桥梁预制箱梁预应力智能张拉与压浆施工技术

桥梁预制箱梁预应力智能张拉与压浆施工技术

秦卫雄

湖南路桥建设集团有限责任公司 湖南长沙 410004

摘要：箱梁预应力施工过程中最重要的环节之一是张拉与压浆，对预应力传递和锚固效果具有关键作用。传统施工技术不仅效率低，而且质量难以控制。智能预应力张拉与压浆技术具有安全、高效、精度高、操作方便等优势，可以有效解决上述问题。为此，结合某高速公路预制箱梁工程实例，对预制箱梁预应力智能张拉与真空压浆施工技术进行探讨，并对该项目智能预应力张拉和压浆数据进行分析，旨在提升智能张拉与真空压浆施工技术水平，确保箱梁的整体质量符合施工要求。

关键词：箱梁;预应力;智能张拉;真空压浆

预应力混凝土结构由于其具有可观的经济性、良好的受力性以及较强的跨越能力而被广泛用于公路桥梁建设。相比于其他施工技术，预应力施工技术的工序较为繁杂，具备较强的技术性，实际操作存在一定难度。预应力施工过程中，其关键工序是张拉与压浆作业。传统的施工方法是利用人工进行张拉与压浆，在实际操作过程中可能会受到人为因素的影响，导致施工质量无法得到保证，智能预应力张拉和压浆技术是通过控制系统对张拉力、压浆压力以及压浆量等进行准确计算，并实现自动调节的一项自动化控制技术，其可以在保障张拉和压浆质量的情况下显著提升施工效率。

1 工程概况

某高速公路路线全长17.214km，共设大桥697m/1座，中桥351.1m/4座。其中大桥为30m的预制箱梁共184片，中桥分别为20m的预制箱梁共24片、30m的预制箱梁共30片，跨线桥为30m的预制箱梁共16片，预应力混凝土箱梁共254片(30m230片，20m24片)。预应力混凝土箱梁张拉、压浆采用智能张拉和真空压浆系统。

2 箱梁预应力施工要求

（1）张拉开始之前首先应该做好各项准备工作，确保预应力钢材在张拉点之间可以自由滑动。

（2）在进行张拉时，混凝土强度一定要达到设计强度的90%以上，同时混凝土龄期至少养护7d。为了保障张拉精度，在进行张拉时应该严格按照图纸要求，并且在张拉过程中需要及时量测伸长值，为张拉施工提供依据。

（3）预应力筋应该按照图纸要求顺序进行张拉，如果图纸没有明确规定，可以分批、分阶段从两端同时进行对称张拉。

3 预应力张拉施工要点

3.1 钢绞线下料

钢绞线质量直接影响预应力张拉施工效率和质量，因此，在进行预应力张拉施工时需要严格保障钢绞线质量满足设计要求。需要建设专门的预应力钢绞线下料场，为钢绞线下料创造良好条件。在钢绞线进场时，质控人员要做好各项检查，要求钢绞线表面不允许存在明显锈斑，并且出具质量保证书。试验人员对每批钢绞线均需要通过力学试验来检验其力学性质。对于整盘钢绞线在进行解捆时必须将其置于专用线盘架中，避免钢绞线出现紊乱。索长基于图纸设计长度进行下料，包括预应力管道长度和两端工作长度。采用高速砂轮切割机对钢绞线进行切割，为了避免多根钢绞线相互绞扭在一起，影响伸长量，要求对钢绞线进行平直顺放，间隔1.0～1.5m采用扎丝进行绑扎，需要注意的是为了防止质量事故发生，要保障所有扎丝扣均向里。在钢绞线下料过程中，避免钢绞线发生油污染。

3.2 穿钢绞线束

采用人工穿束钢绞线需要注意：①钢绞线束两端需要露出满足施工要求的锚垫板长度;②在穿索之前首先对预应力孔道进行检查，确保孔道满足穿索要求，并使用通孔器、高压水、高压风等对预应力孔道进行清洁，保障孔道通畅，孔径满足设计要求;③将先穿进去一端的钢绞线头采用套件进行包裹，避免出现“散头”现象;④为了避免钢绞线钢丝松动对波纹管造成损伤，需要对其采取外套塑料管等有效保护措施，并且在混凝土浇筑结束之后及时拔出塑料管。此外，为了保障波纹管内洁净通畅，避免混凝土浆液等进入波纹管，在穿束前用宽胶带对波纹管进行封闭处理。

3.3 锚盘安装

在穿索结束之后进行锚盘安装，首先应该对锚垫板表面和出浆孔进行清理，确保不存在溅落混凝土块、混凝土浆液等杂物，然后套装工作锚盘。按照要求依次安装限位钢板、千斤顶、工作锚盘以及工具夹片等，为了让夹片能够有效夹紧钢绞线，需要通过短铁管将工具夹片打紧。同时应在工具锚盘圆锥形锚孔上涂抹适当的石蜡，有助于在张拉施工完成后夹片能顺利地从锚孔中退出。

3.4 钢绞线张拉

在进行钢绞线张拉作业前需要满足两个条件：①梁体混凝土强度达到设计标准的90%以上;②混凝土龄期至少需要养护7d以上。在进行张拉时需要严格按照顺序分批从两端同时进行对称张拉，要求实际伸长量误差不能超过理论伸长量的±6%。

3.5 初始张拉

基于本项目实际参数计算得到箱梁张拉控制应力为395kN，在进行初始张拉时应施加15%的箱梁张拉控制应力。箱梁预应力智能张拉系统见图1。

图1 箱梁预应力智能张拉系统

两端张拉油泵确保同时启动，基于现场实际情况及时调整锚具与千斤顶位置，确保施工过程中孔道、锚具及千斤顶轴线保持一致。在达到初始应力之后，测量伸长量。

3.6 正式张拉

在完成初始张拉之后，分别以15%、30%和100%箱梁张拉控制应力进行张拉，在达到控制应力之后应该保持5min，测量伸长量，并与理论值进行比较，确保实际伸长量与理论值保持一致，预应力理论伸长值见表1所示。

