提高高腹板箱梁竖向预应力压浆畅通度的研究

张成平

（中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆 400037）

1 引言

近年来，由于我国桥梁技术发展较快，在取得辉煌成就的同时也出现了一些问题。箱梁开裂就是其中较为显著的一个，它不仅会破坏桥的美观，还对桥梁结构的安全、耐久等性能有着较大的影响。因此，桥梁设计建设中经常用φ32精轧螺纹钢筋作为竖向预应力筋，以增强腹板的抗剪能力，但是由于大部分的箱梁桥竖向预应力筋张拉后压浆不饱满，使得梁体混凝土与竖向预应力筋不能成为一个整体，导致梁体的抗剪性能无法满足设计要求从而影响桥梁使用寿命。因此，如何提高竖向预应力压浆的饱满度显得至关重要［1］。

本文根据长湾澧水大桥施工中竖向预应力筋的施工方法，提出了在压浆不通畅情况下的处理方法及提高压浆畅通率的措施。

2 工程简介

长湾澧水大桥0#梁段长12 m，桥面宽12.6 m，梁底宽12 m，梁体中心线处梁高15.2 m。0#段截面中心处设置横隔墙，横隔墙厚度2.2 m，横隔墙上设置宽度1.2 m、高度2 m的过人洞。0#块采用直径φ32 mm的精轧螺纹粗钢筋，φ50 mm波纹管成型预埋。φ32 mm的精轧螺纹钢标准强度不小于830 MPa，弹性模量2×105MPa，单根张拉力601 kN。采用穿心千斤顶进行张拉施工，同时为了最大限度减小竖向螺纹钢的预应力损失，在张拉后24 h内进行压浆作业（见图1～图2）。

图1 0#块梁体立面示意（单位：cm）

3 孔道压浆饱满度检测

在竖向预应力筋孔道压浆作业完成并按照设计要求达到强度后，立即进行压浆饱满度的检测。常规的检测分为冲击回波仪检测和弹孔检测。在本工程中采用冲击回波仪检测，其原理是通过小锤敲击螺纹粗钢筋端头，采集冲击回波后并形成影像，由该影像资料判断螺纹粗钢筋周围水泥浆液是否饱满［2］。

由于是利用机械方式冲击产生应力波，该应力波会在结构中传播，因为波阻抗的差异，应力波会被内部缺陷和外部表面反射，来回反射的应力波会形成一种特殊模态，在激发点附近由接收换能器接收回波信号并将信号通过快速傅里叶变换转换至频域中，通过分析主频大小评定结构厚度和内部缺陷情况。与传统超声波检测技术比较，冲击回波检测技术优势主要体现在单面检测、检测厚度大、不需要耦合剂。此外，冲击回波检测结果受混凝土结构材料组分和内部结构状况差异的影响小。

图2 0#块预应力筋布置

长湾澧水大桥0#块竖向预应力压浆5#孔道，经雷达检测后发现在距顶板5 m处有异常反应，雷达波反射振幅较大，通过开孔验证压浆基本饱满，但压浆孔道内有少量水分析出；其他部分冲击回波强度变化不明显，连续性比较好，未出现异常情况（见图3～图4）。

图3 0#块竖向预应力筋5#孔道监测情况

图4 0#块竖向预应力筋开孔验证情况

长湾澧水大桥0#块竖向预应力压浆15#孔道，在距离顶板10～15 cm范围内有异常反应，雷达波反射振幅较大，推测位于压浆顶部位置，存在10～15 cm长的空腔；其他部位雷达反射波没有明显的波动，说明其他部位压浆饱满度良好（见图5）。

长湾澧水大桥0#块竖向预应力压浆45#孔道，距顶板0～2 m范围内经地质雷达扫描后发现在深约0.12 m处有异常反应，雷达波反射振幅较大，推测该范围内局部压浆不饱满；其他部位雷达反射波没有明显的强度变化，连续性良好（见图6）。

