浅谈预应力砼构件孔道压浆及时性、密实性

所属栏目：建筑设计论文
发布时间：2011-02-26 14:42:21 更新时间：2022-04-15 15:12:31

　　摘要：本文结合城市地铁、高速铁路桥梁工程实例阐述了桥梁后张法预应力混凝土构件孔道压浆的重要性，并提出了及时性密实性要求。

　　关键词：预应力混凝土;孔道压浆;及时性;密实性

　　一、前言

　　目前，预应力混凝土结构在国内外桥梁建筑上占有非常重要的地位。预应力工艺的应用，提高了构件的抗裂度和刚度，充分利用了高强材料，使桥梁结构向大跨、轻型的方向迈进了一大步。但预应力混凝土结构对工艺性要求较高，由于使用阶段预加应力的不可见性，为确保构件的质量及安全度，必须严格整个构件施工过程的质量控制。

　　后张法预应力施工是预应力施工方法之一，后张法是指先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，待混凝土达到要求强度后，进行穿束、张拉、锚固，最后在预留孔道内压注高强水泥浆的方法。本文结合本人施工经历重点讨论后张法构件施工过程中最后一道工序也是最容易被忽视的一道工序——孔道压浆。

　　二、工程概况

　　1、城市地铁工程

　　北京轨道交通昌平线土建施工02合同段起讫里程为K13+732～K20+646.63，线路长度6914.63m，包括高教园站、沙河站、巩华城站、K13+732～高教园站区间、高教园站～沙河站区间、沙河站～巩华城站区间、巩华城站～K20+646.63区间，共三站四区间。标段内主要以高架桥为主，上部结构主要为装配式预应力砼箱梁，分为单线梁和双线梁，共295片梁(其中:单线梁69片，双线梁226片)，均采用后张法预制，吊装架设。单片梁最大重量为232t，C50砼共计21870立方米。

　　各类梁统计如下：

　　单线梁统计一览表

　　跨度城南站~高教园站高教园站~沙河站沙河站~巩华城站合计(片)

　　32m单线梁 1 6 4 11

　　30m单线梁 2 0 14 16

　　27m单线梁 0 2 4 6

　　25m单线梁 7 12 6 25

　　22m单线梁 5 4 2 11

　　汇总(片) 15 24 30 69

　　双线梁统计一览表

　　跨度城南站~高教园站高教园站~沙河站沙河站~巩华城站合计(片)

　　32m双线梁 6 14 2 22

　　30m双线梁 40 54 48 142

　　27m双线梁 12 4 4 20

　　25m双线梁 14 6 16 36

　　22m双线梁 4 0 2 6

　　汇总(片) 76 78 72 226

　　巩华城站～朱辛庄站区间线路斜跨南沙河，南沙河高架桥上部结构为3联(30m+36m+30m)连续现浇箱梁，箱梁为单箱双室渐变截面。设计标号为C50，每联方量为684m3。

　　2、高速铁路工程

　　新建成都至都江堰铁路工程站前施工2标段，崇义特大桥位于都江堰市崇义镇，桥梁中心里程为DK32+899，全长2676m，在跨越成灌高速公路时设一联40+64+40m连续梁，采用挂篮悬臂灌注施工。梁体设计为单箱单室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽11.4m，底宽5.8m，顶板厚35cm，腹板厚40～75cm，底板厚度39～80cm。全梁共分36个梁段，0#段长12m，梁高5.3m。1#～7#块长为2×3.0m+2×3.5m+3×4m，梁高由5.3m渐变到2.9m。

　　主梁采用纵向、横向、竖向三向预应力，竖向、横桥向采用32mm精轧螺纹预应力钢筋，纵向采用高强度低松驰钢绞线。预应力管道采用真空辅助压浆工艺。

　　上述两个工程实例，预应力钢筋均采用Φj15.2mm的高强度低松弛钢绞线，其强度fpk为1860MPa整根公称截面积为140mm2，弹性模量为1.95×105Mpa，张拉控制应力бk=0.70Rby=1300Mpa。

　　三、后张法预应力构件孔道压浆技术要求

　　1、孔道压浆的目的和作用

　　孔道压浆是指在预应力筋张拉、锚固后，用压浆机将高强水泥浆注入预留孔道，待从中间的排气孔中(对长束而言，短束中间不设排气孔)分别排出与规定稠度相同的水泥浆时，堵塞出浆孔。压浆是一道很小的工序，因为其小，所以其重要性常被忽视;然而压浆又是一道非常重要的工序，这对预应力混凝土构件中永存预应力的大小、对结构的安全性和耐久性影响很大，因此必须引起工程技术人员的高度重视。

