大跨度公共建筑预应力梁灌浆施工质量提升措施分析

张伟

（中铁建工集团北方工程有限公司，天津 300451）

0 引言

自改革开放以来，我国基础建设蓬勃发展，国内公共建筑的结构跨度呈逐年加大的趋势，而预应力混凝土凭借其节材、抗裂、耐疲劳的优点大量应用于公共建筑，尤其是大跨度结构[1]。预应力后张法施工中，若孔道压浆不实，将直接影响影响建筑结构稳定性与可靠性。本文以吴城国际候鸟保护中心项目为例，通过对预应力后张法孔道压浆不密实这一质量问题进行系统原因分析，有针对性地探究提高孔道压浆密实度的实用措施，提升大跨度预应力梁后张孔道灌浆质量。

1 工程概况

吴城国际候鸟保护中心项目（图1），地上二层，地下一层，主体建筑高度为18.90m。地上面积18488.97m2，地下面积4261.945m2。主体结构采用框架结构，基础采用桩承台筏板基础。本工程预应力框架梁分布在二层梁和屋面梁处，为有粘结预应力体系，采用后张法施工，预应力筋公称直径15.2mm，低松弛预应力钢绞线极限抗拉强度标准值为1860MPa。张拉端和固定端锚具分别为QM15/OVM-M（15系列）、1860MPa级系列夹片式锚具和挤压锚，或规格和性能相同的类似锚具。预应力混凝土强度等级为C40。

图1 吴城国际候鸟保护中心

2 预应力梁灌浆施工要点及主要质量问题原因分析

2.1 预应力灌浆施工要点

（1）张拉后应及时检查张拉记录及锚固情况，经认可后再准备灌浆。

（2）灌浆前对锚具夹片孔隙和其他可能漏浆处采用高标号水泥胶浆或结构胶等封堵，待封堵料达到一定的强度后方可灌浆。

（3）灌浆前应全面检查预应力构件孔道及进浆孔，检查排气、排水孔是否畅通[2]。

（4）检查灌浆设备、管道及阀门的可靠性，检查压浆泵压力表是否完好。

（5）水泥浆体进入压浆泵前必须经过不大于5mm筛孔筛网过滤。

（6）在正常情况下，制浆、灌浆设备连续灌浆能力应使构件中最长的预应力孔道的灌浆时间不超过20min[2]。

（7）灌浆结束后，应仔细清洗浆拌浆机压浆泵、管道及阀门，压力表隔膜盒，以备下次使用。

2.2 一般制浆要点

（1）孔道灌浆使用的水泥应采用42.5级以上普通硅酸盐水泥配制的水泥浆。

（2）水泥浆水灰比不宜超过0.45，为改善水泥浆得性能，可掺入适量减水剂（氯离子含量必须符合预应力施工规范要求）。

（3）水泥浆应保证有足够的流动性，水泥浆流动度宜根据气温条件控制在14～20s，并应在40min内流动度无大变化。

（4）灌浆前应检查水泥浆的黏稠度，发现流动性较差时应停止灌浆并汇报给施工技术人员。

（5）水泥浆自拌和均匀至灌入孔道间隔时间不宜大于20min，以防止灌浆前浆体沉淀离析，否则将进行二次搅拌或掺入适量缓凝剂（氯离子含量必须符合预应力施工规范要求）。

2.3 主要质量问题

针对本工程预应力梁灌浆存在的质量问题，组织对全部预应力梁灌浆浆质量情况进行统一的检查，包括扫描和切断面检查等。现场检查显示质量病害包括：孔道灌浆不饱满；锚具缝隙未封堵；排气孔、进浆孔不通畅；灌浆前预应力筋松弛。采用孔道压浆质量检测仪对预应力梁孔道压浆施工质量进行检测，运用散射追踪法对全线完成的灌浆质量进行系统检查，检查结果如表1所示。其中，孔道灌浆不饱满累计频率为75%以上，是影响整体预应力灌浆质量的症结问题。

表1 质量检查

2.4 原因分析

针对本工程预应力梁管道灌浆质量问题，主要从人、机、料、法、环等方面逐层分析，排除掉浆料收缩过大、稳压时间不足、操作班组人员注浆工艺不熟、相关班组偷工减料、夹具、张拉设备未进行校检、波纹管管道铺设不规范等因素，确定浆液流动度小、泌水和压浆压力不足为孔道压浆不实的主要因素。

（1）浆液流动性、泌水情况调查：通过浆料流动性检查，发现浆液流动度仅为6s，浆液拌合好后放置试模中，经过3h后泌水1mm，检查记录如表2所示。

表2 浆料性能检查记录

由于整个压浆过程要求一次完成，中途不得停止，持续时间一般为30～40min，所以孔道压浆对浆液流动性，提出很高的要求，流动度太低，易导致孔道压浆不实。浆液在拌制完成后，几个小时内会发生泌水现象，若泌出的水没有完全被水泥水化吸收，将导致水在孔道中挥发从而产生气孔，影响压浆密实性。

（2）压浆压力情况调查：通过压浆时对压浆压力检查，发现压浆压力平均值在0.3～0.4MPa之间，基本上都达不到0.5MPa，压力检查记录如表3所示。从压力检查记录可以看出，压浆压力平均值只有0.3～0.4MPa，直接导致压浆的密实度较低。

