預(yù)應(yīng)力管道真空輔助壓漿工藝的應(yīng)用

摘要：在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的都是采用孔道壓漿防止預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕，這種方法普遍灌漿不密實(shí)，給工程留下隱患。武西高速桃花峪黃河大橋采用預(yù)應(yīng)力管道真空輔助壓漿工藝提高后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全度和耐久性。介紹真空輔助壓漿工藝在該橋的應(yīng)用、基本原理和工藝特性、控制措施與注意事項(xiàng)等。

一、工程概況

武西高速公路桃花峪黃河大橋，位于鄭州市西北，北接線(xiàn)連接河南省干線(xiàn)公路鄭新高速公路，南接線(xiàn)連接國(guó)道主干線(xiàn)連霍高速公路，是繼京廣鐵路黃河大橋、鄭州黃河大橋、劉江黃河大橋（京珠高速黃河大橋）、鄭新黃河大橋（公鐵兩用黃河大橋）之后又一跨越黃河天塹、溝通黃河兩岸的重要通道。我標(biāo)段為桃花峪黃河大橋土建六標(biāo)，起點(diǎn)樁號(hào)K34+534，終點(diǎn)樁號(hào)K36+632.46，全長(zhǎng)2098.46m。北副橋?yàn)椋?0+9×80+78.31）m多跨變截面連續(xù)梁。

副橋采用掛籃懸澆注施工，連續(xù)墩頂臨時(shí)固接。副橋?yàn)槿蝾A(yù)應(yīng)力體系，縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用單根d=15.2mm鋼絞線(xiàn)及相應(yīng)的錨固體系，管道采用塑料波紋管，采用真空輔助壓漿。副橋主梁為單箱單室斷面，根部梁高5.0m，跨中和50m邊跨直線(xiàn)段梁高3.0m，78.31m邊跨直線(xiàn)段梁高4.0m，梁底曲線(xiàn)按二次拋物線(xiàn)變化。箱梁頂板寬度16.05m，底板寬度9m，懸臂長(zhǎng)度3.525m，懸臂板根部厚80cm，端部20cm，箱梁內(nèi)頂板厚度28cm，底板厚度30cm～70cm，0號(hào)塊局部加厚至120cm，腹板厚度60～80cm。

二、基本原理

在壓漿之前，首先采用真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力孔道中的空氣，使孔道內(nèi)的真空度達(dá)到80%以上，然后用壓漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端壓入并加以不小于0.7MPa的正壓力。由于孔道內(nèi)只有極少的空氣，很難形成氣泡，同時(shí)，由于孔道與壓漿機(jī)之間的正負(fù)壓力差，大大提高了孔道壓漿的飽滿(mǎn)度和密實(shí)度。在水泥漿中，減小了水灰比，提高了水泥漿的流動(dòng)度，減小了水泥漿的收縮，從而保證了漿體的可操作性、充盈孔道的密實(shí)性和硬化漿體的強(qiáng)度。

三、真空輔助壓漿工藝的特點(diǎn)

（一）壓漿前，抽出預(yù)留孔道中的空氣，抽吸真空度按要求達(dá)到-0.08MPa的負(fù)壓并保持；壓出殘存在壓漿機(jī)及管道內(nèi)的水分、氣泡，同時(shí)檢查所排出的水泥漿稠度，當(dāng)排出口與儲(chǔ)存桶的水泥漿相同后，將接頭接到錨墊板的壓漿接頭上；馬上打開(kāi)排氣孔，啟動(dòng)壓漿泵，觀(guān)察排氣孔處的出漿情況，當(dāng)出漿流暢、穩(wěn)定且稠度與儲(chǔ)存桶漿體基本一致時(shí)，關(guān)閉排氣孔；壓漿泵壓至0.7MPa，持壓2min，最后關(guān)掉壓漿泵，這樣可以消除普通壓漿法引起的氣泡。同時(shí)，孔道中殘留的水珠在接近真空的情況下被汽化，隨同空氣一起被抽出，增強(qiáng)了漿體的密實(shí)度，消除混在漿體中的氣泡，這樣就避免了有害水積聚在預(yù)應(yīng)力筋附近的可能性，防止預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕。