　　孔道压浆的目的有三个：(1)保护预应力筋不致锈蚀;(2)使预应力筋束与混凝土粘结成为整体，从而减少预应力损失;(3)提高构件的整体刚度。

　　2、孔道压浆的技术要点

　　2.1及时性要求

　　由于张拉后预应力钢材内的碳晶体重新分布，晶体间的间隙加大，水分子和不良气体极易侵入，因此，此时预应力筋的锈蚀速度要比未张拉时快得多(通常在6倍左右)。尤其沿海地区，因海风中含有大量的氯离子，对钢筋的锈蚀更加严重。预应力筋的锈蚀，必然引起预应力损失过大，造成预应力不足。因此，在预应力筋张拉、锚固后，应立即进行压浆，并加速水泥浆的凝固，以保护预应力筋不致锈蚀。施工技术规范规定：预应力张拉锚固后到压浆前这段时间最多不超过14天，减少避免预应力筋锈蚀速度，确保永存预应力满足规范及设计要求，防止构件砼开裂。

　　此外，在预应力筋刚刚完成张拉锚固时，构件抗反拱开裂的性能最差，及时压浆可提高构件的抗弯刚度，从某种程度上增强构件的抵抗开裂的能力。

　　2.2密实性要求

　　预应力筋之所以能与混凝土形成钢筋砼结构，彼此共同受力，同步产生变形，是因为混凝土凝固收缩后，握紧了预应力筋，产生了握裹力，有效地阻止预应力筋的回缩趋势。压浆不密实会使预应力筋锈蚀，预应力筋的锈蚀又进一步削弱了混凝土对预应力筋的握裹力，而使有效预应力下降。

　　为避免发生孔道压浆不密实、握裹力不够的情况发生，应注意以下问题：

　　(1)材料问题

　　压浆所用的水泥应为标号不低于425#的合格硅酸盐水泥或普通水泥，施工用水必须进行化验分析，不得含有对水泥浆和预应力钢材产生不良影响的物质，以确保水泥浆的强度。水泥浆的水灰比宜控制在0.4～0.5之间，要求水泥浆拌好3h后的泌水应全部被吸回。为使水泥浆在尽量小的水灰比下获得较好的流动性，可掺入适量的减水剂。水泥浆的配比应结合施工季节、使用材料、现场条件等，通过试配试验确定，稠度宜控制在14s～18s之间。为减少水泥浆的收缩，可加入占水泥重0.01%以下的铝粉或6%～7%普通膨胀剂，有效避免水泥浆因收缩而与预应力孔道分离。

　　此外还应注意：在水泥浆强度不低于设计要求，挂篮方可前移进行下段现浇块施工。

　　(2)设备问题

　　压浆应使用活塞压浆泵，压浆时压力泵型号的选择是设备选用的关键。压力泵的型号应根据预留孔道的直径和长度来确定。如孔道较长，压力泵压力过小，则会导致压浆不实。施工时必须对最初的几片梁的最长的孔道进行压力测试，以验证压泵的选用是否合适。水泥浆入泵前应先通过筛孔为1.2mm的筛子，以防混入水泥浆中的异物和较大颗粒堵塞孔道。此外还应注意：对曲线孔道和竖向孔道，应在最高点处设置排气孔，压浆过程中应将所有最高点的排气孔依次逐一放开和关闭，使孔道排气和泌水通畅，这也是确保压浆密实的措施之一。

　　(3)工艺问题

　　为保证压浆密实，压浆前首先要检查水泥浆质量是否符合要求，灌注通路的管道状态是否正确通畅，并检查压浆孔和排气孔是否通畅、位置是否正确。压浆前将孔道用压力水冲洗干净并使孔壁完全湿润，但同时不得有积水。压浆作业时水泥浆自拌制至压入孔道内延续时间应控制在30～45min内进行，水泥浆在使用前和压注过程中应连续搅拌。如因延误导致水泥浆的流动性降低，坚决不允许通过加水来增加其流动度。压浆顺序应先下后上，曲线孔道应从最低点开始向两端进行，为保证管道中充满水泥浆，在排气孔出浆后陆续关闭排气口并继续压注，待出浆孔排出与压注入浓度相同的水泥浆后管壁出浆口并应保持不小于0.5Mpa情况下稳压2分钟以上。每一孔道应一次灌注完成成，中途不应停顿，否则需将已压灌部分水泥浆冲洗干净，重新对该束开始压浆。压浆后应从检查孔抽查压浆的密实情况，如不密实，应及时处理和纠正。压将过程中及压浆后48h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。压浆适宜气温10～20℃，当气温高于35℃时，压浆宜选择在夜间气温较低时进行。