表1 预应力筋后张拉法允许偏差表

在一束张拉结束之后，对断丝以及滑丝情况进行检查，确保满足设计要求。如果未达到施工设计要求，需要重新更换钢绞线进行张拉。张拉完成后要测量梁体的起拱度大小和查看锚垫板处混凝土有无裂纹。30m箱梁钢绞线张拉数据见表2，箱梁两侧张拉钢束的张拉力数据基本相同，控制精度高，钢绞线伸长量相对均匀，张拉控制稳定，伸长率偏差控制在2%以内。如果实际伸长量与理论值之间偏差超过±6%，需要分析偏差产生的原因，并采取相应处理措施。通常来说，张拉设备1个使用周期为6个月或者张拉200次，超过该标准便应该进行校准。同时在张拉设备使用过程中如果出现不正常现象需要在解决问题后重新进行校验。张拉设备的校验必须由具备资质的单位进行校验并出具报告。

表2 30m箱梁钢绞线张拉数据

4 锚固

在张拉作业结束之后需要对预应力筋进行锚固，锚固合格之后便可以对多余的预应力筋通过砂轮机进行切割，控制其外露长度在30mm以内。所有的钢绞线每束选择1根在其两端进行标记，便于观察缠绕程度。预应力钢绞线张拉质量的重要环节是顶压锚固，顶压锚固施工要在张拉力稳定保持5min后进行。在锚固作业过程中如果出现锚具夹片断裂超过2片、滑丝和断丝、锚板裂纹损坏等情况，需要重新进行张拉。

5 孔道压浆

在完成张拉后需要及时进行孔道压浆，为了保障孔道压浆质量，灌浆料强度控制在50MPa以上，水胶比控制在0.26～0.28。孔道压浆按从下到上顺序，灌浆料自拌制到压入孔道时间控制在30min以内。孔道压浆采用真空压浆泵，压力设置为0.5～0.7MPa。灌浆料压注工作需要一次性完成，直至出口饱和出浆，即出浆稠度与压注浆液稠度达到一致，便可停止压浆，封闭出浆口，此时压浆端水泥浆压力依然需要保持在0.5MPa，持续时间超过2min。为了保障二次压浆效果，需要预封闭进浆口，在水泥浆液凝固之前不允许移动相关气门、塞子等。智能数控压浆工艺原理如图2所示。

图2 智能数控压浆工艺原理示意图

5.1 水泥浆配合比与拌制

水灰比控制在0.26～0.28，具体参数需要通过现场试验决定。为了适当减小水灰比，可以在灌浆料中加入减水剂。为了取得更好压浆效果，可以基于试验结果在灌浆料中添加膨胀剂。在孔道压浆之前灌浆料需要充分搅拌，通常使用高速搅拌机进行拌和1min以上。在灌浆料拌和之后需要通过筛孔排入储浆桶内待用，需要注意的是储浆桶容积应大于1根管道压浆所需的水泥浆体积，并且在储浆桶内依然需要对灌浆料进行低速搅拌。

5.2 孔道压浆机具设备及准备工作

为了保障孔道压浆质量，在进行孔道压浆之前需要合理选择孔道压浆机具设备(包括智能数控压浆机、水泥浆高速搅拌机以及稠度仪等)，并做好各项准备工作。在孔道压浆之前需要在箱梁两端锚环上安装相应的进出浆短钢管，其两端分别通过丝扣与锚环预留孔和阀门进行连接。箱梁两端锚环夹片与钢绞线之间通常存在一定空隙，为了避免在孔道压浆过程中出现漏浆情况，需要在压浆之前采用早强水泥对锚头进行封堵。此外，在进行孔道压浆之前还需要利用空气压缩机以及注水等方式对预应力管道进行冲洗，保障预应力管道清洁湿润。

5.3 压浆

采用智能数控压浆机进行孔道压浆作业。吸浆泵头连接储浆桶，压浆管连接箱梁进浆钢管，按从下到上顺序进行压浆。孔道压浆操作主要包括如下步骤，①启动设备，并基于实际作业情况设置各项参数，包括灌浆料用量以及循环稳定时间等;②点击定量加水，启动高速拌制灌浆料，并将进浆和排浆阀门全部打开，然后启动压浆作业，灌浆料从进浆管压入箱梁管道内，压浆过程中压力应该循序渐进依次增大;③排浆孔出浆后应观察排浆稠度，待排浆稠度达到进浆稠度时关闭排浆阀门进行稳压，控制压力0.5～0.7MPa，该过程中如果压力值出现下降应及时进行补浆增压;④稳压5～6min后关闭进浆阀门，压浆作业结束。30m箱梁预应力孔道压浆结果见表3，浆体压力均达到0.66MPa，说明智能压浆技术可有效保证压力的稳定性。此外，冒浆状态全部是浓浆液，没有发现稀释或分离情况，说明智能压浆技术能够保证浆液浓度的均匀性。

表3 30m箱梁预应力孔道压浆结果

6结束语

为提升箱梁预应力张拉、压浆质量，将智能预应力张拉、真空压浆技术应用于某高速路预制箱梁工程中，实现了预应力筋的精确张拉与充分压浆。相比传统施工技术，智能预应力施工技术仅需1名电脑操作人员与1名辅助监测人员，施工效率提升了30%～40%，缩短了施工周期，降低了施工成本，显著提升了预应力筋的张拉质量，保障了压浆充盈度和密实度。

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