某渡槽预应力施工工艺及常见问题处理方法

秦 岩

（山西省水利水电工程建设监理有限公司 山西太原 030002）

1 工程概况

某渡槽为大（1）型输水建筑物，渡槽槽身为相互独立的3槽预应力钢筋混凝土矩型槽结构，单跨30m，共9跨，槽身长度270m，单槽内孔尺寸（高×宽）6.4m×7.0m，工程等别为Ⅰ等，其主要建筑物为1级，次要建筑物为3级。该渡槽设计流量为220m3/s，加大流量为240m3/s，渡槽设计水深5.642m，加大水深6.052m，纵坡1/4200。由进出口渐变段、进出口检修闸段、进出口连接段以及槽身段等构造物组成。

本文简要介绍了该渡槽槽身后张法有粘结性预应力施工工艺及常见问题处理方法。其中有粘结性预应力施工工序分为预应力张拉、孔道灌浆两个步骤。

2 预应力张拉

2.1 施工材料及设备

本工程使用的是标准低松弛预应力钢绞线和预应力精轧螺纹钢筋。

渡槽槽身底板、墙身横向与纵向采用预应力钢绞线布置，预应力钢绞线采用Фs15.2mm，标准强度，弹性模量为Es=1.95×105mPa；一根钢绞线的最小破断力不小于259 kN，屈服负荷不小于220kN，伸长率不小于3.5%；1000h的松弛不大于2.5%。

渡槽槽身墙身竖向采用精轧螺纹钢布置，预应力精轧螺纹钢筋采用PSB 930MPa级Фps32螺纹钢筋，标准强度，屈服强度930MPa，弹性模量Es=2.0×105mPa，张拉控制应力为0.7fptk，相应张拉控制吨位608 kN，1000h的松弛率不大于3.0%。

2.2 锚具的选用

所有锚具和夹片应符合《预应力筋用锚具、夹片和连接器》（GB/T14370—2007）有关性能要求，同时满足设计文件要求。本工程锚具共有群锚、扁锚及螺纹钢筋锚具三种类型，群锚和扁锚均有锚板、锚垫板、夹片和螺旋筋组成，螺纹钢筋锚具由锚具（螺母）、垫片和螺旋筋组成。

2.3 波纹管的选用

主梁、次梁、墙身预应力孔道采用内径60mm、75mm、50mm三种圆形波纹管，底板纵向预应力孔道采用长轴72mm、短轴22mm扁波纹管。所有预应力束孔道均采用高密度聚乙烯（HDPE）波纹管成型，具体指标应符合《预应力砼桥梁用塑料波纹管》JT/T529—2004及设计文件的指标要求。

2.4 施工工艺流程

2.4.1 张拉前准备及张拉预紧

2.4.1.1 张拉前准备

①先检查锚具夹片安装的外露是否一致，有无异常情况。

②张拉千斤顶及油压表应配套校验。

③张拉前应清理承压面，并检查锚垫板后面及波纹管边缘的砼质量，合格后方可允许张拉。如有锚垫板表面与预应力束中心线不垂直情况必须加钢垫板调整垂直。

④张拉前工作锚必须进入锚垫板槽内，否则不允许张拉。

⑤张拉前核对油表及千斤顶编号是否对应，符合校检表，核对无误后方可进行张拉。

2.4.1.2 张拉预紧

预紧是指受拉钢绞线受到工作载荷之前，为了增强连接的可靠性和紧密性，以防止受到载荷后连接件间出现缝隙或者相对滑移而预先加的力。

预紧采用单根预紧，钢绞线两端同时同步逐根预紧，预紧张拉力为0.1。无异常后再安装限位板、千斤顶，工具锚正式进入张拉过程。

2.4.2 张拉程序

本工程预应力张拉采用应力主控制，应变辅助控制的双控措施。

①预应力钢绞线

第四步：一端卸压量取回缩值，另一端补压之后卸压量取回缩值。

钢束张拉时应力增加速率每分钟不应超过0.1σcon，卸载速率每分钟不超过 0.2σcon。

第五步：记录及整理数据。

②预应力精轧螺纹钢

张拉采用单端张拉，分为两次张拉：第一次为预张拉，即张拉至σcon持压5min之后卸压、回油，回油之后拧紧工具螺母；第二次张拉至σcon保持控制应力5min后量取伸长值，拧紧工作螺母，然后卸压量取回缩值，记录及整理数据。

2.4.3 孔道张拉顺序

对于两端张拉：两端同时张拉、分序跳束，张拉到应力值时一端先行锁定，另一端补拉后锁定；对于单端张拉：多束同时张拉、分序跳束，保证端面预应力均匀加载。每次张拉不少于2根钢束。