图5 0#块竖向预应力筋15#孔道监测情况

长湾澧水大桥0#块竖向预应力压浆105#压浆孔道（见图7），距顶板0～3 m范围内经地质雷达扫描后发现在深约0.12 m处有异常反应，雷达波反射振幅较大，推测该范围内局部压浆不饱满；其余部位连续性良好，饱满度良好［3］。

图6 0#块竖向预应力筋45#孔道监测情况

4 问题分析

该桥0#块共布设195根竖向预应力筋，注浆前用高压水对管道进行清洗，注浆采用从下往上进行。注浆时在出气孔冒出浓稠的浆液后，保持0.5 MPa左右的稳压，再进行出气孔的封堵。在实际注浆的过程中，有125根能完成注浆，注浆成功率为64%，此外在不能完成压浆的70根中，有30根用高压水冲洗时通畅而无法进行压浆。

通过对锚具加工、组装以及压浆工艺等整个施工过程的分析，认定管道不通的原因如下：

（1）压浆时在锚具附近预应力筋存在漏浆［4］。

（2）在压浆时，压浆波纹管道清理不干净，存在杂物。

（3）水泥浆液的主要控制指标如稠度、膨胀率不能满足规范要求。

（4）压浆时注浆压力不足。

图7 0#块竖向预应力筋105#孔道监测情况

5 压浆施工中的处理办法及注意事项

5．1 处理办法

预应力筋压浆不饱满，导致梁体与预应力筋不能粘结成一个整体，影响梁体的使用寿命。因此，对于无法压浆或者压浆不饱满的竖向预应力应采取正确合理的方式进行处理。

首先对无法压通浆的精轧螺纹钢进行应力释放，应力释放后，自下而上开始压浆，最大控制应力控制在0.3～0.4 MPa，并稳压2 min，待压浆饱满后对精轧螺纹钢进行张拉［5］。

通过采用预应力释放、先压浆后张拉的方法，可以解决因为压浆不通畅而引起预应力不足的问题，使预应力管道浆体的饱满度达到95%以上，从而提高了预应力筋与浆体的握裹作用。在实际竖向预应力的施工中应注意［6］：（1）做好锚具与预应力筋之间的密封作用。（2）压浆前用高压水进行洗管，保证管道通畅无杂质。（3）严格把关水泥浆液的稠度和膨胀率指标。（4）保证压浆压力，最大注浆压力控制在0.3～0.4 MPa。同时还应有一定的稳压时间。

5．2 注意事项

（1）优选配合比

通过优化组合后的水泥浆液配比是控制压浆饱满度的关键。在水泥浆液满足设计规定的要求外，还应控制好浆液的泌水率和有效膨胀系数［7］。

（2）适量掺入膨胀剂

在水泥浆液中加入膨胀剂，目的是通过膨胀剂和水泥的化学反应，产生气体使得水泥浆液发生膨胀。在竖向预应力筋压浆施工中经常会采用铝粉。

水泥浆中的膨胀剂，是在水泥浆凝固过程中膨胀和水泥发生反应，产生气体，使水泥体积产生膨胀，但其自由膨胀率应控制10%以下。一般选用发气铝粉作为膨胀剂，但在施工中尽量采用专用膨胀剂［8］。

（3）压浆过程中的控制

水泥浆搅拌后应立即压入孔道内，若要求一定的延续时间，应根据气温、配比等情况具体确定。

（4）压浆后的检查处理工作

孔道压浆等强度达到要求后，应逐孔进行密实度检测，在检测中对不密实或者强度不够的应立即进行处理和纠正［9-10］。

6 总结

桥梁预应力是桥梁的主要受力体系，而孔道压浆饱满情况更是关系梁体与预应力粘结成整体的主要因素［11］。孔道预应力压浆时应逐个检查，逐个分析造成压浆不饱满的详细原因，及时采取措施确保压浆质量［12］。