市政桥梁工程中后张法预应力施工技术

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　　摘 要: 本文是作者结合工程实例对市政桥梁工程所做的具体论述，文章重点阐述了后张法预应力施工技术，及其施工时严格控制箱梁混凝土浇注、预应力张拉和孔道压浆等施工质量，取得了较好的施工效果。
　　关键词: 后张法预应力;市政桥梁;应用
　　
　　工程简介
　　某路延伸段桥梁工程共有三座桥，均为预应力连续梁桥。一号桥跨径为28+35×2+28m，为等高度预应力混凝土连续梁桥; 二号桥跨径为32.44+45×4+32.44m; 三号桥跨径为45+58+45rn ，均为变高度预应力混凝上连续梁桥。
　　预应力连续箱梁混凝土均为C50 ，设置3%桥面纵坡，采用支座垫石调整坡度。本工程的预应力混凝土连续箱梁都采用后张法的施工工艺。
　　
　　1.施工特点
　　在高架桥基础、承台、墩柱与盖梁施工并达到一定龄期后，进行预应力险连续箱梁的施工。连续箱梁采取分段施工，每节段采用两次浇注，先浇注箱梁的底板、腹板砼，然后立顶模浇注顶板砼。
　　工艺流程: 施工工艺流程: 支架基础施工→支架搭设→底腹模板安装→底腹板钢筋安装→波纹管安装、定位→混凝土浇注→顶模安装→顶翼板钢筋安装→上层砼浇注→养护→钢绞线编束、穿束，预应力张拉净封锚→继续养护→模板支架拆除。
　　预应力施工设备: ①YC120型千斤顶，与压力表配套在使用前送到有资质的检测单位进行校准。②压力表，读表直径18omm，精度不低干1.5级。③排液式水泥浆泵，泵及吸入循环完全密封，装有一个喷嘴(该喷嘴关闭后，导管中无压力损失)。
　　使用钢绞线的松弛级别为Ⅱ级松弛，标准强度为1860Mpa。预埋预应力管道采用金属波纹管，由厚度不宜小于0.3mm的冷轧低碳带钢带卷制而成。所有管道设压浆孔，并在最高点设排气孔，在最低点设排水孔。压浆管、排气管和排水管为最小内径20mm的塑料管。排气观察孔均采用φ20mm高压管，引出碎面30cm。排气孔与波纹管的连接采用Dg15镀锌钢管焊于镀锌皮上，高压管与镀锌钢管套接，扎线绑扎牢固，然后绑牢在波纹管上。
　　采用C50 商品硷，采用掺粉煤灰和高效减水剂的“双掺技术”。输送泵的输送方法。管道压注用的水泥桨设计强度为50Mpa。水泥浆的水灰比采用0.3一0.35，水泥浆拌和3h后，泌水率小于2%，稠度10s一15s。
　　
　　2.施工方法
　　（1）支架与模板的施工: 本桥地处某水库旁，地势高低起伏，地基承载力较差，采取了先砌浆砌块石条基，后搭设落地钢管支架。支架方案经详细计算并报监理审批后实施。支架搭设完毕经验收合格后，安装箱梁底模板，模板采用2cm厚竹胶板。安装时先底模、再侧模、后顶模。按设计要求预留预拱度。在箱梁底板及腹板的钢筋绑扎完毕后，即可安装底板及腹板的侧模板。安装过程中注意平整度、垂直度满足验收规范的要求，并做到拼缝严密、顺直、整齐。在支架下设置沉降观测点，定时观测记录。
　　(2) 普通钢筋和预应力钢绞线安装: 箱梁钢筋绑扎分两次进行，第一次是在底模安装完成后绑扎底板及腹板的钢筋，第二次是在底板及腹板的硷浇注完毕、顶板和翼板底模安装好之后，再绑扎顶板和翼板的钢筋。所有钢筋在现场的钢筋加工场进行加工、配料，运送到现场进行绑扎、安装。绑扎钢筋时采用轨道筋固定法将预应力孔道固定，保证圆顺。钢筋骨架底垫以高标号水泥砂浆垫块，垫块错开布置，以保证钢筋保护层。按设计要求安装支座钢垫板、防撞栏杆预埋钢筋(翼板)等预埋件。
　　预应力钢绞线和波纹管埋设前应检查是否有破损、锈蚀及油污，焊接钢筋时采取用湿纸板隔挡的办法，防止波纹管被焊接的火花击穿，发现破口应及时修补。定位筋按间距50cm布设，穿放波纹管与管间接头，并将其固定。砼浇注3天后方可穿束，钢绞线两端预留100cm作为张拉使用。
