浅谈嘉华大桥南延伸工程后张拉预应力-发表论文

浅谈嘉华大桥南延伸工程后张拉预应力
道压浆施工及质量控制
胡永辉贺晓清

摘要：从1953年世界上第一座后张预应力结构桥梁建成开始，同样设计结构的桥梁在全世界被迅速复制。但伴随着这首座后张预应力结构桥梁在使用了32年后于1985年12月4日的突然倒塌，这种结构的安全性曾一度被质疑。随后，通过英国工程师对倒塌桥梁的分析，发现桥梁倒塌是由于预应力灌浆不密实，使预应力筋锈蚀所致。同样的质量问题，在我国兴建的一批预应力混凝土梁桥中同样存在。压浆不实是一个普遍存在的现象，个别桥梁该问题还十分突出！本文通过对后张法预应力结构孔道压浆不实的质量通病的分析，并结合重庆市嘉华大桥南延伸段一期桥梁后张预应力管道压浆的工艺控制措施，提出了该工艺的各项质量控制要点。
关键词：后张预应力管道压浆施工质量
重庆市嘉华大桥南延伸段一期工程位于九龙坡区，是嘉华嘉陵江大桥工程的重要组成部分，工程全长约为1.78公里，包含黄杨路上跨桥、大黄路立交和鹅公岩立交等，其中鹅公岩立交为一期工程的重点。项目合同暂定金额约3.7866亿元，其中80%的工作量为桥梁工程。根据设计文件，本项目桥梁工程的上部结构主要包含112跨后张拉预应力连续现浇箱梁和84片后张拉预应力预制小箱梁，有部分墩柱及盖梁也为后张拉预应力结构。总结多年来桥梁施工的经验，上述重要部位的预应力施工是本项目质量控制的重中之重，而预应力管道压浆又是后张拉预应力施工的关键工序和质量控制难点。但在实际的施工操作过程中，因为对该工序理论知识理解不透、重视不足，施工配套机具不合理，常常造成管道压浆出现质量问题，给桥梁结构埋下重大安全隐患。在此，对后张拉预应力管道压浆的重要性及质量控制过程做一简要的分析介绍。
一、后张预应力原理及压浆工艺分析
后张拉预应力即先预制构件，待构件达到设计强度后（注：为加快施工进度，本工程要求为砼7D龄期、90%设计强度双控），对预应力筋进行张拉，借助锚具的作用，将力筋锚固在构件上，利用力筋的弹性收缩产生应力，经锚具传递给构件，使构件内部建立永存的内力——压应力。后张预应力孔道压浆密实与否，直接关系到预应力构件永存内力的稳定性及耐久性。据有关资料介绍，国外桥梁专家从地震垮塌的后预应力桥梁构件上截取若干断面解剖测试，发现后张预应力结构因孔道压浆不密实而造成的预应力筋锈蚀、断面锐减、断丝及内力损失严重等致命的质量问题，为此，曾一度禁止后张预应力结构的应用。由此可见，后张预应力孔道压浆的密实度，是后张预应力构件质量控制的重要环节。
1、后张预应力孔道压浆的主要作用
（1）排除孔道内的水份和气体。孔道压浆可利用浆体比重大的特点，将孔道内的水分、气体挤出孔道外，使水泥浆充实孔道空间位置。（2）保护力筋不锈蚀。通过压浆方法将孔道内压满水泥浆，凝固后可保护力筋不锈蚀。（3）充实梁体的密实度。后张预应力构件中的预留孔道，穿入力筋张拉锚固后，仍有1/2~1/3的空隙，压浆后，这些空间被水泥浆严密充实，水泥浆凝固后和构件形成一个密实的整体，有利于整体共同受力。（4）减轻锚具负担。孔道压浆后，浆体对预应力筋将产生巨大的握裹力（浆体强度一般设计等强于构件本身且不低于C30）。这样就近似于先张法、减轻了锚具的负担，即便是锚具超过疲劳极限而失去锚固作用，有水泥浆产生的握裹力作为第二道保护，无需担心力筋脱锚而造成不堪设想的恶果。综合上述，孔道压浆的质量极其重要。
2、孔道压浆不密实的表现症状
（1）压浆初凝后，从进浆孔或排气孔用探测棒可探测到是否饱满，有无空洞。（2）计算浆体压进孔道总量小于孔道总空隙量。（3）多波曲线孔道，特别是竖向多波曲线孔道波峰顶排气孔未冒浆。（4）压浆增压时，不能保证恒定的压力。（5）梁体因蜂窝、狗洞、裂缝等内部隐蔽缺陷而漏浆。（6）封锚不严而漏浆。（7）上下或左右孔道串孔等。以上这些原因可造成压浆不饱满、不密实的质量隐患，而且有些不易当时被发觉，一旦造成了压浆不密实、不饱满的质量隐患，又未及时发现并妥善处理，将直接影响结构物的使用寿命。
