箱梁桥竖向预应力孔道布置及压浆工艺的优化

王 蔚 杨 凯

(兰州交通大学,甘肃 兰州 730070)

箱梁桥竖向预应力孔道布置及压浆工艺的优化

王 蔚 杨 凯

(兰州交通大学,甘肃 兰州 730070)

介绍了箱梁腹板竖向预应力筋孔道压浆的现有作业流程，对压浆过程中存在的压浆不通、压浆不饱满、压浆起不到粘结、握裹作用的问题进行了研究，并提出了五种改进竖向预应力筋孔道布设和压浆工艺的方案，以提高竖向预应力的灌浆质量。

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在后张法预应力混凝土施工过程中，孔道压浆如果能保证密实和饱满，不仅能避免预应力筋过早的锈蚀，而且能使预应力筋和混凝土有很好的粘结作用，很好的发挥有效预应力作用，提高结构的耐久性。实际施工中，孔道压浆的质量很难保证，往往导致竖向预应力损失过大，这对箱体的受力和裂缝控制是极为不利的，因此对现有的竖向预应力孔道布置和压浆工艺进行优化，以便最大限度地提高竖向预应力就显得尤为重要。本文在简述现有压浆作业流程的基础上提出改进措施，以确保竖向预应力筋的施工质量。

1 现有压浆作业流程

1)竖向预应力筋张拉完成后孔道压浆前，为清除孔道内废渣等杂物，保证孔道通畅，首先应使用压力水对孔道进行冲洗，然后在确保孔道湿润的前提下，用空压机吹去孔道内残留的积水，以使孔道内壁与压入水泥浆有良好的粘结。2)压浆作业过程中，一般应用活塞式压浆泵均匀、缓慢地自布设在竖向预应力筋孔道最低点的压浆孔压入水泥浆，由于梁体竖向预应力筋孔道长度较小，水泥浆用量少，适当加大压力采用一次压浆，以压入孔道内的水泥浆密实为标准确定压浆的压力，压力逐渐增大，最大压浆压力控制在0.3 MPa～0.4 MPa，由布设在孔道最高点的排浆管排气和泌水。

2 存在问题

当前应用较普遍的预留孔道与竖向预应力的形式是：预留孔道采用金属波纹管，竖向预应力采用φ32的精轧螺纹钢筋。压浆质量难以保证是竖向预应力筋一直存在的问题。常见问题主要有：1)压浆不通。由于预留的竖向孔道往往是厚度很小的金属波纹管，在混凝土的浇筑和振捣过程中，布设在孔道上的压浆管脱落、堵塞时有发生。2)压浆不饱满。竖向预应力孔道又细又短，而单根孔道所需水泥浆量有限，压浆时间过短，没有持压装置，现场施工中又往往采用和纵向预应力一样的压力大、排量大的压浆机，水泥浆不可避免的泌水、沉淀，造成在孔道上端锚头的锚固区域内有一段没有水泥浆，空隙势必会使预应力筋锈蚀，造成预应力损失。3)压浆起不到粘结、握裹作用。竖向预应力钢筋由于本身刚度大，周边面积小，压浆又难以密实饱满，所以粘结、握裹作用很难保证。也不能单纯靠加大波纹管直径来增加粘结握裹力，因为压浆不密实饱满会削弱腹板有效断面尺寸，对结构受力不利。

3 改进措施

针对上述存在的问题，提出以下五种改进竖向预应力筋孔道布设和压浆工艺的方案。

方案一：采用一种组合锚垫板装置，确保竖向压浆管畅通牢固，并在箱梁顶面张拉端设置持压装置，如图1所示。为增加锚垫板的承压刚度，在上下两端的锚垫板上焊接一节直径稍大于波纹管的钢管，并用胶带将金属波纹管固定在钢管内。在下端固定的钢管旁焊接一段小钢管，将塑料压浆管插入压浆孔，用胶布包牢，固定进浆管;上面锚垫板上斜钻一孔，与管内相通，作为排浆孔，并插一根小塑料管引出来，塑料管长60 cm～80 cm作为持压长度。这样能充分保证锚垫板、波纹管、压浆管之间可靠连接，使得压浆孔道通畅。竖向预应力筋张拉锚固后，用高标号混凝土封闭张拉端。

封锚完成后，及时对预应力孔道进行压浆。水泥浆的强度应符合设计规定，设计无规定时，不宜低于30 MPa。应根据管道直径，灌注长度，压浆设备和温度确定水泥浆合适的稠度，避免稠度过小的水泥浆产生过大的泌水率，稠度过大的水泥浆堵塞孔道，以确保灌浆施工作业可靠顺利进行。水泥浆的水灰比应控制在0.4以内，并加入适量的膨胀剂，使水泥浆增塑，微膨胀，并采用高速拌浆机来提高水泥浆的质量。压浆时应从最低点的塑料压浆孔压入水泥浆，由最高点的塑料排浆孔排气和泌水。