　　(3)硅浇筑与养护。箱梁采用C50商品硷，浇注分两次进行，先浇注底板及腹板，在顶板和翼板底模安装、钢筋绑扎后，再浇注顶板和翼板硷。施工中混凝土由汽车式输送泵泵送入模。浇注过程中采用插入式震捣器和插钎震捣，快插慢拔，直至砼表面泛浆不冒气泡为止，并注意避免损伤波纹管。箱梁两端的施工人员要不时地(约15min一次)来回拉动波纹管内预先穿入的清孔器，清孔器孔尺寸(要求呈椭圆形，高度H 比波纹管内径小4mm为宜。)硷浇注完后2小时内最后拉一次，拉动清孔器必须从梁的一端拉到另一端，预防波纹管堵塞。
　　底板砼应从两端的横隔梁处同时向箱梁的中间分层分段浇注，每段4m 一6m，每层30cm振捣密实。在下层砼初凝前浇注上层硷，振动棒插人下层砼5cm一l0cm。
　　在砼浇注完毕初凝后，用麻袋覆盖，洒水养护，养护时间不少于7d。
　　(4) 模板、支架的拆除
　　箱梁侧模在砼强度达到12.SMpa后拆除。拆除后应立即清理干净，堆放在便于取用的地方。内模在砼达到15Mpa后拆除。拆内模板时观察模板内壁表面有无砼脱落，孔道有无变形，以掌握最佳拆模时间。现浇箱梁养护达到40MPa的强度后，即可拆除底模和支架。支架拆除时，从上往下依此进行。
　　(5) 预应力张拉
　　当箱梁砼强度达到设计强度的90%以上，硷龄期不小于7d方可张拉预应力钢束。
　　张拉准备: 钢束孔道通过无油污染的压缩空气加以清理，并且张拉前对锚具进行彻底的清洗，钢束端部也加以清洁。
　　张拉顺序: 按设计编号顺序分批张拉，第一批张拉到50%，第二批张拉到80%，第三批张拉到100%。张拉以应力控制为标准，同时以伸长量作为校核。
　　张拉程序: 0→初应力→1.05σcon(持荷2min)→σcon(锚固)。将钢绞线稍加张拉，以消除钢绞线松弛状态，并检查孔道轴线、锚具和千斤顶是否在一条直线上; 当钢绞线初始应力达到张拉力控制值的10%时，可在钢丝上划记号，作为量测伸长量的参考点并检查钢绞线有无滑动; 将张拉力加大到设计的105%，并持荷2min；将张拉力回复到设计张拉力的100%，并量测钢绞线的伸长量。如果伸长量符合要求，则封闭锚具并拆除千斤顶，如果伸长量和张拉力与设计计算值相差大于±6%时，则暂停张拉，待查明原因并解决后方可继续张拉。
　　 (6)孔道压浆: a 水泥浆制备: 先将水加干拌和机内再放入水泥，经充分拌和后再加入掺加料。拌和应至少2min，直至达到均匀的稠度为止。每次调配以满足1：1的使用量即可; b 孔道压浆: 压浆分两次进行，每个孔道在两端先后各压浆一次，间隔时间以达到先压注的水泥桨既充分泌水又未初凝为度，一般约30min; c 压浆顺序: 按先下后上的顺序压浆，将集中一处的孔一次压完; d 压浆工艺:
　　 1) 预应力张拉后24h内即对孔道进行压浆;
　　 2) 由箱梁一测的压桨泵将纯水泥浆，经压桨胶管从压浆咀压入孔道内，压力最少升到0.7Mpa，当另一端饱满并渗出浓浆(排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆)时用木塞堵孔，并稳压10s 后，关闲进浆管截止阀，拆卸进浆管，后安装至另一孔道上;
　　3)间隔约30一45min后，拔出两端排气孔木塞，在另一端安装进浆管，并将进浆管截止阀全部打开，用另一套压浆设备进行第二次压浆，待排气孔流出浓浆时再用木塞堵孔及关闭进浆管截止阀，并稳压10s以上后关闭截止阀，拆卸进浆管重新安装到另一个孔道上，该孔道的压浆工作即告完成;
　　4)为保证钢丝束全部充浆，进桨口应予封闭，直到水泥浆凝固前。所有塞子、盖子或气门均不得移动或打开。
　　(5)封锚及养护。预应力筋张拉灌浆后，将预应力钢绞线超长部分用切割机切断，切割时用水先淋湿以保护锚具并用砼封锚保护。