　　三、崇义特大桥孔道压浆施工过程中采取的技术措施

　　由于预制箱梁为成熟工艺，进行流水化生产，本部分不再赘述，着重从崇义特大桥连续钢构挂篮施工现浇桥预应力压浆技术措施的保证进行浅述。

　　1、精轧螺纹预应力钢筋

　　1.1、精轧螺纹预应力钢筋概况

　　崇义特大桥0#块为三向预应力体系，竖向和横桥向为精轧螺纹预应力钢筋，纵向预应力束为钢绞线束;其余现浇块为双向预应力体系，竖向采用精轧螺纹预应力钢筋，纵向为预应力钢绞线束。精轧螺纹预应力筋管道为φ内50mm、壁厚3.5mm镀锌钢管。精轧螺纹钢筋直径32mm，与孔道壁理论间隙为9mm，采用YGM型锚具。

　　1.2、张拉前准备工作

　　由于0#块施工周期较长，并且1#、2#、3#现浇块施工完毕挂篮前移后方能进行预应力钢筋张拉，所以在相应砼块件浇筑完成前必须及时将预应力上端头及时封闭，一方面防止养护水在管道内积聚腐蚀预应力钢筋，另一方面可以有效防止砼残渣进入预应力管道，堵塞与精轧螺纹钢筋之间孔道间隙，造成浆液不流通或加大压浆阻力。张拉前仔细检查精轧螺纹钢筋张拉端螺帽方向，确保螺帽上排气槽朝下，便于压浆时及时将积水、空气及水泥浆排出。

　　1.3压浆前准备工作

　　(1)张拉槽及预应力管道清理

　　进行4#块施工时，及时进行0～3#块预应力钢筋张拉，张拉完毕后及时清理张拉槽内杂物，压注高压水，将管道内积水及杂物排除。精轧螺纹钢筋在下端有压浆孔，锚具张拉端自带出浆孔，同时在张拉端锚具下设置备用出浆孔并引出箱梁顶面，确保能顺利出浆。

　　(2)压浆设备准备

　　由于精轧螺纹钢筋与预应力管道孔壁理论间隙仅9mm，扣除精轧螺纹月牙纹高度及安装偏差，管道某些部位可能与预应力钢筋紧密接触，加大了压浆阻力，所以压浆胶管必须采用多层构造高压压浆管，有效减少压浆过程中因压力大而产生爆管;压浆机采用UB3C活塞式压降泵，工作压力2.0Mpa,额定输浆量3m3/小时，充分保证压浆连续性、及时性。

　　(3)压浆材料备用

　　根据压浆预应力数量及设计水泥浆配合比，准确计算压浆所需水泥、减水剂、膨胀剂数量，及时准备足够数量原材料及外加剂;压浆机必须设置储浆池，储浆池上设置过滤网，便于及时将搅拌好的水泥浆过滤后储存进储浆池。储浆池与进浆管接口处必须设置同样网眼的滤网，确保压注的水泥浆内无粒径较大的粗颗粒。

　　1.4水泥浆压注

　　(1)按照设计水泥浆配合比准确称量水泥、减水剂、膨胀剂，装入拌浆机搅拌仓进行搅拌，陆续将计量好的水注入搅拌仓，搅拌完毕后将水泥浆经滤网装入储浆池，备足足量水泥浆后进行预应力管道内水泥浆压注。

