桥梁预应力孔道三种成孔材料应用分析

桥梁预应力孔道三种成孔材料应用分析

竹永奎

身份证号：413026198611128433

 摘要： 近些年桥梁建设中预应力相关技术获得了广泛的应用和研究，其中预应力孔道成孔方法也推广了三种成孔材料。包括抽拔橡胶棒、金属波纹管和塑料波纹管。由于没有相对全面的对比分析，很多单位在选择成孔材料时，多根据采购价格或者施工工艺来选择。这种方法选出的材料不能合理的匹配实际项目，容易引起成孔安全质量隐患。本文从适用范围、孔道预应力损失、剪切滑移强度、成本和施工工艺等方面对三种成型材料进行对比分析，为不同的桥梁建设推荐合理的预应力孔道成孔材料。

关键词：塑料波纹管、金属波纹管、抽拔橡胶棒、剪切滑移强度

随着我国基础建设的飞速发展, 各种简支梁、大跨度桥梁都获得广泛应用。为了满足梁体结构刚度要求，桥梁上部结构大量采用整孔后张法预应力混凝土简支箱梁。在后张法预应力混凝土箱梁施工中，预应力孔道不仅是后续张拉、压浆的工作场所，也是影响预应力的重要因素[1]。现在预应力孔道成孔材料常选择抽拔橡胶棒、金属波纹管和塑料波纹管。在实际施工中，选择何种成孔材料, 应从设计、技术和经济等方面综合考虑。有单位建议由塑料波纹管取代金属波纹管，因为塑料波纹管有更强的耐腐蚀性、韧性和密封性[2]。还有单位对金属波纹管灌浆后的锚固性能进行实验分析，分析了影响锚固性能的因素主要包括锚固长度、孔径比、螺旋筋数量等[3]。但是文中没有分析成孔材料对锚固性能的影响。预应力孔道还有一个质量因素，就是孔道摩阻。研究表面，孔道摩阻导致的钢绞线预应力损失最大能至40%以上，能明显削弱有效预应力的储备[4]。为了帮助不同的桥梁建设推荐合理的预应力孔道成孔材料，本文从适用范围、孔道摩擦系数、剪切滑移强度、成本和施工工艺等方面对三种成型材料进行应用分析，。

1成孔材料适用范围和成本分析

桥梁建设多采用预制箱梁和大跨连续梁桥、刚构桥。针对24m、29m、32m预制箱梁，三种成孔材料都可以适用。但是在大跨连续梁桥、刚构桥上，由于其预应力孔道长度长、孔道波形多，且为现浇和高空作业，抽拔橡胶棒已不能适应要求，无法成孔。因此大跨连续梁桥、刚构桥只能使用塑料波纹管或金属波纹管成孔。以内径90mm规格为例，现在市面上销售的塑料波纹管价格在10~11元/m，而金属波纹管在9~10元/m。抽拔橡胶棒可以重复使用，折算使用成本约3~5元/m。塑料波纹管和金属波纹管价格接近，抽拔橡胶棒的价格约波纹管的30%。

2 预应力损失对比

由于塑料波纹管、金属波纹管、抽拔橡胶棒成孔所引起的预应力损失是不一样的，所以实际张拉控制中对孔道摩阻数值要求很严格。以新建包银铁路1座1号双线特大桥为例，全桥需要110孔32m的梁、19孔24m的梁和1孔29m的伸缩梁。24m、29m、32m箱梁预应力孔道长度分别为355.4m、419m、459.5m，以φ90mm预应力孔道总长度57716.6m为例，按桥涵设计规范[5]中相关要求，对每片梁预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失经过计算。通过计算发现，在简支梁中，塑料波纹管成孔引起的预应力损失小于金属波纹管和抽拔橡胶棒成孔的预应力损失。塑料波纹管成孔引起的预应力损失比金属波纹管减少了16%，比抽拔橡胶棒成孔减小了22%。

3 三种成孔材料与混凝土、灌浆料之间的剪切滑移强度对比

为了检验三种材料对剪切滑移强渡的影响，选取三种不同成孔材料，选择相同内径和锚固长度，在相同使用条件下，进行实验比较。通过测试对比三种成孔材料对应的剪切滑移应力峰值及相应的滑移量。可以看出塑料波纹管与混凝土或灌浆料的剪切滑移应力低于金属波纹管与混凝土或灌浆料的剪切滑移应力，但比抽拔橡胶棒成孔的混凝土与灌浆料的剪切滑移应力大，这是由于制作金属波纹管的材料为软钢带，其与混凝土、灌浆料的化学胶结力明显高于以高密度聚乙烯或聚丙烯为主要材质的塑料波纹管。

4施工工艺

在实际施工中，预应力成孔质量影响后续的钢绞线耐久性。在小型预制梁中，多采用抽拔橡胶棒成孔。抽拔橡胶棒预埋到钢筋笼中，浇筑混凝土成型养护后，利用卷扬机将抽拔橡胶棒从梁体中拔出，留下的孔就是预应力孔道。这种施工工艺存在孔道直径偏差大，局部堵塞的问题。而且抽拔橡胶棒在张拉中容易出现断裂伤人。而金属波纹管直接预埋到钢筋笼中，然后浇筑混凝土和混凝土结合在一起。金属波纹管强度高，孔道的直径偏小，不易堵塞孔道。但是由于金属波纹管容易生锈。特别是酸雨的侵蚀，使得金属波纹管一般在施工3-5年后即开始发生锈蚀，从而失去对钢绞线的保护，容易引起钢绞线过早锈蚀。采用塑料波纹管也是直接预埋到钢筋笼中，然后浇筑混凝土和混凝土结合在一起。塑料波纹管采用聚丙烯，具备一定的强度，孔道直径偏差小。而且密封性好，耐酸、耐碱、耐腐蚀性强，能为钢绞线提供长期的防护。同时塑料波纹管不导电，能防止杂散电流对钢绞线的腐蚀，耐久性强。

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结论

通过实验分析和统计，塑料波纹管、金属波纹管和抽拔橡胶棒三种成孔材料对比结论如下。施工建设人员可以根据建设使用情况选择不同成孔材料。

1）预制简支梁、现浇简支梁、连续梁、刚构桥和复杂的桥梁均可采用塑料波纹管和金属波纹管成孔。但是抽拔橡胶棒只能应用于预制梁成孔。

2) 预制孔道摩阻系数和预应力损失：塑料波纹管<金属波纹管<抽拔橡胶棒。

3）与混凝土、灌浆料之间的剪切滑移强度：金属波纹管>塑料波纹管>抽拔橡胶棒。

4）成孔质量和耐久性：塑料波纹管>金属波纹管>抽拔橡胶棒。

5）材料成本：塑料波纹管>金属波纹管>抽拔橡胶棒。

参考文献

[1]  李陆平，王吉连，袁丹诚．后张法预应力混凝土箱梁预埋管与抽拔橡胶棒孔道成型工艺探讨[J].交通科技,2008,(02)：22-24.

[2]  申超．塑料波纹管在预应力混凝土箱梁施工过程中的应用及特性分析,2021,(19)：143-144.

[3]  付伟良．桥梁预应力混凝土用钢绞线松弛试验影响因素的研究[J].工程与试验, 2022, 62(02)：65-66.

[4]  林亨，陈少华，高华睿．预应力波纹管道摩阻系数概率统计模型,2018,(47)：1403-1407.

[5]  中交公路规划设计院．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范：JTG 3362—2018

[S].北京：人民交通出版社,2018.