　　
　　3.预应力施工质量控制措施
　　(1) 钢绞线与锚具: 每次进场的钢绞线与锚具等，必须有出厂合格证，同时进行原材料试验、锚具组装件的静载锚固性能试验。不同规格的钢绞线与锚具应分类堆放，做好标识。施工中，应校对所施工的钢绞线与锚具的规格与设计是否一致。
　　(2) 预应力设备: 张拉前张拉机具须进行标定，千斤顶与压力表配套检验，确定千斤顶和压力表之间的关系曲线，千斤顶与压力表配套使用不得互换。压力表的刻度不低于1.5级。
　　(3) 预应力张拉: 施加预应力前对砼构件进行检验，外观和尺寸应符合质量标准要求，砼强度不得低于设计规定。检查夹片与锚孔是否有泥浆或杂物，对夹片处的钢丝束用钢丝刷进行清刷。
　　张拉开始前所有的预应力钢束在张拉点之间应能自由移动，各钢绞线松紧程度应一致，其应力值不得超过总应力5%。在张拉过程中，应边张拉边量测伸长值。预应力钢束应以均匀的速度张拉。在总张拉力作用下，钢束伸长值与计算值相差不宜超出6%。当张拉力加至设计值，上紧主拉杆螺母。千斤顶的压力应在锚具和钢绞线束不受振动的方式下予以解除。
　　
　　4.结 语
　　后张法预应力张拉在市政桥梁的建设中普遍采用，预应力箱梁是整个桥梁施工中非常关键的工序，它的施工质量直接影响到整个结构的受力和安全。

　　回弹法检测混凝土抗压强度在我国使用已达四十余年,因其简便、灵活、准确、可靠、快速、经济等特点而倍受工程检测人员的青睐,是我国目前工程检测中应用最为广泛的检测方法之一。随着长期检测，发现不同的构筑物在不同时期存在不同程度的碳化。碳化过程在正常环境中是不可避免的，空气中的CO2不断向混凝土内部的空隙和毛细管渗透，与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2在比较合理的状况下，混凝土在3个月以内低龄期碳化深度为0～1.0cm，如出现1.0cm以上甚至高达3.0cm碳化深度，那么必然存在一些不合理的因素。根据某公路项目对不同混凝土构件碳化深度检测结果生成CaCO3的作用称为混凝土碳化，并结合混凝土构件结构特点，以及混凝土配合比设计、养护工艺等对混凝土构件低龄期高碳化原因及处理措施做如下探讨：
　　一、混凝土碳化深度测定及原因分析
　　1.1混凝土碳化深度测定
　　目前对碳化深度检测主要通过对混凝土构件由表及里掘进一定深度，滴定酚酞试剂来确定。新拌混凝土中水泥水化过程中产生大量Ca(OH)2使混凝土内部环境为碱性，PH值在13左右，由于酚酞指示剂具有遇碱显示红色的特性，将酚酞试剂滴入新拌混凝土中会使混凝土表面显红色。然而混凝土碳化后其内部环境逐渐由碱性变为中性，PH逐渐减小至7，此时若用酚酞试剂滴至碳化后中性环境混凝土，其表面将颜色不发生变红色现象，仍保守原有色泽。
　　1.2碳化原因分析
　　结合以住混凝土构件配合比设计、施工、养护、及施工环境对部分构件出现低龄期高碳化深度现象原因分析如下：
　　①混凝土配合比设计
　　配合比设计合理与否对混凝土碳化产生影响很大，尤其是混凝土水灰比及单位用水量影响甚大。混凝土水灰比大，单位用水量多会导致混凝土内部过大自由水的产生。大量的自由水决定硬化混凝土内部存在大量毛细孔，从而为CO2等介质入侵混凝土内部提供了有利通道，加速了混凝土碳化程度。正如在检查该项目配合比设计时发现，全线混凝土普遍存在单位用水量过大的现象，这是导致混凝土构件碳化严重的原因之一。
　　②养生状况
　　合理的养生工艺不仅能保证混凝土构件的外观质量，亦能有效的防止混凝土早期碳化。按照规范，地面以上混凝土构件物养护龄期为28天，合理的养生方法可以保证混凝土表面及内部适中存在足够水分，这些水分不仅为混凝土中水泥水化提供后续支持，而且能防止气体介质通过毛细孔向混凝土内部的渗透。对于墩柱、承台等构件采用薄膜紧裹养生以及对盖板涵、预制梁板采用的贴膜养生能使水分有效的保留在混凝土内部，防止了CO2入侵导致混凝土碳化。
