橋梁預應力施工的真空壓漿技術探討

(福建省高速技術咨詢有限公司，福州350001)

橋梁預應力施工的真空壓漿技術探討

■杜海濱

(福建省高速技術咨詢有限公司，福州350001)

總結了橋梁預應力施工的真空壓漿物理原理和技術特點，從而歸納真空壓漿工藝相對于傳統壓漿技術的優勢和需要注意的問題。系統分析了壓漿材料和壓漿環境對孔道真空壓漿質量的影響，闡述了其影響本質以及施工注意要點。梳理了真空壓漿的施工工藝，對各工藝的技術要點、施工方法和質量管控進行了總結。最后，分析了真空壓漿質量的檢測技術及質量缺陷彌補方法。相關研究經驗和結論可為預應力橋梁的孔道壓漿施工提供參考。

橋梁預應力施工真空壓漿二次壓漿施工技術質量檢測

1 前言

橋梁結構是聯系區域交通與經濟發展的生命線工程，對于確保人們的出行安全和質量具有重要意義。預應力技術顯著地提高了橋梁的跨越能力，同時延長了其使用與耐久性能。為了保證預應力技術在橋梁結構中的施工質量，使預應力與混凝土更好地粘結形成變形與受力整體，需要確保預應力鋼束的壓漿施工質量。

傳統的橋梁預應力壓漿方法往往存在漿體飽滿度和緊實度欠缺的問題，進而影響預應力的使用和耐久性能，造成運營使用中存在預應力的過度損失，對橋梁的運營壽命帶來影響。真空壓漿為預應力技術提供了很好的質量保證，通過抽取預應力孔道內的氣體，使得壓漿前在孔道內形成一定程度的真空狀態，此后水泥漿壓入孔道內能夠極大提高密實度和飽滿度，實現預應力與混凝土的良好粘結，才能共同受力和變形[1][2]。

本文將首先總結預應力真空壓漿的物理原理和技術特點，從而系統歸納真空壓漿技術相對于傳統方法的優勢及需要關注的問題；其次分析預應力真空壓漿的主要施工流程及質量管控要點，并分析壓漿質量的影響因素，從而為壓漿施工質量的控制提供基礎；最后為了跟蹤和評價壓漿施工質量，歸納各種質量檢測方法及其應用技術要點：系統提升真空壓漿的施工技術和質量，為預應力橋梁的運營使用提供保障。

2 預應力真空壓漿原理與技術特點

2.1 真空壓漿的基本原理

預應力真空壓漿的基本工作流程如圖1所示，首先通過封錨等手段將預應力管道進行密封處理，封錨應該能夠承受得了真空負壓和漿體正壓力的組合作用；其次，利用右端的真空泵將孔道內的氣體抽出，使得孔道真空度達到80%以上，并產生不低于0.07MPa的負壓；最后，在孔道左端采用壓漿機將水泥漿體壓入孔道內部，在壓漿機的正壓力作用(一般不低于0.7MPa)及孔道真空負壓力作用下，形成連續分布的密實漿體填充于孔道中。上述過程構成了真空壓漿的基本原理。

圖1 預應力真空壓漿示意圖

傳統的預應力壓力壓漿技術，漿體常常帶有氣泡，而當混合料硬化后氣泡就變成了孔隙，成為孔道內自由水匯集的地方，自由水本身含有有害物質容易對預應力鋼筋和混凝土腐蝕，甚至還有凍融循環作用使得孔道開裂等病害，影響預應力的工作效率。真空壓漿由于孔道內部有負壓作用，就會減小漿體的水灰比，對漿體的泌水和干縮過程有效減緩，并影響氣泡的形成，從而能夠確保這種壓漿模式下孔道的飽滿性和密實性，確保預應力與周邊混凝土能夠非常緊實地粘結，在各種荷載組合作用下共同變形與受力。

