超长预应力筋施工技术分析

2023-01-08赵晓栋

交通世界 2022年17期

赵晓栋

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

现浇箱梁桥超长预应力筋施工技术在缩短桥梁建设工期、降低工程造价、保证工程质量方面具有明显的技术优势。但是从实际施工情况分析，超长预应力筋施工易会出现钢绞线不易贯穿、张拉不到位、注浆不密实等质量缺陷，必须引起施工单位的高度重视，进一步改进和优化超长预应力筋施工工艺。

1 工程概况

某桥梁工程为左右幅桥梁，总长275m，主桥和引桥分别长155m、120m。主桥结构形式为连续箱梁，主墩支点梁高3.5m，主梁高度呈1.8 倍抛物线变化，单箱梁顶部宽为15.5m，底部宽14.0m。箱梁顶板厚22cm，腹板厚45～75cm，底板厚20～50cm。箱梁采用双向预应力设计，共使用48 束超长预应力筋，长为155m。本文重点对本工程采用的超长预应力筋施工技术进行分析。

2 超长预应力筋施工技术的应用

本工程预应力施工工艺流程为：测量放样→搭设支架→模板支设→安装支架→绑扎钢筋→箱室内模板支设→混凝土浇筑→箱室顶板支设→顶面钢筋绑扎→安装预埋件→混凝土浇筑→混凝土养护→张拉→注浆→封锚。具体关键施工技术分析如下：

2.1 现浇箱梁施工

2.1.1 箱梁支架架设

本工程采用碗扣支架形式作为现浇箱梁支架，将剪力撑连续布置在纵桥向排架四周，用于支撑排架，布置间距控制在4.5m 以内。剪力撑材料采用直径为48mm 的钢管，钢管衔接长度在1m 以上，不得少于3扣；剪力撑与地面角度为45°～60°，满足支架稳定性要求。支架高度为3.5～4.9m，宽度为34m。为便于施工人员在支架上作业，支架要宽出梁板1m左右。

2.1.2 混凝土浇筑

（1）在箱梁外围支设底模和侧模，验收模板安装质量；加工箱梁钢筋，先绑扎横隔梁钢筋，再绑扎腹板、底部钢筋，钢筋绑扎后浇筑第一次混凝土，再绑扎顶面钢筋。

（2）预应力混凝土使用普通硅酸盐水泥，掺入适当比例的砂石材料拌和而成，其中水泥用量控制在500kg/m³以内。通过加入一定计量的减水剂、缓凝剂等外加剂，以保证混凝土性能指标达到技术规范要求。

（3）箱梁混凝土浇筑采用分阶段浇筑工艺，先浇筑箱梁翼板下部混凝土，再浇筑翼板和顶板部位混凝土，每阶段浇筑都从底部向高处浇筑，保证三个箱室浇筑顺序相同；混凝土浇筑使用两台泵车，从梁高3.5m处浇筑，促使箱梁两端向中间合龙。

2.2 预应力装置安装

2.2.1 波纹管安装

（1）本工程使用塑料波纹管，在波纹管安装前检查外观是否存在变形、漏洞、裂口问题，不允许使用有质量缺陷的波纹管。

（2）根据设计图纸确定波纹管的安装位置，安装后绑扎固定波纹管，避免混凝土浇筑时对波纹管造成移动、变形；绑扎间距控制在1.5m，在波纹管的弯曲部位可以缩短绑扎间距。

（3）波纹管长度要比箱梁长度长出30cm，为保证波纹管管内畅通，需密封处理波纹管接头和锚垫板接头，避免混凝土浇筑时进入波纹管内导致管内堵塞。

2.2.2 锚垫板安装

根据设计要求选用对应规格型号的锚垫板、螺旋筋，将锚垫板牢固连接到波纹管上，保证钢筋张拉顺直；密封处理锚垫板的压浆孔，避免混凝土进入波纹管内。

2.2.3 连接器安装

在第一孔箱梁浇筑张拉后安装连接器，将其与第二孔箱梁连接，保证前后两段钢绞线顺利连接。

2.3 钢绞线穿束

本工程箱梁腹板张拉长度为156.3m，包括钢绞线155m 外加工作长度1.3m，每束预应力筋共有8 根钢绞线，总质量约为12.3t。因预应力筋质量较大、孔道弯曲较多，不适用于人工穿束法，所以本工程对穿束方法进行改进。