　　(2)压浆从箱梁内下注浆孔压入，当出浆口无稀浆排除且排出浓浆后关掉进口闸阀并持压，封闭进浆孔。

　　(3)依次进行其余预应力管道压浆，每压注完一根后必须及时用油漆做永久性标记，防止遗漏灌浆。

　　2、纵向预应力钢绞线束

　　2.1纵向预应力束概况

　　箱梁纵向悬浇钢束、中跨底板束及边跨顶板束采用Φj15.24-19型预应力钢束，锚下张拉控制力为3711KN，腹板束、中跨顶板束采用Φj15.24-15型预应力钢束，锚下张拉控制力为2930KN，预应力束采用高强度低松驰级钢绞线，每股钢绞线公称直径Φ15.24毫米，公称面积140平方毫米，标准强度Rby=1860Mpa，弹性模量1.95×105Mpa，其技术性能标准等符合ASTM416-92标准，锚具采用OVM型锚固体系锚具。

　　2.2压浆前准备工作

　　(1)张拉完成后不能切割钢绞线束工作长度部分，先拌制高标号砂浆，及时将工作锚头与工作夹片部位钢绞线进行封锚，确保封闭良好，特别要注意将砂浆充分填充到靠近锚具中心部位钢绞线之间，以免压浆时工作夹片部位漏浆。为了保证封锚强度，加快施工进度，在拌制砂浆时可参配适量速凝剂，确保砂浆强度快速提升。

　　(2)根据预应力束数量，计算每束预应力管道内所需水泥将体积(扣除钢绞线体积)并绘制《预应力束灌浆数量计算表》，以指导压浆施工。

　　(3)根据《预应力束灌浆数量计算表》，结合每次需压浆预应力束数量，计算压浆所需水泥、减水剂、膨胀剂数量并充分备料。

　　(4)采用精轧螺纹预应力钢筋压浆施工的拌浆机、压浆机及压浆管进行预应力钢绞线束的拌浆、压浆。

　　(5)及时准备足够数量进浆口、出浆扣的连接管阀，确保能顺利控制进浆口进浆、出浆口出浆。

　　(6)向预应力管道内压注高压水流，及时将预应力孔道内杂物清理干净，待出水与进水的色泽大致相同时准备压注水泥浆。

　　2.3预应力管道压浆

　　(1)按照设计水泥浆配合比准确称量水泥、减水剂、膨胀剂，装入拌浆机搅拌仓进行搅拌，陆续将称量好的水注入搅拌仓，搅拌完毕后将水泥浆经滤网装入储浆池，备足足量水泥浆后进行预应力管道内水泥浆压注。

　　(2)在两端锚垫板压浆孔上安装进浆口、出浆口阀门，将压浆管上套管与进口阀门通过螺栓连接紧密，开动压浆机，将水泥浆通过压浆机注入预应力管道。压注开始时，孔道出浆口及梁顶排气孔的浆液较稀，当流出的水泥浆与进口的水泥浆浓度相同时，依次关掉排气孔及出浆口阀门，以0.5Mpa控制压力继续加压，使砂浆中的多余水从钢绞线各绞丝缝隙间渗出，直到水基本不流出为止，停止压浆工作，封闭进口处阀门，拆除压浆管与进口处阀门的螺栓连接，压浆工作结束。加压时间不小于2分钟，确保孔道内压浆饱和度并且可降低砂浆水灰比，提高砂浆强度。按上述工艺依次进行其余预应力束压浆。

　　(3)由于预应力束比较长，孔道内需用水泥浆体积大，压浆过程中必须根据《预应力束灌浆数量计算表》将每束压注的预应力束理论水泥浆数量与实际压注水泥将数量进行对比，当实际水泥将数量与理论水泥将数量偏差较大时，必须及时对相邻预应力束管道进行检查，看是否发生串浆现象。若浆液串入相邻空管道内，必须及时进行合理处理后方可继续进行压浆。

　　(4)由于崇义特大桥主桥边跨、中跨合拢后进行边跨、中跨顶板、底板预应力束张拉，而压浆设备在箱梁顶布设，所以必须确保箱梁内外通讯良好、施工安全。

　　四、结束语

　　孔道压浆是一道非常重要的工序。只有保证了压浆的及时性和密实性要求，才能有效地防止预应力筋的锈蚀，减少预应力损失，保证后张法预应力混凝土结构在使用过程中的安全性和耐久性。牛角岗特大桥悬浇箱梁和预制T梁施工通过周密地部署、精心地准备、精确的计算、科学地管理、正确的操作方法和严格的施工工艺和控制措施进行施工，有效地保证了该桥梁预应力构件压浆质量，确保预应力束使用寿命，工程质量赢得了业主、监理的一致好评。