2.2 真空壓漿的技術特點

根據預應力真空壓漿的基本原理，相對于傳統的壓力壓漿技術，本方法有很多顯著的技術優勢，總結為如下幾點：

(1)通過孔道真空負壓作用，水泥漿進入孔道的稠度及其連續性有保證，同時使得壓漿過程快速、連續、均勻，既提高了水泥漿體的密實度和強度，有增加了施工效率。

(2)壓漿過程孔道一直處于負壓狀態，這有利于減少水泥漿本身的壓力差值，從而使得整個孔道內部都被漿體填塞，確保孔道的飽滿度。孔道內部及混合料混合產生的氣體也會被有效排除，使得孔道內難以形成氣泡，保證了漿體的密實度。

(3)真空壓漿工藝下所使用的水泥漿水灰比會比較小，這樣可有效控制水泥漿的泌水問題，從而控制漿體的干縮變形，使得預應力鋼束被漿體填充密實。

真空壓漿方法具有上述技術優勢，因此可以很好地應用于橋梁預應力施工中，然而，該技術方法對預應力孔道材料、漿體配比和施工質量等也有一定要求。

首先，傳統的預應力孔道大多采用金屬波紋管，而真空壓漿比較理想的孔道材料是塑料波紋管，因而塑料波紋管：①不導電，可防止電流腐蝕；②強度好剛度大，不易在安裝和混凝土振搗中損壞；③耐腐蝕，能有效防止氯離子侵蝕破壞；④接頭連接好，有專用連接管確保密封性。

其次，真空壓漿的漿體在材料配比上具有一定的要求：應使得混合料和易性好、泌水小且流動好，漿體硬化后孔隙率低且滲透性小；粘結強度高，與預應力握裹粘結好，且耐久性好；需要一定的膨脹性使得孔道填充密實，但不宜過大。

最后，真空壓漿工藝對施工過程及其質量具有嚴格要求，需要嚴格按照本技術的工序流程展開工作，相關設備、材料、操作方法和質量檢測評定等需要進行控制。

3 預應力孔道壓漿質量影響因素分析

為了更好地控制預應力壓漿質量，對各個工序進行施工質量管控，需要明確影響壓漿質量的主要因素，從而為施工控制提供理論參考。除了施工操作質量對壓漿質量產生直接影響外，壓漿材料和壓漿環境是兩個主要影響因素。

3.1 壓漿材料

水泥漿體的水泥種類及用量、減水劑、配合比是影響漿體質量的關鍵因素[3]。

水泥是孔道壓漿主體材料，從水泥材料性能方面來說，如果漿體強度較低，則硬化漿體對鋼束的握裹力達不到要求，使漿體與預應力鋼束剝離，容易使錨具壓力過大而失效。從水泥漿用量方面來看，由于堵塞而使漿體不能全部充滿孔道現象時有發生，而這種情況施工人員也很難判斷壓漿是否密實性，孔道壓漿不密實使得水泥漿等壓漿材料中的氯化物、水份等不良物質進入孔道中，腐蝕預應力鋼束。

減水劑能顯著減少用水量、增加水泥漿體強度同時改善流動性。減水劑對水泥漿的作用主要表現在散和滑兩個方面：散作用而言，減水劑分子可附著于漿體中的水泥粒表面，從而形成帶電體且同種電荷容易排斥，使水泥顆粒分散開來，絮凝結構被破壞，釋放出的水隨之參與流動，這就增加了漿體的流動性。滑作用方面，減水劑附著于水泥顆粒表面與水分子發生作用形成一種膜，這種膜具有很好的潤滑特性，大大降低滑動阻力使水泥漿流動性提高。

配合比是水泥漿混合料結構性能的決定參數，直接關系到體積收縮和泌水。由于水泥漿早期水化作用產生化學收縮變形，在中后期凝固也會產生顯著的收縮，如果配合比不合適，這種收縮會直接產生結構性裂縫，使得壓漿質量不能滿足要求。

3.2 壓漿環境

孔道類別、大氣溫度與濕度、人為因素等壓漿環境也是對預應力真空壓漿施工質量的重要影響因素。

孔道類別主要是預應力孔道材料的區別，金屬波紋管由于自身材料與工藝的問題，使得其連接點往往成為壓漿薄弱環節，受力易變形且密封性差。塑料管則很好地解決了這些問題，同時其強度、剛度和耐久性等均有一定的保障。如果需要采用金屬波紋管，可以在金屬波紋管內襯有孔徑稍小的塑料管以防止其變形，并在接口處保證波紋管的管肋平整，防治預應力鋼束穿過引起的金屬波紋管翻卷問題。

