预应力孔道灌浆有几种方法

1.预留孔道

(1)预应力筋孔道布置.预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种.孔道的直径与布置主要根据预应力混凝土构件或结构的受力性能,并参考预应力筋张拉锚固体系的特点与尺寸确定。

1)孔道直径.对粗钢筋,孔道的直径应比预应力筋的直径、钢筋对焊接头处的外径、需穿过孔道的锚具或连接器的外径大10~15mm.对钢丝或钢绞线,孔道的直径应比预应力束的外径或锚具的外径大5~10mm,且孔道的面积应大于预应力筋面积的两倍。

2)孔道布置.预应力筋孔道之间的净距不应小于50mm,孔道至构件边缘的净距不应小于40mm,凡需起拱的构件,预留孔道宜随构件同时起拱。

(2)孔道成型方法.预应力筋的孔道可采用钢管抽芯、胶管抽芯和预埋管等方法成型.对孔道成型的基本要求是:孔道的尺寸与位置应正确,孔道应平顺,接头应不漏浆,端部预埋钢板应垂直于孔道中心线等.孔道成型的质量对孔道摩阻损失的影响较大,应严格把关。

1)钢管抽芯法.钢管抽芯用于直线孔道.钢管表面必须圆滑,预埋前应除锈、刷油,如用弯曲的钢管,转动时会沿孔道方向产生裂缝,甚至塌陷.钢管在构件中用钢筋井字架固定位置,如图5-25所示,井字架每隔1.0~1.5m设置一个,并与钢筋骨架扎牢.两根钢管接头处可用0.5mm厚的薄钢板做成的套管连接,如图5-26所示,套管内表面要与钢管外表面紧密贴合,以防漏浆堵塞孔道.钢管一端钻6mm的小孔,以便插入钢筋棒,转动钢管.抽管前每隔10~15min应转管一次.如发现表面混凝土产生裂纹,应用铁抹子压实抹平。

图5-25 固定钢管或胶管位置用的井字架

(a)单孔井字架;(b)双孔井字架

图5-26 薄钢板套管

1—钢管;2—镀锌薄钢板套管;3—硬木塞

抽管时间与水泥的品种、气温和养护条件有关.抽管宜在混凝土初凝之后、终凝之前进行,以用手指按压混凝土表面不显指纹时为宜.抽管过早,会造成坍孔事故;抽管太晚,混凝土与钢管粘结牢固,抽管困难,甚至抽不出来.常温下抽管时间在混凝土灌注后3~5h.抽管顺序宜先上后下.抽管时可人工或用卷扬机.抽管时必须速度均匀、边抽边转,并与孔道保持在一条直线上.抽管后,应及时检查孔道情况,并做好孔道清理工作,防止以后穿筋困难。

采用钢丝束镦头锚具时,张拉端的扩大孔也可用钢管抽芯成型,如图5-27所示.留孔时应注意,端部扩大孔应与中间孔道同心.抽管时先抽中间钢管,后抽扩孔钢管,以免碰坏扩孔部分并应保持孔道清洁和尺寸准确。

图5-27 张拉端扩大孔用钢管抽芯成型

1—预埋钢板;2—端部扩大孔的钢管;3—中间孔的钢管

2)胶管抽芯法.胶管抽芯法留孔用胶管可采用5~7层帆布夹层、壁厚6~7mm的普通橡皮管,可用于直线、曲线或折线孔道.使用前,把胶管一头密封,勿使漏水、漏气.密封的方法是将腔管一端外表面削去1~3层胶皮及帆布,然后将外表面带有粗螺扣的钢管(钢管一端用铁板密封焊牢)插入胶管端头孔内,再用20号钢丝在胶管外表面密缠牢固.钢丝头用锡焊牢,胶管另一端接上阀门,其接法与密封基本相同,如图5-28所示。

图5-28 胶管封端与连接

(a)胶管封端;(b)胶管与阀门连接

1—胶管;2—钢管堵头;3—20号钢丝密缠;4—阀门

短构件留孔,可用一根胶管对弯后穿入两个平行孔道.长构件留孔,必要时可将两根胶管用薄钢板套管接长使用,套管长度以400~500mm为宜,内径应比胶管外径大2~3mm.固定胶管位置用的钢筋井字架,一般每隔600mm放置一个,并与钢筋骨架扎牢.然后,充水(或充气)加压到0.5~0.8N/mm2,此时胶皮管直径可增大约3mm.浇捣混凝土时,振动棒不要碰胶管,并应经常检查水压表的压力是否正常,如有变化必须补压。