（二）孔道在真空狀態(tài)下，減小了由于孔道高低彎曲而使?jié){體自身形成的壓力差，便于漿體充盈整個(gè)孔道，尤其是一些關(guān)鍵部位。對(duì)于彎型、U型、豎向預(yù)應(yīng)力筋更能體現(xiàn)真空輔助壓漿的優(yōu)越性。改進(jìn)漿體的配合比設(shè)計(jì)，使其不會(huì)發(fā)生泌水、干硬收縮等問(wèn)題。總之，由于真空壓漿施工工藝本身有較高的質(zhì)量控制要求，加之采用了合理配合比的漿料，完全能保證孔道灌漿的均勻性，形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層，消除孔隙，有效提高預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性。

（三）減少了孔道中的阻力，加速了漿液的流動(dòng)，形成一個(gè)連續(xù)且迅速的壓漿過(guò)程，縮短了壓漿時(shí)間，提高了生產(chǎn)工效。強(qiáng)化了漿液的慣性流動(dòng)與沖擊及對(duì)孔道的充盈。

（四）在真空狀態(tài)下，孔道內(nèi)的空氣、水分以及混在水泥漿中的氣泡被消除，減少孔隙、泌水現(xiàn)象，確保了孔道壓漿的密實(shí)性和漿體的強(qiáng)度，從而最大限度地提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。因負(fù)壓的作用使得漿體更易于通過(guò)狹窄間隙，使壓漿過(guò)程中堵塞的情況大為降低。

（五）對(duì)孔道密封及預(yù)應(yīng)力體系的錨固效率及安全性能提出了更高要求。壓漿過(guò)程中因孔道具有良好的密封性，使?jié){液充滿(mǎn)整個(gè)孔道的要求得到保證。對(duì)水泥漿液的配合比提出更高要求。推薦采用塑料波紋管，對(duì)工藝及設(shè)備要求高，水泥漿的配比、外加劑型號(hào)及用量、水泥漿的溫度、孔道密封度等都將影響壓漿質(zhì)量。

（六）后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕大部分是由于施工不當(dāng)和混合料配制不好的結(jié)果。其中傳統(tǒng)的灌漿手段是壓力灌漿，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現(xiàn)為：灌入的漿體中常會(huì)含有氣泡，當(dāng)混合料硬化后，存積氣泡處會(huì)變?yōu)榭紫叮蓾B透雨水的聚積地，這些水可能含有有害成分，易造成構(gòu)件的腐蝕；同時(shí)，在北方嚴(yán)寒的地區(qū)，由于溫度低，這些水會(huì)結(jié)成冰，可能會(huì)脹裂構(gòu)件，造成嚴(yán)重的后果；另外，水泥漿容易離析、泌水，干硬后收縮，泌水會(huì)產(chǎn)生孔隙，致使強(qiáng)度不夠，黏結(jié)不好，為工程留下了隱患。

四、真空輔助壓漿工藝的應(yīng)用

（一）在水泥漿出口及入口處接上密封閥門(mén)，將真空泵連接在非壓漿端上，壓漿泵連接在壓漿端上，以串聯(lián)的方式將負(fù)壓容器、三向閥門(mén)和密封罩連接滿(mǎn)足此數(shù)據(jù)則表示波紋管未能完全封閉，需在繼續(xù)壓漿前進(jìn)行檢查及更正工作。