①先张拉边墙和中墙曲线钢束，之后张拉边墙、中墙底部40%直线和地板50%钢束。底板纵向预应力钢绞线张拉时从墙体向中间张拉。

②竖向精轧螺纹钢筋张拉从支点向跨中对称交替张拉。同一横梁横向钢绞线先张拉一束底部钢绞线，上下排对称于横梁中心线交替张拉。

③张拉边、中墙、底板剩余纵向钢绞线束，同一墙中，也遵循对称交替张拉的原则。

2.5 张拉时常见问题及处理方法

①锚具未能进入锚垫板槽内，锚垫板与预应力索轴线不垂直，造成钢绞线内力不一，当张拉到一定应力时，力的方向会调整，会使锚具突然滑动或者位移，使应力下降。

处理方法：张拉前若发现锚具未能进入锚垫板槽内，不允许张拉，应及时处理，先用手拉葫芦将锚具位置进行摆正，如若摆不正，将其退锚，重新清孔后在放入锚具，然后进行张拉。

②张拉控制应力达到设计要求，但预应力钢绞线伸长值与理论值偏差过大。

若实际伸长值比理论伸长值大（超过）6%以上，每根预应力钢绞线有无断丝及滑丝，如无上述情况，说明此孔道的摩阻系数与偏摆系数比设计取值小，设计控制应力为0.7fptk，而本工程采用的为0.75fptk，实际伸长值偏大属正常情况，所以在保证张拉力满足要求后不需要处理。（注：设计图纸要求钢绞线锚下张拉控制应力为0.70fptk，总张拉控制吨位根据锚具供货厂家提供的锚圈口损失系数进行推算，但实际总张拉控制应力不得超过0.75fptk；本工程所用OVM锚具厂家提供的的锚口损失为6%，计算时张拉控制应力调整为（ 0.7＋0.06）fptk=0.76 fptk，实际取值 0.75fptk。 ）

若实际伸长值比理论伸长值小，超过6%以上，说明此孔道摩阻或偏摆损失过大，导致伸长值不够。此时应适当的加大张拉力，但不能超过1.03σcon。

③当张拉控制应力接近σcon时出现单根滑丝现象

例如在本工程第四跨槽身纵向曲线段编号为L2YZ孔道张拉时出现上述情况，此孔道为12束钢绞线，在张拉力即将达到σcon时，有一根钢绞线突然出现滑丝现象。若此时退锚风险性很大，经综合考虑，采用如下处理方法：

经过计算，用11σcon/12将剩余的11根钢绞线张拉至100%控制应力，再用此千斤顶用σcon/12将剩余的一根钢绞线张拉至100%控制应力，只有此钢绞线装工具夹片，其余11根不装工具夹片，这样就保证了每一根钢绞线的控制应力达到要求。

④预应力锚头处混凝土出现较多蜂窝及不密实的情况，此情况在本工程七、八、九跨槽身张拉时均有出现。

锚垫板附近钢筋布置很密，浇筑混凝土时，振捣不密实，该处混凝土强度较低。若不采取措施继续张拉的话，有可能将锚垫板拉陷或者开裂，影响工程质量。本工程采用处理方法：将锚具卸下，经过应力计算，在原有锚垫板处加一层平面尺寸大、厚度大且符合应力要求的锚垫板，使承压面扩大，然后再进行张拉。

3 孔道灌浆

3.1 灌浆时间及灌浆材料

①预应力束全部张拉完毕后，切割锚具外的钢绞线并进行压浆准备工作，压浆工作应尽快进行，孔道应尽快灌浆。灌浆材料采用水、水泥、压浆剂、减水剂搅拌而成。

②水泥浆必须具有足够的流动度，水胶比0.28，水泥浆稠度宜控制在25～33s时，浆液比重控制在2.05～2.13g/cm3即可满足灌浆要求。

③水泥浆强度

水泥浆28天抗压强度不小于40MPa。

3.2 机械设备及检测指标仪器

搅拌机、压浆机、真空机、空压机、水泵、稠度仪、泥浆比重计。

3.3 灌浆前准备

检查各机械设备是否工作正常，做好灌浆前的准备工作。

3.4 浆液的搅拌

①搅拌水泥浆之前加水空转数分钟，将积水倒净，使搅拌机内壁充分湿润，按配合比加入原材料。

②搅拌时间应保证混合均匀，在灌浆过程中，水泥浆的搅拌应不间断，搅拌好的水泥浆要做到基本卸尽。

③严格按配合比用水量控制加水量。

3.5 灌浆过程

灌浆采用真空辅助灌浆工艺，采用一端压浆另一端抽真空的方法。

①抽真空，使孔内大气压保持-0.08～-0.1MPa；管道压浆的压力0.5～0.6MPa；

②启动压浆机，开始灌浆，通过压浆机，将浆液通过锚垫板上的进浆孔压入波纹管一段时间后，出浆口开始冒稀浆，随后出浆孔冒浓浆，出浆比重不小于进浆比重，此时，用木楔立即封堵出浆孔，仍继续压浆，保持压力0.5～0.6MPa，持压5min后可停止灌浆，拔出灌浆管，然后接到另一组孔道，按以上步骤重新开始灌注另一组孔道。