此方案使得压浆管和排浆管安装牢固，确保竖向压浆孔道的畅通，很好地解决压浆过程中进浆不通的问题，同时设置了持压装置延长了压浆时间，改善了水泥浆的泌水和沉淀，提高了锚头锚固区域内压入水泥浆的质量。

方案二：对同一横断面上相邻布置两根竖向预应力孔道(孔道布置与方法一相同)最低点的塑料管进行连接，一根竖向孔道最高点的塑料管作为压浆管(排浆管)，另一根竖向孔道最高点的塑料管作为排浆管(压浆管)，如图2所示。此方案具有方案一的确保压浆管畅通的优点，同时又增大压浆长度，一次压入水泥浆量增加了一倍，延长了压浆持续时间，使得整个压浆过程不再是一瞬间，而是在一个具体时间内完成，很好的解决了水泥浆的泌水、沉淀问题，保证了压浆的饱满和密实。

方案三：竖向预应力筋上下两端采用有粘结，中部部分采用无粘结，如图3所示。为弥补无粘结的不足，采用无粘结预应力筋和适当的普通钢筋混合配筋，使之具有有粘结部分预应力混凝土相似的力学性能。作为箱梁底部锚固端的补充，锚固端另增加40 cm左右钢筋不套管，这一段位置正在箱梁底板与腹板相交的承托范围内。在箱梁顶面张拉端40 cm范围内，设置压浆锚固部分，压浆作业都在桥面上进行。竖向预应力筋采用部分粘结和部分无粘结的组合结构，无粘结部分可以避免因压浆不密实可能发生预应力筋锈蚀等危险。此方案构造简单，施工方便，张拉摩擦损失小，使用期预应力筋可补张拉，能充分发挥竖向预应力钢筋作用，对于结构的受力极为有利。

方案四:设计时采用其他的竖向预应力锚固体系来取代常用的金属波纹管加精轧螺纹钢筋的组合形式，以改善金属波纹管和竖向精轧螺纹钢筋这种组合下预应力损失过大的问题。比如采用强度更高、预应力吨位可以任意选择的来代替精轧螺纹粗钢筋，压浆后平行钢丝与水泥浆粘结握裹效果更好；用预应力损失小的墩头锚代替传统的锚具。这种平行刻痕钢丝，墩头锚体系吨位大，工艺好，尺寸小，如能在箱形梁桥的竖向预应力中采用，则能通过调整吨位可以保证竖向有效预应力，很好地控制腹板裂缝的产生和发展。

改变采用排量大、压力大的压浆设备，研制一种排浆量小，压力均匀慢速的专用小型压浆机，小型压浆机的使用能使压浆过程持续一定的时间，能很好地改善水泥浆的泌水、沉淀和孔隙现象。

方案五：采用真空灌浆新工艺，即在普通压浆的基础上，在孔道的一端采用真空泵将孔道内多余空气进行抽除，使孔内形成一定的负压，然后再向孔道内压入水泥浆，抽真空与压浆作为一个连续过程，能确保孔道压浆饱满和密实。真空辅助压浆两端的工艺组成如图4所示。具体工艺流程：首先关闭除与真空泵连接外的所有压浆口、出浆口等的气密阀，然后启动真空泵，从孔内排除空气。若真空压力表达到规定的负压时，表明孔道密封良好。孔道在负压下，用压力泵将水泥浆压入孔道内，压浆过程可通过透明出浆管观察。压浆过程连续进行，直至浆体从出浆口进入负压容器，当流出浆体达到合适稠度时，关闭出浆口阀门。在压浆泵正压力下，在锚端盖帽进浆口和通风孔处压入一定量的水泥浆体，关闭阀门。压浆完成后关闭进浆口阀门之前，在保持正压的情况下，持续一定时间(一般1 min～2 min)。

真空灌浆随着后张法预应力混凝土在桥梁工程中的广泛应用应运而生，由于竖向孔道内水分和空气的存在，常规的压浆设备很难使得压浆达到饱满密实的效果，而采用真空压浆工艺不仅能消除孔道内残留的水分和空气，改善水泥浆的泌水、沉淀和孔隙现象，而且在真空状态下能很好地保证压浆的饱满度和强度。此方案能大大地提高竖向预应力孔道的压浆质量。

对竖向预应力筋孔道布置及压浆工艺进行优化，很好地解决工程施工中常见的竖向预应力筋进浆不通，压浆不饱满，粘结握裹效果不理想的问题，改善了竖向预应力的灌浆施工质量，提高了腹板内竖向预应力筋的有效预应力，对箱梁腹板裂缝能起到很好的预防控制作用，增强了结构的耐久性。

[1] 张继尧，王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

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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，在读硕士； 杨 凯(1990- )，男，在读硕士

1009-6825(2015)22-0103-03

TU757

A