表3 压浆仪压力检查记录

3 预应力梁灌浆施工质量提升措施

本次吴城国际候鸟保护中心项目检查中发现预应力工程孔道灌浆不饱满问题突出，为保证工程结构安全、实现质量提升，通过现场调查分析确定质量问题产生要因为浆液流动度小、泌水和压浆压力不足，并提出有针对性的处理对策。

3.1 选择成品专用灌浆材料

通过预拌商品压浆料与普通浆料拌制方法进行对比，试验发现采用预拌商品压浆料具有诸多优势。首先它解决了浆料中外加剂兼容性不良、水泥与减水剂适应性差的问题，其次施工便捷、便于控制质量[3]。

目前市场上预拌商品压浆料主要有以下优势。

（1）其强度高，流动性能好。

（2）可以做到不泌水、不分层。

（3）属于无机灌浆材料，因此耐久性好、不老化，耐久坚固。

（4）拥有微膨胀、早强等作用。

（5）其充盈性能高，可以实现孔道浆体密实，不存在孔隙。

（6）不锈蚀预应力钢筋，且与混凝土间粘结牢固。

（7）使用方便，现场加水搅拌均匀即可使用。

拌制预应力管道压浆料建议加水量为（27±1%），先加实际拌合水的80%～90%到搅拌机中，然后开始搅拌，压浆料全部均匀加入其中，边加入边慢速搅拌左右，然后快速搅拌1min，最后加入剩下的10%～20%水，继续搅拌1min即可。预应力管道压浆料、水称量准确，并严格按确定的水灰比加水，不得随意调整加水量[4]。

通过使用成品专用灌浆料进行压浆，对成品灌浆料各项性能进行检测，结果显示灌浆料流动度为13.5s，3h泌水性为0，均符合施工需求，达到措施目标，各项检测指标如表4所示。

表4 各项检测指标

3.2 采用真空辅助压浆，增大孔道内大气压强

（1）开始压浆前，首先压浆泵先行打开，使压浆嘴排出少许浆液，以排除管路中的空气、水和稀浆。在浆液压入梁体孔道开始前，还需排出的浆液流动度和搅拌罐中的浆液一致时方可施工。

（2）采用真空辅助压浆，压浆时，在压浆端先全部关闭压浆阀、排气阀。将在排浆端的真空泵打开，控制孔道内真空度为-0.08～0.06MPa，过程中保持真空度稳定，真空度稳定后再将压浆泵打开，开始灌浆作业。整个压浆过程，应保证真空泵作业连续，直到真空端开始有浆液流过，方可将通往真空泵的阀门关闭，同时将排浆端的上方排浆阀门打开，在流出少量浆液后再将其关上。之后按一般做法继续完成压浆施工。

（3）当孔道为水平或曲线，压浆压力值0.5～0.7MPa为宜。当孔道长度超长时，最大压浆压力不超过1MPa为宜，当孔道的另一端饱满时，且从排气孔排出的浆液与规定的浆液流动度相同时，可初步判定此时压浆充盈。在出浆口关后，压浆压力维持不小于0.5MPa，稳压期3～5min为宜。

（4）压浆时，梁中孔道上下分层设置，先下层压浆，然后上层再进行压浆。应保证整个压浆过程均匀缓慢进行，不可中途停止，并在压浆时，依次打开和关闭所有最高点的排气孔，以确保孔道内排气顺畅。

（5）压浆料从搅拌到孔道的时间，应根据施工当时气温决定，通常控制在30～45min。在压注前和压灌过程中，压浆料需不停搅拌[5]。压灌时，浆体的温度控制在5～30℃为宜，如达不到条件，须采取相应的措施，使其温度符合相关条件。若注浆料因未及时压注，导致流动度降低，此时不可为提高流动度而额外添加水，该注浆料必须废弃。

4 实施效果

4.1 质量提升效果

上述质量提升措施实施后，对预应力梁灌浆施工一次验收合格率进行检查，累积抽查了1600个点，出现问题点数144个，一次验收合格率提高到了91%，具体如表5所示，通过一些列的有效措施的实施以及加强对关键工序关键材料的管理和控制问题发生的频次明显减少，虽然还存在不合格的问题情况，但已经达到规范要求。

表5 质量检查

4.2 效益分析

通过提高预应力梁灌浆一次施工合格率，完成了预应力工程85t，提高了工作效率，极大的减少了后期维修，节省了人工费。根据江西当地专业修补人员修补人工单价350元计算，修补62道预应力梁，共计需要6个工人修补7个工作日，整体可以节约费用约38300元。

5 结语

大跨度预应力梁后张法施工中，通过采用成品专用灌浆材料，控制搅拌时间及温度，调控添加水量，保证浆液流动性，降低浆液泌水；通过采用真空辅助压浆，控制孔道内真空度，增大孔道内大气压强，同时控制压浆时间及压力，有效提高孔道密实度。经实践检验，综合以上措施，预防了预应力后张法孔道压浆密不实这一质量问题的发生，极大提升了大跨度公共建筑预应力梁灌浆施工质量，压浆质量满足设计规范要求，并获得显著的社会、经济效益。