大循環(huán)智能壓漿工藝在后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿中的應(yīng)用研究

梁曉東，劉德坤，徐有為

（湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司,湖南長沙 410011）

0 前言

1985年2月1日，英國威爾士的Ynys-Gwas橋在正常使用階段、在沒有受到任何外在沖擊、在毫無征兆的情況下突然倒塌，此橋運(yùn)營32 a，并未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。英國交通運(yùn)輸部門對(duì)此橋進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此橋大部分預(yù)應(yīng)力鋼絞線銹蝕、預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)出現(xiàn)大面積空洞，管道壓漿不密實(shí)是導(dǎo)致該橋倒塌的主因。英國交通運(yùn)輸部門曾規(guī)定在未解決后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量之前，英國不得使用后張法。在國內(nèi)，設(shè)計(jì)使用壽命50 a、竣工驗(yàn)收時(shí)“工程質(zhì)量等級(jí)優(yōu)良”的某大橋，僅運(yùn)行10 a便成為“危橋”，大橋在2005年拆除。拆除此橋時(shí)發(fā)現(xiàn)部分預(yù)應(yīng)力管道未見壓漿，預(yù)應(yīng)力鋼束有斷絲、滑絲現(xiàn)象，部分鋼筋銹蝕嚴(yán)重。

為解決后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量問題，先前采用了真空輔助壓漿方法，以及壓漿質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀等，但是都不能從根本上解決預(yù)應(yīng)力管道的壓漿質(zhì)量問題。本文介紹一種新的壓漿工藝和智能壓漿系統(tǒng)，其能夠保證管道內(nèi)漿液完全充盈，能夠?qū)簼{過程漿液水膠比、壓漿壓力、漿液流量“三大指標(biāo)”進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控，進(jìn)行有效的質(zhì)量監(jiān)管和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 預(yù)應(yīng)力管道壓漿作用與傳統(tǒng)壓漿的弊端

1.1 管道壓漿的作用

預(yù)應(yīng)力管道壓漿的作用一是保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋免遭銹蝕，保證結(jié)構(gòu)物的耐久性。由于預(yù)應(yīng)力筋在高應(yīng)力狀態(tài)下更容易銹蝕，約是非持力狀態(tài)下的6倍，尤其是以鋼絲組成的鋼絲束、鋼絞線等，如不及時(shí)采取防銹措施，一旦出現(xiàn)銹蝕，由于“壞蛆效應(yīng)”的存在，鋼絞線很快就會(huì)因銹蝕而減少斷面面積甚至斷裂；二是使預(yù)應(yīng)力筋通過灰漿與周圍混凝土結(jié)成整體，增加錨固的可靠性，提高結(jié)構(gòu)的抗裂性和承載能力。灌入孔道的水泥漿，既包裹預(yù)應(yīng)力筋，又接觸孔道壁，硬化后類似膠黏劑，把預(yù)應(yīng)力筋和孔道壁粘結(jié)起來，共同作用；三是保證預(yù)應(yīng)力在梁體內(nèi)的有效傳遞，防止工作錨具的疲勞損壞。

1.2 傳統(tǒng)壓漿的弊端

在傳統(tǒng)壓漿方法中存在以下弊端：一是材料質(zhì)量及用量控制不嚴(yán)，壓漿材料要求低水膠比、高流動(dòng)度、零泌水率，壓漿過程中現(xiàn)場(chǎng)工人為增加漿液的流動(dòng)性往往采取加水的方式，使得水膠比過大，導(dǎo)致泌水率過大，在孔道內(nèi)形成鋼絞線銹蝕的環(huán)境；二是壓漿設(shè)備落后，原有制漿機(jī)的葉片線速度過小無法拌制出低水膠比、高流動(dòng)度的漿體，同時(shí)灌漿泵的壓力不穩(wěn)定，漿液在孔道內(nèi)易產(chǎn)生氣塞，最終形成氣室；三是封錨方法不合理，傳統(tǒng)的封錨技術(shù)采用水泥砂漿封錨，其不能保證孔道在壓漿時(shí)的密閉性，致使預(yù)應(yīng)力管道在建立真空度和壓漿穩(wěn)壓階段不能承受一定的壓力，這是導(dǎo)致真空輔助壓漿方法難以達(dá)到其效果的原因之一；四是組織管理不嚴(yán)，對(duì)灌漿不密實(shí)的危害性認(rèn)識(shí)不足，沒有對(duì)壓漿過程進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，人為影響因素較大，數(shù)據(jù)缺乏真實(shí)性。