（二）在保持真空泵運(yùn)作的同時(shí)，開(kāi)始往壓漿端的水泥漿入口壓漿，注意在壓漿過(guò)程中真空壓力將會(huì)下降（下降幅度約0.02MPa）。從透明的喉管中觀(guān)察水泥漿是否已填滿(mǎn)波紋管，繼續(xù)壓漿直至水泥漿達(dá)到安裝在負(fù)壓容器上方的三相閥門(mén)，操作閥門(mén)以隔離真空泵及水泥漿，將水泥漿導(dǎo)向廢漿桶的方向，繼續(xù)壓漿直至所溢出的水泥濃漿均勻、流暢，沒(méi)有不規(guī)則的擺動(dòng)。關(guān)閉真空泵，關(guān)閉壓漿泵出漿處的閥門(mén)，將設(shè)在密封罩上的閥門(mén)打開(kāi)，關(guān)閉出漿處的閥門(mén)直至密封罩上的閥門(mén)所溢出的水泥濃漿形狀均勻。關(guān)閉設(shè)在密封罩上的閥門(mén)，并保持壓力在0.6～0.7MPa繼續(xù)壓漿2min，關(guān)閉壓漿泵。

五、真空輔助壓漿工藝總結(jié)

（一）施工準(zhǔn)備工作

檢查確認(rèn)材料數(shù)量、種類(lèi)是否齊備，品質(zhì)是否保證；機(jī)具是否正常；張拉完成后，切除外露的鋼絞線(xiàn)（外露量≤30mm），將密封工具罩安裝在錨墊板上進(jìn)行封錨。工具罩在灌漿后3h內(nèi)拆除并清洗。安裝時(shí)檢查橡膠密封圈是否破損斷裂，將密封罩與錨墊板上的安裝孔對(duì)正，用螺栓擰緊，注意將排氣口朝正上方。

（二）試抽真空

將灌漿閥、排氣閥全都關(guān)閉，抽真空閥打開(kāi)，啟動(dòng)真空泵抽真空，觀(guān)察真空壓力表讀數(shù)，當(dāng)管內(nèi)的真空度維持在-0.08MPa時(shí)，停泵約為1min，若壓力能保不變即可認(rèn)為孔道能達(dá)到并維持真空。

（三）攪拌水泥漿

1.攪拌要求

攪拌水泥漿之前，加水空轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，將積水倒凈，使攪拌機(jī)內(nèi)壁充分濕潤(rùn)。攪拌好的灰漿要能做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌合的材料，更不能采取邊出料邊進(jìn)料的方法。

2.裝料順序

首先將稱(chēng)量好的水、外加劑倒入攪拌機(jī)，攪拌2min；將水泥倒入攪拌機(jī)中，攪拌3min，出料；水泥漿出料后應(yīng)盡量馬上泵送，否則要不停地?cái)嚢瑁槐仨殗?yán)格控制用水量，否則多加的水將全部泌出，易造成管道頂端有孔隙；對(duì)未及時(shí)使用而降低了流動(dòng)性的水泥漿，應(yīng)嚴(yán)禁采用增加水的辦法來(lái)增加灰漿的流動(dòng)性。

3.灌漿

將水泥漿加到儲(chǔ)漿罐中引到灌漿泵，在灌漿泵高壓橡膠管出口打出漿體，待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時(shí)，關(guān)掉灌漿泵，將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上，扎牢。關(guān)閉灌漿閥，啟動(dòng)真空泵，當(dāng)真空值達(dá)到并維持在-0.06～-0.1MPa值時(shí)，打開(kāi)灌漿閥，啟動(dòng)灌漿泵，開(kāi)始灌漿，灌漿過(guò)程中，真空泵保持連續(xù)工作。待抽真空端的透明塑料管內(nèi)有漿體經(jīng)過(guò)時(shí)，關(guān)閉真空機(jī)前端的真空閥，關(guān)閉真空機(jī)，水泥漿會(huì)自動(dòng)從“止回排氣閥”中順暢流出，待稠度與灌入的漿體相當(dāng)時(shí)，關(guān)閉抽真空端的閥門(mén)。灌漿泵繼續(xù)工作，壓力達(dá)到0.7MPa左右，持壓2min，完成排氣泌水，使孔道內(nèi)漿體密實(shí)飽滿(mǎn)，完成灌漿，關(guān)閉灌漿泵及灌漿閥門(mén)。