③竖向精轧螺纹钢预应力孔道灌浆时，压浆机将浆液压入进浆管，过一段时间后出浆口冒浓浆，出浆比重不小于进浆比重时，将出浆管绑扎，待螺母冒浆时再加压稳压，稳压时间5min，再折住进浆管将其绑扎，拔出灌浆管，然后接另一组孔道，按以上步骤重新灌另一组孔道。

3.6 清洗

灌浆完成后，清洗输浆管、压浆机、搅拌机、球阀以及其他粘有水泥浆的工具。

3.7 灌浆过程中所出现的堵孔问题及处理方法

堵孔是本工程灌浆出现的比较普遍的问题，尤其是竖向精轧螺纹钢较为严重。就本工程而言，堵孔问题主要有以下几种情况：

①进浆管堵塞，出浆管不堵塞

进浆管堵塞包括进浆管打折、进浆管与波纹管连接处漏浆造成的进浆口堵塞。产生的原因主要有两点：一是混凝土浇筑前施工时受到挤压、碰伤，致使注浆管打折而未被发现；二是注浆管与波纹管连接处密封不严密，致使混凝土浇筑时浆液进入波纹管而堵塞进浆口。

处理方法：每一跨底板浇筑完成后采取一道排查、补救措施，底板浇筑完成后，使用空压机往进浆口压空气，如出浆管无空气冒出，则将施工缝以上的波纹管切开一个小口，重新引上去一根进浆管，进浆管尽可能的往下插，在墙身标记每根波纹管的位置，以便墙身浇筑后仍能正确的找到每根波纹管的位置。如立墙浇筑完成后，除了引上去的进浆管，还有一些底板上的进浆管仍然用空压机压不通，对于这些孔道：首先找到此波纹管的位置，在墙身开孔，开孔位置在八字模以上施工缝附近；然后用一根细管插入开孔的波纹管，尽量向下插，用真空泵抽出里面积水；之后再用压浆机将浆液通过细管注入波纹管内，待开孔处流出浓浆时停止灌浆；最后用砂浆将开孔处封住，埋一根注浆管，待砂浆凝固后从此管注浆，出浆管冒出浓浆，打折出浆管并绑扎，待螺母冒浆之后持压5min，再打折进浆管并绑扎至此孔道处理完毕。

②浆管堵塞，进浆管不堵塞

出浆管堵塞的原因主要是：浇筑立墙时，混凝土工人无意将出浆管碰掉，或者出浆管有缝隙，浆液流入，堵塞出浆管。用空压机往底板上的进浆口压空气，如顶板上螺母冒气而出浆孔不冒气，即可确定为出浆管堵塞。

处理方法：首先在精轧螺纹钢顶端锚垫板下方打孔，直到打穿波纹管为止；然后用空压机往进浆管吹气，若此孔有气冒出，则证明此波纹管已经通畅，可以灌浆；最后用压浆机将浆液通过进浆管打入波纹管内，直到此孔冒出浓浆，用木楔楔住，待螺母冒浆之后持压5min，再打折进浆管并绑扎至此孔道处理完毕。

③浆口堵塞，出浆口也堵塞

这种情况是以上两个原因皆有。对于这些孔道：第一步，首先找到波纹管的位置，在墙身开孔，开孔位置在墙身与底板混凝土施工缝附近；然后用一根细管插入开孔的波纹管，尽量向下插，用真空泵抽出里面积水；之后再用压浆机将浆液通过细管注入波纹管内，待开孔处流出浓浆时停止灌浆；最后用砂浆将开孔处封住，埋一根注浆管。第二步，首先在精轧螺纹钢顶端锚垫板下方打孔，直到打穿波纹管为止；然后用空压机往注浆管吹气，若此孔有气冒出，则证明此波纹管已经通畅，可以灌浆；最后用压浆机将浆液通过进浆管压入波纹管内，直到此孔冒出浓浆，用木楔楔住，待螺母冒浆之后持压5min，再打折进浆管并绑扎至此孔道处理完毕。

④进浆管不堵塞，出浆管不堵塞，孔道中间堵塞

这种情况比较少见，引起的主要原因是：竖向钢筋施工时受挤压、碰伤使波纹管破损，浇筑墙身混凝土时，少量混凝土进入波纹管内造成堵塞。

处理方法：在墙身八字模以上施工缝以下找到此孔的位置打孔，用空压机往注浆管吹，若通，将此孔以下的部分灌满；继续往上一米打孔，若此一米仍通，则把此一米灌满；直到有一米不通，堵孔的部位就在这一米当中，在这一段下部，以分米为单位逐步地往上打孔，直到找到堵孔位置。把此堵孔位置作为分界点，分为两段，上下都灌满，即该孔道处理完毕。

4 结语

本渡槽预应力工序经过锚索测力计及锚杆测力计的跟踪检测，所有锚索及锚杆应力值均满足设计要求；经过取芯及试块检测，检测结果均合格，孔道灌浆满足设计要求。文中所介绍的后张法有粘结预应力施工工艺及出现常见问题的处理方法，可作为日后类似工程的参考。