立交桥现浇箱梁预应力张拉及管道真空压浆技术

顾逸建

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

桥梁施上部结构出现开裂、早期下挠等病害，导致桥梁提前受到损坏，极易造成桥梁安全事故的发生[1]，桥梁安全问题受到国内交通运输行业更多的关注。预应力张拉、管道压浆质量的好坏直接影响到桥梁的安全性、可靠性和使用寿命[2]。预应力张拉施工不规范，管道压浆质量差，将给桥梁结构留下巨大的质量和安全隐患[3]，近些年由于预应力张拉和管道压浆出现问题导致桥梁坍塌的事故时有发生。预应力张拉、压浆是箱梁预制的关键工序，是保证桥梁结构耐久性和安全性的生命线。因此，如何有效提高桥梁预应力张拉、管道压浆质量，保障桥梁结构安全亟待解决。

1 工程概况

长山大道敔山湾立交桥采用高架+地面型式，芙蓉大道跨长山大道，芙蓉大道高架桥位于第三层，预留匝道下穿空间。FA 匝道桥全长705.825m（含桥台），全桥共分9 联，跨径布置为(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。上部结构中，除第4 联为等截面连续钢箱梁以外，其余各联设计采用预应力混凝土连续箱梁。

2 预应力张拉施工

箱梁混凝土的强度和弹性模量达到设计值的90%以上且养生时间7d 以上[4]，同时经监理工程师批复张拉力和理论伸长量的计算后，方可按照设计顺序张拉钢束。

2.1 张拉程序

预应力束具体张拉顺序按照施工图要求按先腹板束，后底板束，先长束后短束的顺序依次张拉，同一批次钢束应保证对称同步张拉[5]。预应力钢绞线抗拉强度标准值fpk=1860MPa，张拉控制应力σcon=0.75fpk=1395MPa。预应力钢绞线按技术规范和设计图纸采用分级张拉，分级步骤为：0 →10%σcon→20%σcon→σcon（持荷5min 锚固）。张拉同时测量伸长值，采用张拉力、伸长量双控方式，以张拉力控制为主，伸长量为校核。两端钢束延伸量应基本一致，控制实测伸长值与理论伸长值的误差在±6%范围以内，超出范围后应停止张拉。

2.2 伸长量、张拉力计算

2.2.1 伸长量计算

钢绞线理论伸长值ΔL为

式中Pp——预应力筋平均张拉力，N；

L——预应力筋的长度，mm；

Ap——预应力筋的截面面积，mm2；

Ep——预应力筋的弹性模量，N/mm2。

预应力筋张拉的实际伸长值ΔL′为

式中 ΔL1——从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值；

ΔL2——初应力以下的推算伸长值，可采用相邻级的伸长值。

长山大道混凝土箱梁除第9 联伸长量计算参数如表1 所示，理论伸长量计算结果如表2 所示。

表1 第9联伸长量计算参数

表2 理论伸长值

2.2.2 张拉力计算

预应力筋平均张拉力为

式中PP——预应力筋平均张拉力，N；

P——张拉力，N；

χ——从张拉端至计算截面的管道长度，m；

θ——从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，rad；

k——管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；

μ——预应力筋与管道壁的摩擦系数，取0.2～0.25。

注：当预应力筋为直线时PP=P。

2.3 张拉

如图1 所示，预应力张拉控制程控系统由液压站、千斤顶、控制单元和标准力校正系统组成，通过高度集成的控制器，采用电磁阀控制2个或4 个气缸的同步张拉。

图1 预应力张拉控制程控系统

在张拉过程中，同时使用张拉设备与随机的标准力校正系统，标定12 点每个拉力量程。张拉标定后，系统将自动排除液压系统、千斤顶摩阻等环节压力对拉力的影响，并形成液压系统的压力关联曲线。开启张拉前，输入各段张拉拉力值和停留时间等参数。系统将两台千斤顶设置为主千斤顶和从千斤顶，从千斤顶跟随主千斤顶发生变化。PLC 通过数据采集器时刻读取千斤顶的压力、位移信号，并以主千斤顶的压力信号为目标来控制从千斤顶的阀组，以确保从千斤顶和主斤顶之间的张力一致。位移信号作为张拉的辅助参数，当位移变化过大时，及时调整主千斤顶张拉速度。当压力信号和位移信号二者之间发生冲突时，提示需要人工干预。