大氣環境中的溫度和濕度也會影響壓漿質量，冬季或炎熱夏天施工時水泥漿體、孔道等在此環境下均表現出與常溫不同的性質，需要特別關注。一般而言孔道壓漿施工時，環境溫度應維持在5℃～30℃，因而超過該范圍水泥漿易發生離析，離析產生的水，一方面會產生孔隙，使漿體強度下降，另一方面在施工完成后，留在孔道中的水在低溫環境下會脹裂管道。如果環境溫度低于5℃，需對梁體和漿體進行保溫；若白天最高氣溫超過30℃后，要避開白天炎熱時段在夜間壓漿。

人是壓漿過程的主體，所有的操作過程均需人的參與，如果將上述稱為技術因素的話，那么人為因素與技術因素一起決定了孔道的壓漿質量。通過對現場施工狀況的實際調查，發現在孔道壓漿的施工過程中，造成壓漿質量差的問題的原因主要是現場施工人員專業意識差，責任心不強和對孔道壓漿缺陷所造成的嚴重后果意識不到位。如果人的責任心不強，則上述各種準備工作也失去了意義。

4 真空壓漿施工技術及質量管控

橋梁預應力管道的真空壓漿基本流程是[4][5]：施工準備→拌合水泥漿→抽真空→壓漿泵灌漿→拆除真空設備并清洗，通過這幾個主要流程的循環實現整個橋梁預應力管道的壓漿。各個施工工序，也需要在明確施工技術的基礎上注意相關事項，并對施工質量進行管控。

4.1 施工準備

在真空壓漿前需要進行預應力孔道的處理和相關設備的連接。預應力孔道應該進行密封，確保孔道不出現裂縫或者其他缺陷，并進行預應力封錨，封錨前將預應力鋼束外漏長度控制在25cm以內，封錨中確認錨板、夾片及鋼絞線等均被包裹且厚度在15mm以上。壓漿各種設備需要提前進行連接，各種設備的連接如下示意圖。

圖2 預應力真空壓漿的設備連接

4.2 水泥漿的拌合

水泥漿體的拌合應該滿足一定的施工性要求，使得真空壓漿過程流暢連續。由于水泥含量、減水劑及漿體配比都會對水泥漿的施工性能產生顯著的影響，因此都需要控制好這些質量。一般而言，水泥漿體的配比參數應該滿足表1的要求，才能使得早期與中后期收縮變形較小，并配合早期摻入鋁粉產生一定的膨脹工作，降低收縮產生的問題，使得真空壓漿過程漿體流動性更好，施工更容易填滿預應力管道。

表1 預應力真空壓漿的水泥漿配比參數要求

4.3 抽取真空

施工準備完成后，在拌合水泥漿下可以抽取孔道內空氣形成負壓真空狀態，通過打開真空閥門和真空泵就可以將孔道內氣體排出，當壓力表顯示-0.07MPa左右即可關閉真空泵并對壓力數值進行觀察，1min內若壓力值不變就可以認為孔道已經進入給定的真空狀態。

4.4 壓漿施工

抽取真空后即可進行壓漿施工，將水泥漿壓入灌漿機并打開進漿閥門進行壓漿，壓漿過程中將波紋管涵內部負壓始終控制在-0.07MPa左右，并保持連續作業。當壓漿泵的壓力表數值在0.07MPa左右時，說明孔道內壓漿基本飽滿，此時如果2min內該壓力數值不變，說明孔道已經完成了排氣和泌水作業，孔道壓漿的飽滿度和密實度能夠有效控制，此時即可結束壓漿，將灌漿泵和壓漿閥門關閉。

為了使得壓漿質量得到保障，施工中應先壓漿下層管道后上層管道，對曲線管道應該在最低點設置壓漿孔在最高點設置排氣孔；施工中發生機械故障需要及時采用高壓水清洗；水泥漿質量應該及時抽檢保證質量。