2 大循環(huán)智能壓漿工藝設(shè)計(jì)方案

2.1 大循環(huán)智能壓漿工藝設(shè)計(jì)思路

由于傳統(tǒng)壓漿方法不能保證后張預(yù)應(yīng)力管道的壓漿質(zhì)量，其主要弊端是不能將管道內(nèi)的空氣完全排出，在管道內(nèi)存在氣室或空氣倉，再加上漿液泌出的自由水，便形成了鋼絞線銹蝕的環(huán)境；真空輔助壓漿，理論上是能夠?qū)⒐艿纼?nèi)的空氣排出的，但由于封錨效果不佳，會(huì)出現(xiàn)“漏氣”，直接導(dǎo)致無法建立真空度，從而無法從根本上解決問題。同時(shí)，對(duì)壓漿工序的監(jiān)管不力，管道壓漿是隱蔽工程，沒有準(zhǔn)確的檢測(cè)手段，當(dāng)體積比達(dá)到90%以后常規(guī)檢測(cè)手段則無法準(zhǔn)確識(shí)別。

大循環(huán)智能壓漿的設(shè)計(jì)思路：循環(huán)壓漿，壓力控制，有效監(jiān)管，保證密實(shí)。

循環(huán)壓漿：讓漿液在后張預(yù)應(yīng)力管道中持續(xù)循環(huán)，借助“連通管”的作用將管道內(nèi)的空氣完全排出，保證管道內(nèi)所填充的漿液內(nèi)沒有氣室或者空氣倉。

壓力控制：采用新型專用封錨工具進(jìn)行封錨，保證整個(gè)回路系統(tǒng)不漏氣，在進(jìn)行持壓時(shí)不泄壓，只要持壓時(shí)間和壓力大小足夠，就能保證漿液充滿孔道且被壓密實(shí)。

有效監(jiān)管：大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)對(duì)后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿過程中的漿液材料的水膠比、灌漿壓力和漿液流量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，能夠保證漿液材料水膠比、灌漿壓力在合符規(guī)范的前提下進(jìn)行壓漿，當(dāng)這“三大指標(biāo)”超出規(guī)范限值時(shí)則不能壓漿。

保證密實(shí)：只要漿液性能達(dá)到規(guī)范要求，在合理的壓漿方式、適宜的灌漿壓力下，并通過流量來計(jì)算梁體內(nèi)的漿液體積，便能保證管道壓漿密實(shí)。

2.2 大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

采用管道將出漿口的漿液導(dǎo)流至儲(chǔ)漿桶，形成大循環(huán)回路。在制漿機(jī)的低速桶上綁定低水膠比測(cè)試儀（自成一個(gè)小循環(huán)回路），不串入大循環(huán)回路中，其主要是進(jìn)行水膠比的監(jiān)測(cè)。在循環(huán)回路中依次設(shè)置制漿機(jī)、儲(chǔ)漿桶、灰漿泵、進(jìn)漿測(cè)控儀、返漿測(cè)控儀。制漿機(jī)和儲(chǔ)漿桶的主要作用是拌制漿液和儲(chǔ)存漿液；灰漿泵的主要作用是提供動(dòng)力將漿液從儲(chǔ)漿桶向梁體輸送，在儀器清洗時(shí)將水向儀器輸送；進(jìn)漿測(cè)控儀的主要作用是監(jiān)測(cè)進(jìn)漿口的壓力和流量，在壓漿結(jié)束時(shí)將漿液溢流至儲(chǔ)漿桶；返漿測(cè)控儀的主要作用是監(jiān)測(cè)出漿口的壓力和流量，在循環(huán)一定的時(shí)間后通過調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)壓，在壓漿結(jié)束時(shí)參與系統(tǒng)的鎖壓。系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 大循環(huán)智能壓漿控制方案設(shè)計(jì)