2.3.1 施工工艺流程

钢绞线穿束的施工工艺流程为：钢绞线编束→头端套帽→绳索连接帽头与卷扬机→吊车吊起钢绞线→卷扬机牵引[1]。

2.3.2 穿束施工

（1）钢绞线下料，在钢绞线一端套上锚板，用砂轮锯切割掉钢绞线的端头，切割长度控制在20～30cm，保留一根中心钢丝。

（2）将中心丝穿过牵引螺塞孔，塞孔直径控制在整束钢绞线直径与预留中心丝直径之间，确保穿束时能够拖动钢绞线，促使钢绞线处于平动状态，降低牵引摩擦力[2]；锚板直径大于牵引螺塞直径。

（3）用牵引螺塞、智能钢帽套连接整束钢绞线，牵引螺塞外径等于钢帽内径，连接后拧紧丝扣。

（4）在钢绞线穿束前，用胶带缠绕保护好钢绞线的端头，避免穿束过程中出现端头散开情况；用卷扬机牵引钢绞线，保证墩头处钢绞线整齐并在牵引头处缠上胶带[3]。

（5）在箱梁一端搭建卷扬机作业平台，使用5t 卷扬机，连接螺旋套与牵引螺塞；钢绞线一端用吊车辅助吊起，另一端用卷扬机牵引，缓慢将整束钢绞线平行移动，完成穿束；在牵引过程中，用锚板梳理和绑扎钢绞线，绑扎间距控制为1m。

2.3.3 施工效果

（1）钢绞线从编束到完成穿束所用工时大约为30min，施工人员4 人，大幅减少了传统人工穿束法耗费的时间和人力。

（2）新穿束方法能够避免出现波纹管破坏、浇筑堵塞问题，从而保证超长预应力筋施工顺利，有效控制施工成本。

（3）新穿束方法不会出现钢绞线错拧、滑丝断丝问题，能够保证后续张拉效果。

2.4 预应力筋张拉

2.4.1 施工前准备

（1）检查混凝土工程质量，要求强度达到设计值100%，龄期不少于28d；检查锚垫板周围混凝土是否振捣密实，是否存在质量缺陷[4]。

（2）安装张拉设备，要求张拉合力作用线完全重合预应力筋轴线，保证作用力不发生偏差。

（3）试验检测钢绞线、锚具、夹具等器具的性能指标，增加每批次材料的检测频率，确保材料质量合格。

（4）本工程采用4 台千斤顶和压力表，共设置2组，对称分布张拉设备并在张拉施工前标定千斤顶活塞的运行方向，要求与张拉方向一致。

2.4.2 试验测定张拉初应力

在箱梁L3～L8 腹板上测定超长束的初应力，一共测试两组，每组各两束。试验采用两端张拉法，将千斤顶安装到张拉的两端进行测定，共测定6次，测出两端钢绞线在20%、25%、30%、35%、40%张拉力时的延长量，最终确定张拉控制应力为30%[5]。

2.4.3 施加应力过程控制

（1）张拉时间控制在10min，千斤顶位移控制在20cm 以内；在张拉过程中，测量人员视线与仪器表保持平行，采用标准钢尺测量钢绞线的伸长长度，将实际伸长值偏差控制在理论伸长值±6%以内。

（2）本工程设置横向预应力和纵向预应力，1#～6#为纵向预应力钢束，采用圆形波纹管。7#为横向预应力钢束，采用扁形波纹管。

（3）在纵向预应力张拉中，锚固钢绞线一端，将另一端作为张拉端。腹板束梁端采用15～19P 型锚具，底板束梁端采用15～19 群锚锚具，顶板束梁端采用15～19H 型锚具。现浇箱梁中的钢绞线分为横向、纵向和竖向，按照以下顺序张拉：先张拉纵向钢绞线，再张拉横向钢绞线，最后张拉竖向钢绞线；先张拉腹板钢绞线，再张拉顶板钢绞线，最后张拉底板钢绞线；在顶板层钢绞线张拉时，先张拉中间位置钢绞线，再向两侧钢绞线扩展张拉。