六、真空輔助壓漿注意事項(xiàng)

真空輔助壓漿除常規(guī)壓漿應(yīng)注意的事項(xiàng)外，尚應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

（一）真空度必須達(dá)到并維持在80%以上。為進(jìn)一步驗(yàn)證孔道的密封和通暢情況，在抽取真空達(dá)到要求后，將進(jìn)漿端球閥少許開(kāi)啟，則可聽(tīng)到氣流的尖銳嘯聲，同時(shí)真空表讀數(shù)下降。

（二）根據(jù)漿體儲(chǔ)存大小可按2或3孔作為1組，每組在壓漿之前先用水灰比0.45的稀漿壓入孔道少許潤(rùn)滑孔道，以減小孔道對(duì)漿液的阻力。

（三）對(duì)于較長(zhǎng)且為曲線(xiàn)的預(yù)應(yīng)力管道，可在管道中部或曲線(xiàn)部分最高處預(yù)留壓漿管，以避免因管道較長(zhǎng)壓力不夠或殘余空氣淤積在管道曲線(xiàn)最高處。可以采用預(yù)留壓漿管接力補(bǔ)壓。因壓漿嘴位于錨墊板上，壓漿過(guò)程中不易保證預(yù)應(yīng)力錨頭夾片間隙至密封罩內(nèi)空部分漿體壓滿(mǎn)。為此在密封罩上增設(shè)1個(gè)出漿閥門(mén)，壓漿至出漿口（錨墊板上）出濃漿后，關(guān)閉出漿口，打開(kāi)密封罩上閥門(mén)，繼續(xù)壓漿，至兩端密封罩上閥門(mén)出濃漿后，壓漿作業(yè)才可結(jié)束。

（四）當(dāng)氣溫或構(gòu)件溫度低于5℃或高于35℃時(shí)，不得進(jìn)行壓漿。同一孔道壓漿應(yīng)一次完成，不得中途停壓，因故中途停壓不能連續(xù)一次壓滿(mǎn)時(shí)，應(yīng)立即用壓力水沖干凈，研究處理后再壓漿。互相串通的孔道應(yīng)同時(shí)壓漿。

七、結(jié)論

真空壓漿能保證孔道灌漿的均勻性，形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層，消除孔隙，能有效提高預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性。高速攪拌是保證漿液性能的重要手段，必須采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行漿液攪拌。水灰比對(duì)漿液的性能起著決定性的作用，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制。總之，由于真空灌漿施工工藝本身有較高水平的質(zhì)量控制，加上采用合理配合比的混合料，采用真空灌漿技術(shù)將能保證孔道灌漿的均勻性，能形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層，并能消除孔隙。另外，塑料波紋管是絕緣體，與金屬波紋管相比，具有更強(qiáng)的耐腐蝕性，大大改善了構(gòu)件的防腐蝕性能。因此真空灌漿技術(shù)是確保高質(zhì)量灌漿的一個(gè)強(qiáng)有力的手段。

真空輔助壓漿工藝在武西高速桃花峪黃河大橋的應(yīng)用表明，真空輔助壓漿的質(zhì)量控制要比普通壓漿好很多。通過(guò)真空壓漿，在提高了孔道內(nèi)漿體的密實(shí)度的同時(shí)也減少了水泥漿體的泌水率。從工藝效益來(lái)看，采用真空壓漿的成本比普通壓漿的成本提高不了多少，僅增加了專(zhuān)用塑料波紋管和真空泵及真空輔助壓漿專(zhuān)用輔助劑的費(fèi)用。因此，真空輔助壓漿取代普通壓漿是一種趨勢(shì)，在以后的施工中應(yīng)該得到大力推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]JTG/TF50-2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]

[2]GB/T 50476-2008.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]JTG D62-2004.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

【作者單位：中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司】