　　在对该项目部分标段巡检结果发现混凝土构件养生存在不合理现象：墩柱外薄膜包裹搭接处未进行有效处理导致薄膜破裂，混凝土构件外露；梁板等构件养生仅采用土工布简单覆盖，人工对构件表面浇水养护等。混凝土构件未能有效养生，加之夏季阳光充足，空气流动频繁，混凝土内部毛细孔中水分很快挥发，从而为CO2分子侵入留下通道，致使混凝土发生碳化。
　　③粉煤灰的掺入
　　在有酸性环境侵蚀的地域，粉煤灰的掺入是提高混凝土耐久性，减弱侵蚀介质入侵的有效手段。然而粉煤灰的火山灰效应使其必须与碱激发剂作用才能发挥效用，粉煤灰的二次水化消耗大量水泥水化产生的Ca(OH)2，使混凝土中含量Ca(OH)2降低，在周围环境中CO2含量一定的情况下加剧了混凝土的碳化。因此，掺入粉煤灰的混凝土构件较无粉煤灰掺入的构件碳化程度更大，且碳化深度与粉煤灰掺量呈正比关系。
　　④酸性环境
　　由于碳化深度是通过检测混凝土内部PH值大小确定，存在硫酸盐介质侵蚀环境的混凝土构件更容易因外部养护环境中酸性介质的侵入导致混凝土由外至内PH值的降低。因此，在该区域内检测的混凝土未显红色区域有可能是因酸性侵蚀产生，使用酚酞滴定测算碳化深度并不能有效的反映真实的碳化程度。
　　⑤酸性脱模剂
　　模板脱模剂中存在的酸性材料也是导致混凝土表面检测碳化深度较大的原因之一，由于脱模剂中的酸性溶液侵入混凝土构件表面使其PH值降低，从而导致实测碳化深度加大。因此，在该项目中掺入粉煤灰且使用酸性脱模剂的混凝土构件较无粉煤灰掺入的构件碳化程度更大，且碳化深度与粉煤灰掺量呈正比关系。
　　二、处理措施
　　主要应针对不同标号混凝土强度产生机理，提出不同处理建议。低标号混凝土中胶凝材料含量低，混凝土强度主要通过骨料骨架的支撑作用，而且低标号混凝土极限破坏主要表现为骨料的破坏。高标号混凝土中胶凝材料较多，混凝土中大量胶凝材料对骨料的粘结对其强度产生其决定作用，高标号混凝土极限破坏主要表现为界面破坏。混凝土碳化的发生主要存在于胶凝材料中，因此碳化程度大小对高标号混凝土影响较大。同时，这也说明了回弹法测定混凝土强度对低标号混凝土更为合理。为此，提出如下建议：
　　1.低标号混凝土
　　C30及其以下混凝土28天回弹推算强度低于设计强度，根据实际情况建议进行取芯处理。
　　2.高标号混凝土
　　C30及其以上混凝土回弹强度小于设计强度90%者建议进行取芯处理，其它可对构件表面进行适当处理，如打磨表面，后在进行回弹测定。
　　3.超声-回弹综合法
　　对于高标号混凝土或取芯处理较为困难的区域可采用超声-回弹综合测试法，进行混凝土强度测定，避免回弹法因低龄期高碳化碳化深度值对混凝土构件实际强度推算存在争议。
　　三、注意事项
　　为避免因混凝土低龄期高碳化对混凝土实际强度推算问题带来的诸多不便，现提出如下建议：
　　1.混凝土配合比应严格按照指挥部关于混凝土配合比优化通知进行优化，施工现场必须使用优化后配比，将混凝土单位用水量控制在合理范围，以避免混凝土早期碳化。
　　2.混凝土养护措施必须严格按照指挥部下达的关于加强混凝土构造物夏季施工质量的通知的要求，做好夏季混凝土构件的养生，防止因养生措施不利导致的混凝土碳化。
　　3.对于有酸性环境侵蚀的标段，建议采用多种检测手段，如超声-回弹综合法检测混凝土强度。以便能更为合理的反应混凝土构件真实强度。
　　4.对于混凝土模板脱模剂应尽量避免采用含酸性成分的材料，以避免应此出现的混凝土表面碱性的降低，导致高碳化深度的产生。
　　

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