3、造成孔道压浆不密实的原因分析
（1）从设计方面分析。穿入力筋后设计孔道空隙狭窄，水泥浆不易压入。（2）设计孔道曲线长、曲率小、曲折点多。（3）设计规定的材质不佳，孔道内摩阻系数大。（4）从施工工艺方面分析。施工中成孔质量不好，孔道直径粗细不均匀或有偏孔、颈缩孔现象，力筋勉强可以穿入，但水泥浆无法通过。（5）成孔材质选用不当，特别是抽拔棒成孔时操作不当，孔壁粗糙、坍落、掉皮、波浪、皱折等。（6）孔道串孔，内漏、封锚不严，不能保压持荷。（7）排气孔设置不当，特别是连续梁，多波段；竖曲线超长孔道若波峰处的排气孔不通，在某些曲段易形成空气滞留穴阻止进浆而造成空洞。（8）力筋编束、捆扎时，扎丝过密、松弛，穿束时绑扎丝在孔道不畅处受阻，堆积挤压，形成网状塞栓，压浆时此处过水过气而不过浆。（10）制浆不规范，稀稠失控或过滤不好，有硬块杂物造成孔道堵塞。（11）水灰比不当；水灰比过大，不但强度降低，而且泌水率增大，水占空间，水被吸收或蒸发后，即形成空洞。（12）外加剂用量不当，如膨胀剂，用量过小膨胀效果不明显，若膨胀系数小于水泥收缩系数，空缺无物补实，就会造成压浆不饱满。（13）压浆机性能不好，压力不够或无法保压持荷，致使孔道内水泥浆不能长距离远送，也无法借助压力使水泥浆充实到孔道各处不易畅道的细微空间位置，从而造成孔道压浆不饱满，不密实。
二、压浆质量控制
通过对预应力的原理及压浆工艺、质量问题的剖析，我们对嘉华大桥箱梁的孔道压浆施工进行严格控制，针对分析出的原因，对症下药，正确处理。同时，对影响压浆质量的重要因素，进行严密控制，并合理改进施工工艺，在施工中取得明显效果。
1、材料选用：（1）水泥。采用重庆拉法基P.O42.5R水泥。（2）水。采用清洁的自来水(饮用水)。（3）外加剂。采用重庆三圣特种材料有限公司生产的ZY膨胀剂。
2、优选配合比。水泥浆配合比是压浆质量的关键，优良的配合比设计是控制孔道压浆质量的前提，优化组合的水泥浆配合比，即能保证足够的强度，而且能有效地控制泌水率及有关膨胀系数。嘉华大桥现浇连续箱梁后张预应力管道压浆配合比为：水灰比不大于0.4，不得掺入各种氯盐，掺入膨胀率为（1—2）*10-4膨胀剂。
3、压浆设备选用。采用较为先进的真空灌浆，真空负压-0.1MP，灌浆压力0.7MP。
4、孔道准备。本工程现浇箱梁和预制小箱梁，均采用波纹管成孔，该方法具有成孔管道不易变形的好处，成孔质量好。压浆前，对孔道进行清洁处理。采用压浆泵将清洁水压入管道内，将管道冲洗干净并充分湿润管壁。
5、压浆。水泥浆自拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般控制在30~45min范围内，水泥浆在使用前和压注过程中连续搅拌。压浆时，从管道的最低点压浆孔压入，从最高点的排气孔排气和泌水，压浆顺序先压注下层孔道。压浆缓慢、均匀进行，压浆的最大压力控制在0.7MPa，压浆达到孔道另一端饱满出浓浆为止，关闭出浆口后，灌浆泵继续工作，保持不小于0.7MPa的稳定期，该稳定期一般控制在1--2 min。在稳定期后，关闭灌浆泵及灌浆端阀门，完成灌浆。
通过对预应力的原理及压浆工艺的剖析，加强了对后张拉孔道压浆技术质量管理的力度，从材料选用、配合比设计、外加剂选用、机械设备、施工工艺、现场操作等多方面控制，在嘉华大桥目前现浇箱梁及小箱梁的孔道压浆施工中，管道压浆密实饱满，合格率百分之百，较好的解决了后张拉预应力孔道不密实的问题，保证了工程质量。