3 真空压浆

3.1 水泥浆的设计

管道浆体作为空隙的填充料，能够提供预应力系统和结构的黏结，起到预应力钢筋的防腐蚀作用，其质量直接影响到结构的耐久性。在预应力孔道灌浆施工中，必须选择最佳材料，精心设计水泥浆配合比。一般采用专用压浆料配制浆液或者压浆剂[6]，外加剂与PO42.5 低碱普通硅酸盐水泥具有良好的相容性，且不得含有氯化物、亚硝酸盐或其他对预应力钢绞线有腐蚀作用的成分[7]。若采用高效减水剂，应适当添加优质膨胀剂。

1）水胶比 管道压浆浆液水胶比控制在0.26～0.28[8]。

2）浆体泌水率 搅拌3h 后，泌水率应小于2%，泌水应在24h 内被泥浆完全吸收。

3）浆体温度 水泥浆拌和、压浆时，浆液温度应低于35℃。

4）稠度 13～18s 且泥浆的稠度在45min 内变化不应大于2s。

3.2 真空压浆工艺

预应力钢绞线张拉后，及时对管道进行真空辅助压浆。通过增设真空泵，从管道的吸浆端抽取管道内压力，产生0.06～0.08MPa 左右负压力的真空度，使管道间存在压力差，这样通过施加0.5～0.7MPa 的正压力作用[9]，使压浆材料能迅速穿过波纹管，填满所有空隙，减少泌水和收缩。

3.2.1 压浆准备

1）灌浆前用压力水冲洗孔道，清除孔内粉末、渣等杂质，保证孔道畅通。冲洗后用空压机吹除孔内积水，但要保持管道内湿润，使浆液与管壁结合良好。

2）在压浆端与吸浆端锚座上安装金属管盖帽，安装密封圈和密封胶，既保证管道密封，又能保证封锚与灌浆一次完成。

3.2.2 试抽真空

关闭1、3 阀门及排气孔，打开2、4 阀门，开动真空泵，真空压力表负压应达到0.06MPa。当管道中的真空度保持稳定时，停泵1min。如果压力保持不变，则认为管道已达到并保持真空[10]。反之表明波纹管未完全密封。

3.2.3 拌浆

为充分湿润搅拌机内壁，搅拌泥浆前搅拌机加水空转几分钟，并清除积水。时先倒入称量好的水，边搅拌边倒入水泥，拌和3～5min，均匀后倒入溶解在水中的外加剂，再次拌和3～5min后倒入泥浆桶。根据施工期温度，及时调整压浆配合比，水泥浆的凝结时间主要通过调节水温来控制。

3.2.4 压浆

预应力压浆系统如图2 所示，当真空度达到并保持在约0.1MPa 时，打开阀门1，开动真空泵进行压浆。当浆液通过透明高压管到达三通接头时关闭阀门1，打开阀门3，同时关闭真空泵。当废浆桶出浆平稳，稠度与浆桶浆体基本相同时，关闭阀门2 和压浆泵。立即打开排气孔，开动泥浆泵，当排气孔处的出浆流畅、稳定且稠度与盛浆桶浆体基本一致时，关闭排气孔。在0.5～0.7MPa 压力下继续压浆2～3min 后，关闭阀门1 和压浆泵。

图2 预应力压浆系统

3.2.5 清洗

关闭真空泵上的排气阀，打开连接阀，自动进水进行储浆罐清洗。关闭排气阀，水从储浆罐进入后进至钢丝透明管清洗。清洗完成后，开动真空泵，清除钢丝透明管中的积水。

3.3 封锚

在浇筑箱梁封锚混凝土前，应清除承压板表面的粘浆和锚环外上部的灰浆，并检查确认管道无压力泄漏后方可浇筑锚封锚凝土[11]。为保证混凝土接缝处接缝良好，将原混凝土表面凿毛，并设置钢筋网，保护层大于5cm。在锚垫板上安装螺孔，将带弯钩螺栓拧入，绑扎封端钢筋，形成钢筋骨架[12]。封锚混凝土采用无收缩C50 细石砼，封槽口确保支模质量，保证无明显接槎及色差。

所有预应力施工完成后，应封闭顶板上施工用的槽孔，严格控制密封质量，确保箱梁的完整性，槽孔周边凿毛深度不小于2mm，凿毛面积不小于90%，在砼找平层施工前，进行防渗漏水检查，合格后与桥面找平层一同浇筑，同时加强槽口处振捣。

4 结论

长山大道敔山湾立交桥混凝土连续箱梁利用预应力张拉控制程控系统，最大延伸量误差在0.5%以内，张拉施工效果明显。采用真空压浆密实效果好，避免了钢绞线锈蚀，提高了桥梁结构的耐久性，保证了桥梁预应力效果的实现，同时提高了工效。