抽管前,先放水降压,待胶管断面缩小至与混凝土自行脱离时即可抽管.抽管时间比抽钢管略迟.抽管顺序一般为先上后下,先曲后直。

在没有充气或充水设备的单位或地区,也可在胶皮管内满塞细钢筋,能收到同样效果。

3)预埋管法.预埋管法可采用薄钢管、镀锌钢管与金属螺旋管(波纹管)和塑料波纹管等。

金属螺旋管具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接容易、与混凝土粘结良好等优点,可做成各种形状的预应力筋孔道,是现代后张预应力筋孔道成型用的理想材料.镀锌钢管仅用于施工周期长的超高竖向孔道或有特殊要求的部位。

2.预应力筋张拉方式

根据预应力混凝土结构特点、预应力筋形状与长度以及施工方法的不同,预应力筋的张拉方式有以下几种:

(1)一端张拉.张拉设备放置在预应力筋一端的张拉方式.适用于长度小于35m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf≥L/2(L为预应力筋长度)的曲线预应力筋。

(2)两端张拉.张拉设备放置在预应力筋两端的张拉方式.适用于长度大于35m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf＜L/2的曲线预应力筋.当张拉设备不足或由于张拉顺序安排的关系,也可先在一端张拉完成后,再移至另一端张拉,补足张拉力后锚固。

(3)分批张拉.对配有多束预应力筋的构件或结构分批进行张拉的方式.由于后批预应力筋张拉所产生的混凝土弹性压缩对先批张拉的预应力筋造成预应力的损失,所以,先批张拉的预应力筋张拉力应加上该弹性压缩损失值或将弹性压缩损失平均值统一增加到每根预应力筋的张拉力内。

(4)分段张拉.在多跨连续梁板分段施工时,通长的预应力筋需要采用逐段进行张拉的方式.对大跨度多跨连续梁,在第一段混凝土浇筑与预应力筋张拉锚固后,第二段预应力筋利用锚头连接器接长,以形成通长的预应力筋。

(5)分阶段张拉.在后张传力梁等结构中,为了平衡各阶段的荷载,采取分阶段逐步施加预应力的方式.所加荷载不仅是外荷载(如楼层重量),也包括由内部体积变化(如弹性压缩、收缩与徐变)产生的荷载.梁在跨中处下部与上部应力应控制在允许范围内.这种张拉方式具有应力、挠度与反拱容易控制以及节省材料等优点。

(6)补偿张拉.在早期预应力损失基本完成后,再进行张拉的方式.采用这种补偿张拉,可克服弹性压缩损失,减少钢材应力松弛损失、混凝土收缩徐变损失等,以达到预期的预应力效果.此法在水利工程与岩土锚杆中应用较多。

3.预应力筋张拉顺序

预应力筋的张拉顺序,应使混凝土不产生超应力、构件不扭转与侧弯、结构不变位,因此,对称张拉是一项重要原则.同时,还应考虑到尽量减少张拉设备的移动次数.图5-29所示是预应力混凝土屋架下弦杆钢丝束的张拉顺序.钢丝束的长度不大于30m,采用一端张拉方式.图5-29(a)所示预应力筋为两束,用两台千斤顶分别设置在构件两端对称张拉,一次完成.图5-29(b)所示预应力筋为四束,需要分两批张拉,用两台千斤顶分别张拉对角线上的两束,然后张拉另两束.由于分批张拉引起的预应力损失,统一增加到张拉力内。

如图5-30所示的是双跨预应力混凝土框架梁钢绞线束的张拉顺序.钢绞线束为双跨曲线筋,长度达40m,采用两端张拉方式.图中四束钢绞线分为两批张拉,两台千斤顶分别设置在梁的两端,按左右对称各张拉一束,待两批四束均进行一端张拉后,再分批在另一端补张拉.这种张拉顺序,还可减少先批张拉预应力筋的弹性压缩损失。

图5-29 屋架下弦杆预应力筋张拉顺序

(a)两束;(b)四束

1、2—预应力筋分批张拉顺序

图5-30 框架梁预应力筋的张拉顺序

4.平卧重叠构件张拉

后张法预应力混凝土屋架等构件一般在施工现场平卧重叠制作,重叠层数为3~4层,其张拉顺序宜先上后下逐层进行.为了减少上、下层之间因摩擦引起的预应力损失,可逐层加大张拉力.根据有关单位试验研究与大量工程实践得出,不同预应力筋与不同隔离层的平卧重叠构件逐层增加的张拉力百分数,见表5-3。

表5-3 平卧重叠浇筑构件逐层增加的张拉力百分数

高强度钢丝束与HRB335级冷拉钢筋由于张拉控制应力不同,在相同隔离层的条件下,所需的超张拉力不同.HRB335级冷拉钢筋的张拉控制应力较低,其所需的超张拉力百分数比高强度钢丝束大。

5.张拉操作程序

预应力筋的张拉操作程序主要根据构件类型、张拉锚固体系、松弛损失取值等因素确定.具体分为以下三种情况。

(1)设计时松弛损失按一次张拉程序取值:

0→σcon锚固

(2)设计时松弛损失按超张拉程序取值:

0→1.05σconcon锚固

(3)设计时松弛损失按超张拉程序取值,但采用锥销锚具或夹片锚具:

0→1.03σcon锚固

以上各种张拉操作程序,均可分级加载.对于曲线束,一般以0.2σcon为起点,分两级加载(0.6σcon、1.0σcon)或四级加载(0.4σcon、0.6σcon、0.8σcon和1.0σcon),每级加载均要进行伸长值的测量。

6.张拉伸长值的校核

预应力筋张拉时,通过伸长值的校核,可以综合反映张拉力是否足够、孔道摩阻损失是否偏大以及预应力筋是否有异常现象等.因此,对张拉伸长值的校核,要引起重视。

预应力筋张拉伸长值的量测应在建立初应力之后进行.其实测伸长值ΔL应为

式中 ΔL1——从初应力至最大张拉力之间的实测伸长值;

ΔL2——初应力以下的推算伸长值;

A——张拉过程中锚具楔紧引起的预应力筋内缩值,包括工具锚、远端工作锚、远端补张拉工具锚等回缩值;

B——千斤顶体内预应力筋的张拉伸长值;

C——施加预应力时,后张法混凝土构件的弹性压缩值(其值微小时可略去不计)。

关于推算伸长值,初应力以下的推算伸长值ΔL2,可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系用计算法或图解法确定。

采用图解法时,如图5-31所示,以伸长值为横坐标,张拉力为纵坐标,将各级张拉力的实测伸长值标在图上,绘成张拉力与伸长值关系线CAB,然后延长此线与横坐标交于O′点,则OO′段即为推算伸长值。

图5-31 预应力筋实际张拉伸长值图解

此外,在锚固时应检查张拉端预应力筋的内缩值,以免由于锚固引起的预应力损失超过设计值,如实测的预应力筋内缩量大于规定值,则应改善操作工艺,更换限位板或采取超张拉的方法弥补。

7.孔道灌浆

预应力筋张拉后,孔道应及时灌浆.其目的是防止预应力筋锈蚀,增加结构的耐久性;同时,也使预应力筋与混凝土构件粘结成整体,提高结构的抗裂性和承载能力.此外,试验研究表明,在预应力筋张拉后立即灌浆,可减少预应力松弛损失20％~30％.因此,对孔道灌浆的质量必须重视。

(1)灌浆材料.灌浆所用的水泥浆,既应有足够的强度和粘结力,也应有较大的流动性和较小的干缩性及泌水性,故配制灌浆用水泥浆应采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥;水胶比宜为0.45左右;流动度为120~170mm;搅拌后3h泌水率宜控制在2％,最大不得超过3％;当需要增加孔道灌浆的密实性时,水泥浆中可掺入对预应力筋无腐蚀作用的外加剂(如掺入占水泥质量0.25％的木质素磺酸钙、0.25％的FDN、0.5％的NNO,一般可减水10％~15％,泌水小、收缩微、早期强度高;水平孔道灌浆时,掺入适量铝粉,可使水泥浆获得2％~3％的膨胀率,提高孔道灌浆饱满度,同时也能满足强度要求);对空隙大的孔道,可采用砂浆灌浆.水泥及砂浆强度均不应小于20N/mm2.当采用矿渣硅酸盐水泥时,应按上述要求检验合格方可使用。

(2)灌浆施工.灌浆顺序应先下后上,以免上层孔道漏浆把下层孔道堵塞;直线孔道灌浆时,应从构件的一端到另一端;在曲线孔道中灌浆时,应从孔道最低处开始向两端进行.用连接器连接的多跨连续预应力筋的孔道灌浆,应张拉完一跨随即灌注一跨,不得在各跨全部张拉完毕后,一次性连续灌浆。

搅拌好的水泥浆必须经筛孔尺寸不大于1.2mm×1.2mm的筛网过滤,置于储浆桶内,并不断搅拌,以防泌水沉淀。

灌浆工作应缓慢均匀地进行,不得中断,并应排气通顺;在孔道两端冒出浓浆并封闭排气孔后,宜再继续加压至0.5~0.6N/mm2,稍后再封闭灌浆孔。

不掺外加剂的水泥浆,可采用二次灌浆法.二次灌浆时间要掌握恰当,一般在水泥浆泌水基本完成、初凝尚未开始时进行(夏季为30~45min,冬季为1~2h)。

预应力混凝土的孔道灌浆,应在常温下进行.在低温灌浆前,宜通入50℃的温水,洗净孔道并提高孔道周边的温度(应在5℃以上);灌浆时水泥的温度宜为10℃~25℃;水泥浆的温度在灌浆后至少有5d保持在5℃以上,且应养护到强度不小于15N/mm2.此外,在水泥浆中加入适量的引气剂、减水剂、甲基酒精,以及采取二次灌浆工艺,都有助于免除冻害。