（4）横向预应力张拉采用单端张拉方式，在预应力束一端设置BM15～4H 型锚具，控制锚具布设间距，顶板纵向每间隔50cm 设置一个锚具；在混凝土浇筑且养护7d后，当混凝土强度达到规定要求时搭建工作台，工作台搭建到翼板周边；横向预应力张拉顺序为先中间、后两边；张拉过程中跟踪控制中心线，以桥墩横向中心线为控制基准。

（5）竖向预应力钢绞线采用φ32mm 的精轧螺纹钢筋，对精轧螺纹钢筋设置专用的锚具，将锚具布设到腹板纵向上；在横向预应力张拉与竖向预应力张拉合龙后，张拉顶腹板纵向预应力筋，先张拉长的钢绞线，再张拉短的钢绞线，采用对称张拉工艺同时张拉。

2.4.4 张拉注意事项

（1）在钢绞线张拉中易出现断丝问题，针对这一问题应采取以下技术措施进行防范：按照钢绞线穿束工艺流程要求，梳编钢绞线，不允许出现错拧钢丝线的情况，避免引发钢绞线受力不均[6]；在现场施工中，跟踪检验钢绞线、锚具质量，避免出现滑丝、断丝问题；定期矫正和检验千斤顶、油压表，保证张拉过程中输出正确的应力。

（2）在钢绞线张拉中要预防波纹管堵塞问题，具体技术措施如下：现场试验检测波纹管的性能指标，严格把关管道搭接施工，不允许出现漏洞；箱梁浇筑时用卷扬机每间隔3h抽动一次钢绞线束，浇筑完毕后，用高压水枪冲洗管道内的浆体，保证管道空间畅通无阻。

2.5 预应力筋孔道灌注

2.5.1 压浆材料

在压浆材料中掺入减水剂、引气剂、缓凝剂、钢筋阻锈剂等外加剂，水胶比控制在0.25，浆体强度为50MPa，与箱梁主体强度一致；浆体拌和3h 的泌水率为2%，随着拌和时间的增加，泌水率也会随之增长，待拌和24h后浆体完全吸收泌出的水，将浆体黏稠度控制在15s左右[7]。

2.5.2 真空压浆施工

本工程采用真空灌浆施工技术，确保超长预应力筋孔道灌浆密实。

（1）在本工程中，当灌浆量为1m³时，储浆体需用1.5m³，所以必须在灌浆前准备充足的浆体。

（2）灌浆前冲洗干净管道，清理孔内的杂物，保证预应力筋孔道顺畅；用真空泵、抽水机排出管道内的空气、水分，促使孔道内形成负压压力状态。

（3）用压浆机向管道内注入浆体，压力值控制在-0.06～-0.1MPa；压浆过程中，跟踪检查压力表读数，如果发现漏浆问题，则要找到漏浆位置，用毡片堵塞漏洞。

（4）浆体注入的工程压力保持在0.5～0.7MPa，连续稳定施加荷载5min，保证注浆时长充足、压力稳定，避免出现浆体不密实的问题。

2.5.3 同比例模型试浆

因超长预应力筋的孔道较长，内部弯曲情况复杂，为保证孔道压浆密实度达到技术规范要求，本工程采用同比例模型试压浆检测空洞情况。根据现场试验检测结果显示，本工程5#、6#号试验墩出现少量空隙和蜂窝，需再次进行真空压浆灌入，保证注浆密实度达到质量验收要求。

2.5.4 补浆处理

在预应力筋孔道灌浆压实中，受多种因素影响会出现浆体不密实的情况，未能达到100%饱和度，严重影响桥梁结构的稳定性，必须进行补浆处理。在竖曲线锚固点的上部孔道位置，由于浆体泌水无法顺利排出，所以水干之后会形成空洞。为解决这一问题，本工程采用高压黄油枪对孔道空洞手动补压浆体，能够达到良好的密实效果；本工程提前设置排气管道和排压管道，在浆体灌入管道后，用探条检测空洞情况，如果发现空洞质量缺陷，则可以利用管道直接手动补浆，保证整体施工质量[8]。