10%-15%的初应力，以推算初应力以下的伸长值。

采用应力控制法进行张拉力控制，以伸长值进行校核，两端油泵的开启、送油、测伸长值要保持同步，以控制钢束两端均匀拉伸，使锚具外露长度基本相同。

不同情况下的预应力筋应采取不同的张拉程序，根据不同情况确定是否需要超张拉，具体参见《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）后张法预应力筋张拉程序。

7、锚固：

张拉过程中量测伸长值，达到张拉控制应力后，计算实际伸长值△L：

△L=△L1+△L2

△L1：

从初应力至最大张拉力的实测伸长值

△L2：

初应力以下的推算伸长值，一般采用相邻级的伸长值

校核实际伸长值与理论伸长值之差在规定范围内后，拧紧锚环完成预应力钢束的锚固。

8、质量检查：

预应力筋张拉完成后应检查跨中反拱度和梁体有无异常，预应力筋的断丝、滑移数量不能超过规范规定限制。

施工注意事项：

预应力混凝土结构中，预应力筋的张拉质量，直接影响施加预应力的效果，能否按设计对混凝土施加预拉力直接关系到结构安全，必须在各方面采取有力控制措施，确保施工质量。

后张法（镦头锚）预应力施工总结有六方面的问题需要引起重视：

1、建立准确符合要求的有效预应力值，使预应力能够有效的发挥作用是施工中最重要的，如果过大，预应力筋在承受荷载时经常处于过高的应力状态，与结构出现裂缝时荷载接近，在结构破坏前没有明显的预兆，会出现脆性破坏危及安全；如果过小，可能会出现所能承受的荷载不能满足要求，结构过早出现裂缝，甚至导致断裂。

2、预应力钢束下料要准确，在镦头锚施工时若下料长度不准，会出现同束各根钢丝受力不均匀，较短者超过控制张拉力，而较长者不能充分发挥，导致部分钢丝断裂或张拉力达不到要求，实际伸长值与理论伸长值差别较大。

采用镦头锚的预应力筋同束各根钢丝下料长度的相对差值，当长度小于或等于20m时，不宜大于1/3000；当长度大于20m时，不宜大于1/5000，且不大于5mm。

3、预应力材料在存放、搬运、张拉以及切割时要得到有效保护，防止锈蚀或机械、火花引起的损伤。

对镦头锚预应力高强钢丝，宜采用液压冷镦，镦粗时要平稳进行，以保证镦头均匀、圆滑，受力良好，单束镦头后应逐丝进行检查。

4、锚垫板、锚具的安装位置、角度要力求准确，千斤顶的张拉力作用线与锚垫板垂直，以保证控制张拉力在其他方向无分力，正确反映张拉力与压力表的关系。

5、预应力筋的锚固应在控制应力处于稳定状态下进行，锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量不应超过容许量（镦头锚为1.0mm）。

锚具用封端混凝土保护。

需要强调的是，并不是预应力筋在所有场合都需要超张拉，一般在下列情况下要考虑采取超张拉程序：

（1）预应力筋的应力松弛率较大，且在结构设计时应力松弛值取低值；

（2）实际的孔道摩阻损失和锚具内缩损失大于计算取值；

（3）设计时未考虑预应力筋分批张拉时引起的预应力损失；

（4）锚固阶段张拉端预应力筋的内缩量大于容许量；

（5）张拉完成后不能及时压浆，且预应力损失不超过超张拉值。

分析比较：

预应力施工时实际伸长值与理论值之间存在一定的误差，是不可避免的，分析原因有：

（1）预应力筋的弹性模量与计算取值不一样；

（2）千斤顶输出力不准确、不能安全反映张拉力与压力表的曲线关系；（3）孔道及锚口的摩阻损失有变化；（4）同束中各根钢丝长度不完全相同、受力大小有异；（5）预应力筋的截面面积偏差和伸长值量测误差等。

通过伸长值的校核，可以综合反映张拉力是否足够，预应力筋是否有异常现象等。

实际伸长值与理论伸长值的差值应符合设计要求，设计无规定时，其差值应控制在6％之内。

二、真空压浆技术

预应力混凝土真空压浆技术在黄延高速公路的特大桥施工中得到推广使用，从起初的试验观摩阶段到后来的全线正式运用，此技术在施工工艺、质量控制措施等方面得到了很大改进，对提高孔道浆体密实度，从而保证工程质量起着重要作用。

同时也加快了施工进度，方便了施工。

总结此技术的工艺流程分为下面几个阶段：

1、灌浆管与排气管安装

（1）对于水平束或最少一端锚具处于预应力束的最高处的情况，灌浆孔、排气孔均设置在锚垫板上，安装锚垫板时，同一孔道一端放置在下方，作为灌浆孔，另一端放置在上方，作为排气孔（抽真空端）；

