探讨桥梁预应力的孔道真空辅助压浆施工技术
2017-05-15
1引言
孔道压浆是后张法预应力构件非常关键的工序之一。多年来，由于孔道压浆达不到预期效果，压浆后的预应力管道浆体不饱满，密实度差，甚至强度不足，构件投入使用一段时间后出现预应力孔道渗水、预应力孔道附近混凝土碳化程度高，影响结构安全性和耐久性。现行规范中孔道压浆方法已不适应目前高质量的要求。为了提高预应力孔道压浆的施工质量，近年来，在我国多个省的高速公路桥梁施工中，逐步推行了利用真空辅助方法对预应力孔道进行压浆。本文分析了某高速公路桥梁预制箱梁孔道压浆真空辅助方法，经过施工单位精心组织，认真研究方案，并进行了多次现场试验比对，经真空辅助压浆的预应力孔道水泥浆饱满程度、浆体的密实度和水泥浆凝结后浆体的收缩率都较以前有较大提高，效果良好。
2工作原理
预应力孔道内部由于多种原因，会使压浆时水泥浆的行进受阻，从而在压浆过程中难以达到理想的压力和水泥浆体的密实度，这些原因主要有：预应力波纹管的内壁阻力、箱梁施工过程中可能造成的金属波纹管的损坏、由于少量金属波纹管内水泥浆的浸入导致的内壁摩阻力、预应力钢绞线造成的水泥浆行进受阻以及水泥浆压浆泵的压力不足等。这些现象在施工中不可能完全克服，为了使压浆最终效果不受这些因素的影响，采用真空辅助技术进行压浆。
真空辅助压浆是在孔道压浆前，用真空泵将预应力管道抽成真空状态，即在孔道的一端抽出空气，使管道内大气压力达-0.07～-0.1MPa，形成负压，然后在孔道的另一端用压浆泵将水泥浆压入孔道，并以0.7MPa左右的正压力稳压1.5～2min，以便获得更好的水泥浆密实度和饱满度。
3施工工艺
3.1孔道的安装工艺
由于PT-PLUS管的刚性强度较大，回弹性好，因此在使用过程中，需要用细铁丝把波纹孔管与支托钢筋绑在一起，来防止在施工中浇注混凝土时，可能产生的位置的左右偏移，或对存在上浮的预应力筋，采用后穿的穿束方法。由于塑料波纹管不易形变，密封性较好，因此在混凝土浇筑之后，可将这类钢绞线束穿入孔道，以此保证张拉端封闭严密，不易漏浆。整个浇灌后的穿束时间一定要与混凝土浇筑时间错开，因此，在张拉之前就对预应力筋进行后穿束，可以防止预应力筋由于在孔道中放置时间过长而产生的腐蚀现象。
3.2预应力筋张拉工艺
预应力筋的拉张过程整个是预应力施工最重要的工序，张拉的质量好坏直接影响着工程的结构安全。其张拉操作工艺流程主要如下：1）在进行张拉前，对张拉需要使用的千斤顶进行检测，并对合格的进行标定，并且配套好一个油压精密压力表。2）根据千斤顶的型号，推算出标定值所对应的实际压力值，以方便计算相应压力表值所对应的张拉吨位。3）在预应力筋的钢绞线束两端，分别安装锚具以及工作锚夹片，之后轻缓的用手将其拉至0.1刻度。4）千斤顶两端按相同的张拉程序，同时张拉，量测出其最终伸长值，保持五分钟后，张力应力达到最大，再放回。
3.3工艺流程
以某高速公路高架桥预制箱梁真空辅助压浆为例，施工工艺流程如图1所示。
3.4准备工作
该高架桥预制箱梁预应力波纹管采用塑料波纹管留孔。预应力钢绞线张拉后，即可开始做压浆的各项准备工作，包括水泥浆配合比试验，原材料、设备准备以及压浆前水泥浆的拌制工作。
3.5锚头封锚
锚头封锚前，用风压机对孔道内进行吹风清孔，以将孔道内的杂物清除。预制箱梁中跨采用铸铁保护罩封锚，边跨采用小石子混凝土封锚。
铸铁保护罩封锚步骤如下：①预应力筋张拉完成后切除外露钢绞线；②清理垫板表面的水泥浆等附着物，使锚垫板表面光洁，并清理板上装配螺孔内的水泥浆；③清理保护罩底面和锚垫板端面上的密封槽，装入密封圈；④装配保护罩；⑤安装压浆管、球阀和接头，并检查开启和关闭情况；⑥确定抽真空端和压浆端，一般情况下，抽真空端位于较高处的锚垫板上；⑦连接真空泵，并在正式压浆前进行试抽真空。
小石子混凝土封锚（见图2）的步骤和注意事项如下：①小石子混凝土的强度等级不应小于C40，封堵后养护；②封堵时应将混凝土振捣密实，确保密封性能；③混凝土封堵后需在48h后进行压浆操作，以保证抽真空和正压压浆时混凝土具有一定强度。
3.6抽真空、压浆
1）抽真空正式真空压浆前，用空压机试抽真空，检查密封系统是否完好。正式开始后启动真空泵，开启连接在锚具端部的控制阀门，关闭另一端的出浆孔阀门，使孔道的真空度达到-0.07～-0.1MPa。
2）压浆保持真空泵的启动状态，开启压浆端阀门，将拌制好的水泥浆向孔道内压注。当水泥浆从出浆端连接的透明管排出后，关闭出浆端阀门，保持压力≥0.7MPa，稳压1.5～2min。关闭压浆机及压浆端阀门，完成压浆，并清理现场。
4预应力技术孔道真空辅助压浆施工中存在问题的原因分析
4.1出现纵向裂缝的原因
后张法空心梁板在张拉过程中的缺陷及原因：采用后张法安装的空心梁板，在张拉过程中也出现了相似的中部纵向裂缝，更有甚者不仅在中部出现裂缝，还在梁的两端出现了底板混凝土的压裂破碎的情况。究其原因，一是在施工前的设计时就对张拉过程中梁端混凝土的受力变化情况考虑不周；二是在之后实际的张拉过程中，由于张拉手段、顺序的错误使用，导致了材料在过快的速度的拉力下，出现了断裂的现象；三是由于选材时的质量低劣、或其出厂前的张拉时间就已过长，导致了混凝土的密实度较低，因此也出现了断裂现象。
4.2预应力损失过大的原因
设计计算预应力混凝土受弯构件张拉控制应力σcon时，除需要根据承受外荷载的情况，估定有效预应力σy外，还需要估算相应的预应力损失σs，即：σy=σcon-σs。预应力损失σs主要包括预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失σs1；锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失σs2；钢筋与台座间温差引起的预应力损失σs3等。但由于有的施工行为不够规范，致使实际施工情况与原估算应力损失的施工