5 真空壓漿質量檢測技術及應用要點

預應力孔道壓漿后孔道內的壓漿質量屬于隱蔽工程，但其質量對于預應力構件運營與安全影響顯著，因此需要采取相關檢測技術評估壓漿施工的滿意度。壓漿質量傳統的檢測方法是利用超聲波理論進行無損評判，但是由于超聲波頻率過高(大于20000Hz)，使得其能量衰減過快，因而只適用于厚度不大的混凝土結構，很難檢測長度較長的預制梁體，同時超聲波信號受到噪聲等其它因素影響較大，在嘈雜的施工環境這中，很難接受到良好信號，從而影響判別的準確性。

彈性波檢測是目前逐漸推廣應用的壓漿質量檢測方法[6]，由于彈性波①能量大，能穿越尺寸較大較長結構；②對噪聲敏感性遠小于超聲波；③采用加速度接受器接受信號，對頻譜和能量分析有利。彈性波理論中，根據梁體混凝土速度Cm、鋼絞線速度Cb、孔道現場檢測速度Ct三者之間的關系模型計算壓漿飽滿度指標D值，其中α是檢測剛度系數。

根據彈性波在不同介質中的傳播理論，上述在三種介質中速度有：Cb＞Cm＞Ct。孔道壓漿越飽滿，Cm與Ct越接近，Cb與α一定，則D趨于1，如圖3所示。

圖3 灌漿密實度與彈性波速度關系曲線

如若通過彈性波檢測發現預應力管道真空壓漿質量不能滿足要求，則根據情況可以采用二次壓漿工藝彌補相關缺陷。依據壓漿時間的間隔性，孔道二次補漿可以分為連續性二次補漿與間斷性二次補漿兩種方法。連續性二次補漿是在發現壓漿缺陷后直接將相同的水泥漿懸掛梁體上部，通過引出導漿軟管進行壓漿，補充孔道端空缺或者是將孔道端處泌出的水分及部分水泥漿擠掉。待孔道內漿體達到預定強度后，撤掉軟管。間斷性二次補漿則是在水泥漿初凝泌水后，即壓漿后2～10h內，采用自制漏斗將新配制的濃漿灌到梁板兩端壓漿口內，在重力作用下，濃漿會滲入到下層，將上層泌出的水或較稀的漿液排出，從而使梁板兩端密實。二次壓漿大多適用于梁端壓漿缺陷，對于梁段中間孔道的壓漿質量問題彌補能力不大。

6 結論

孔道壓漿是預應力混凝土橋梁工作性能的重要影響因素，需要保障其施工質量，使設計永存預應力在長期運營使用中仍然能夠滿足使用需求。真空壓漿相對于傳統預應力孔道壓漿方法不僅操作簡單且施工質量能夠有效保證，論文詳細探討了橋梁預應力施工的真空壓漿技術，從物理原理、技術特點、壓漿質量影響因素等方面進行了系統分析，從而總結和歸納出真空壓漿施工的工藝流程、技術要點和質量控制方法，為真空壓漿技術的工程實踐提供參考與標準，最后分析了真空壓漿質量的檢測技術，針對部分質量缺陷問題提出二次壓漿彌補方法，相關研究經驗可為類似工程提供參考。

[1]田榮.預應力混凝土橋梁施工中真空壓漿技術的應用探析[J].公路交通科技(應用技術版),2014,6:094.

[2]鄒建風.預應力管道真空壓漿技術在杭州灣大橋的應用[J].混凝土, 2008(7):94-96.

[3]劉敏.淺談預應力管道專用壓漿材料的應用[J].福建交通科技,2016 (4):98-99.

[4]喻永華.橋梁預應力真空壓漿施工技術[J].北方交通,2010(2):51-53.

[5]甘軍,楊超,季文洪.橋梁預應力管道壓漿施工質量控制技術及應用[J].四川理工學院學報(自然科學版),2010,6:627-629.

[6]余支福.基于沖擊彈性波法的預應力孔道灌漿密實度檢測技術及其應用[J].福建交通科技,2016(2):55-57.