（2）对于最高点不是锚具处的曲线束，除按上述方法设置灌浆孔和抽真空管外，还应在孔道的最高点设置带阀的排气管；

（3）为方便压浆设备的使用，灌浆孔集中安装在一端，排气孔安装在另一端。

灌浆管和排气管的引出用镀锌钢管，浇筑混凝土时不便于引出的，可先安装与外模齐平的锚垫板，压浆前用螺纹丝扣连接。

2、浆体配合比选择

真空压浆的浆体质量是确保真空压浆顺利进行关键的一步，要多方面采取措施，优化配合比，提高其工作性能。

浆体应满足以下参数要求：

a、流动性：

25～35秒；

b、泌水性：

小于水泥浆初始体积的2%，四次连续测试的差值小于1%，拌和后24小时水泥浆的表面泌水应能自吸；

c、水灰地：

0.32～0.36；

d、体积变化率：

＜2%；

e、初凝时间：

＞6小时。

经过试验室的多次试配，进行工作性能比较，通过总监代表处的审核、

复验，确定了本项目的真空压浆配合比（每立方用量）：

水泥：

秦岭P.O42.5R1345kg

拌和水：

工地井水470kg

灌浆剂：

GSK预应力混凝土孔道灌浆剂135kg

减水剂：

GSJ高效减水剂13.45kg

3、孔道检查

预应力筋张拉结束，两端锚头封闭的水泥浆凝固后，检查灌浆孔、排气孔是否畅通，若是堵塞，则必须疏通。

如有异物用水冲洗干净，然后用高压风把孔道内的水吹干。

4、压浆设备的准备及连接

真空压浆的设备主要有：

SZ-2水环式真空泵1台、UBl3螺杆式灌浆泵1台，灰浆搅拌机1台、真空压力表2个、空气过滤器QSL-20型两个、净浆过滤筛、计量用的台秤、案秤、量筒及高压吸浆管、连接阀、接头等辅助设备若干。

按图示连接压浆设备各部件：

阀2Mpa

阀3333333323Mpa

压力表Mpa

真空泵Mpa

构件Mpa

阀1Mpa

搅拌机Mpa

吸浆管Mpa

灌浆泵Mpa

5、水泥浆的制备

将所需的水称量好倒入搅拌机内，按照配合比各组分用量依次加入水泥和外加剂，开动搅拌机拌和2-3分钟，观察拌和物是否均匀，试验室现场取样测试其工作性能，满足其参数要求后，将浆体通过筛网，滤去水泥团等杂质后进入吸浆管。

6、真空压浆

（1）关掉阀1、阀2，打开阀3，启动真空泵进行抽空，真空度达到稳定时（-0.09～-0.1Mpa，最低不小于-0.06Mpa），将水泥浆抽到灌浆泵中；

（2）待流出浆体的浓度与泵中的浓度一样时打开阀1，开始压浆；

（3）保持真空泵的工作状态，当观察到空气滤清器有浆体经过时，关闭真空泵和阀3；

（4）打开阀2，观察排气管的出浆稠度情况，当流出的浆体稠度与灌入前的稠度相同时，关闭排气阀2，继续压浆使管道内保持0.5-0.6Mpa的压力下持压1分钟，关闭阀1，完成一条孔道的压浆；

（5）拆卸连接管的活接头，清洗空气滤清器，接到另一条预应力孔道，同样的方法完成其他孔道的压浆。

施工注意事项：

真空压浆操作不当，容易出现压浆不畅通，甚至浆体不能进入孔道，浆体的工作性能、压浆设备的性能直接关系到它的成败，总结此技术应注意几个问题：

（1）压浆前必须对孔道进行认真检查，若有水分或赃物，需用高压气将其排走吹干，以确保真空压浆能够顺利进行。

（2）所有压浆设备及连接管路的气密性要认真检查，保证不漏气，确保工作压力稳定。

（3）浆体制备时各种材料用量要严格控制，严禁使用结块的水泥，拌和物要均匀、其工作性能满足要求。

（4）严格控制用水量，对未及时使用而降低流动性的水泥浆，不影响使用的情况下应保证水灰比不变，相应增加水泥和拌和水，然后拌和均匀。

（5）拌和好的浆体每次应全部卸尽，在全部卸完之前不得投入未拌和料，不能采取边出料边进料的方法。

（6）压浆完成后应及时卸除压浆端和出浆端的阀门和接头，用木塞或橡皮阀堵住灌浆孔和排气孔。

效果分析：

通过康崖底大桥改造工程预制箱梁真空压浆技术的应用，对6片箱梁15处进行凿孔检查，孔道浆体密实；现场留置的试块平均抗压强度达到52.6Mpa，总体来看能达到预期效果。

在黄（陵）至延（安）高速公路特高墩大跨连续刚构预应力工程施工中真空压浆技术得到更广泛的推广使用。

总体来说，此技术在提高工程质量，加快施工进度发挥着重要作用。

在桥梁预应力工程中会得到全面推广。

二00四年十二月二十日