大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要由控制中心（計(jì)算機(jī)）、進(jìn)漿測(cè)控儀、返漿測(cè)控儀和水膠比監(jiān)測(cè)儀組成。控制過程中對(duì)水膠比范圍作出判斷，是否合符要求，若不合符要求，則不能啟動(dòng)壓漿系統(tǒng)，需要重新制漿，合符要求則進(jìn)行壓漿；壓漿回路開啟后，漿液開始循環(huán)，進(jìn)漿測(cè)控儀實(shí)時(shí)向控制中心輸送進(jìn)漿口的壓力和流量信號(hào)，返漿測(cè)控儀也實(shí)時(shí)向控制中心輸送出漿口的壓力和流量信號(hào)，控制中心則依據(jù)客戶進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置對(duì)水膠比、壓力和流量數(shù)值進(jìn)行判斷，然后對(duì)返漿測(cè)控儀發(fā)出是否進(jìn)行調(diào)壓的指令，進(jìn)行調(diào)壓后，控制中心依據(jù)調(diào)壓情況發(fā)出是否鎖壓指令，一旦發(fā)出鎖壓指令 （同時(shí)發(fā)出溢流指令）則意味該孔壓漿結(jié)束。其控制流程圖如圖2所示，圖中S表示輸入信息，C表示輸出命令。

3 工程試驗(yàn)

大循環(huán)智能壓漿施工工藝是一種新的壓漿工藝，任何新的施工工藝在應(yīng)用于工程實(shí)踐之前都必須通過相應(yīng)的室內(nèi)模擬試驗(yàn)或工程實(shí)體試驗(yàn)。大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)在湖南通平高速和大瀏高速公路預(yù)制梁場(chǎng)進(jìn)行了工程實(shí)體試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：采用大循環(huán)壓漿施工工藝可將管道內(nèi)空氣和雜質(zhì)悉數(shù)排出，保證管道內(nèi)的漿液壓得飽滿、密實(shí)，即使采用普通漿液亦可保證密實(shí)。其試驗(yàn)結(jié)果見圖3所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 控制方案流程圖

圖3 大循環(huán)智能壓漿與傳統(tǒng)壓漿試驗(yàn)結(jié)果實(shí)景

工程實(shí)體試驗(yàn)表明：智能壓漿的出漿口及進(jìn)漿口水泥漿液均飽滿密實(shí)，傳統(tǒng)壓漿的出漿口水泥漿液不夠飽滿，部分鋼絞線裸露未被水泥漿包裹。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 應(yīng)用工程概況

某橋位于湖南某地區(qū)，該橋長190 m，上部布置為：（20+30+20+4×30）m，該橋?yàn)橄群?jiǎn)支后連續(xù)橋梁,第一聯(lián)為不等跨布置，為（20+30+20）m，長 70 m，第二聯(lián)為等跨布置4×30 m，長120 m，主橋上部為T型截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁，下部為圓柱型實(shí)心墩。

4.2 應(yīng)用效果

如表1所示，在灌漿施工中，使用該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)控灌漿的水膠比、壓力和流量，以及保壓時(shí)間，從監(jiān)控結(jié)果看出，該孔道漿體材料的水膠比為0.25～0.34，進(jìn)漿最大壓力為0.88MPa，出漿壓力為0.58MPa，保壓時(shí)間4min，累積漿液體積136L。表2為兩片梁的測(cè)控結(jié)果。

通過大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

（1）大循環(huán)智能壓漿工藝通過漿液滿管路持續(xù)循環(huán)，能夠保證完全排出管道內(nèi)的空氣，從而保證壓漿過程中管道漿液內(nèi)無氣室、氣倉，管道內(nèi)漿液完全密實(shí)。

（2）大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際施工中，對(duì)漿液的水膠比、灌漿壓力和漿液流量進(jìn)行嚴(yán)格控制和有效監(jiān)管，能夠保證灌漿質(zhì)量。

（3）大循環(huán)智能壓漿工藝的應(yīng)用，使得預(yù)應(yīng)力管道壓漿從傳統(tǒng)的“事后檢測(cè)”到“事中控制”，對(duì)壓漿的相關(guān)參數(shù)從“被動(dòng)測(cè)試”到“主動(dòng)控制”，取得了良好的效果，使得后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量提高了一個(gè)臺(tái)階，對(duì)保證預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性意義重大。

表1 某T梁孔道采用大循環(huán)智能壓漿測(cè)控記錄結(jié)果一覽表

表2 兩片30 t梁的測(cè)試結(jié)果一覽表

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