預應力板梁真空壓漿施工技術應用分析

付飛、鄧仁彬

（1.贛州高速公路有限責任公司，江西 贛州 341000；2.贛州誠正公路工程監理有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

孔道壓漿是預防預應力筋腐蝕的最后防線，當前在國內橋梁工程建設中，大多采用傳統的壓漿法進行孔道壓漿，壓漿的密實性難以保證，且容易引發預應力筋腐蝕。隨著我國預應力橋梁建設規模的擴大，真空壓漿技術在預應力板梁施工中的應用也日益廣泛。真空壓漿屬于混凝土結構施工中的主要技術，在真空狀態下，消除灌漿孔道內的空氣、水分及水泥漿液中混雜的氣泡，避免普通壓漿在施工過程中孔隙和泌水現象的出現。在灌漿過程中，因孔道的密封性良好，漿液壓力保持較好并能充滿整個孔道。真空壓漿施工工藝的優化杜絕了裂縫產生的可能，灌漿的強度和飽滿性得以保證，作為一個迅速且連續的施工過程，還能明顯縮短灌漿的施工時間。

1 真空壓漿施工技術的原理

1.1 真空輔助灌漿

對于預應力混凝土結構，預應力和混凝土間的結合及預應力筋防腐均通過在預埋孔道內灌注水泥漿液實現，而且，為避免在預應力狀態下預應力筋滑絲及銹蝕，完成一批預應力筋張拉施工后，必須立即安排孔道灌漿。使用傳統的壓漿法，灌漿壓力通常控制在0.5～1.0MPa，將水灰比為0.40～0.45 的稀漿液壓入孔道，導致水泥漿液離析及干縮，增大混凝土結構的空隙率。此外，傳統的壓力灌漿也會因水泥漿液混合料配合比不合理，以及施工工藝選擇不當而造成預應力筋銹蝕。例如，水泥漿液中存在氣泡，待混合料硬化后，氣泡便會轉變為孔隙，為自由水的匯集提供空間，進而腐蝕預應力和相應構件。當外界環境溫度較低時，自由水還會凍結，脹裂管道，引發結構病害。

為此，應采用真空輔助壓漿技術改進優化傳統的壓漿法，使預應力孔道灌漿工藝更加完善。具體而言，應在壓漿開始前，通過真空泵將預應力孔道內的空氣及積水吸除，使孔道內真空度維持在-0.06～0.10MPa 范圍內，再改用灌漿泵將摻加外加劑優化后的水泥漿液從孔道一端灌入，灌漿壓力控制在0.7MPa 及以上。預應力孔道內存在的空氣較少，難以形成氣泡，減小水泥漿液在預應力孔道內流動的阻力，使漿液連續且迅速地流動，而且孔道內與壓漿機之間所存在的正負壓力差，使水泥漿液的收縮有效降低，孔道壓漿的密實度和飽滿度增加，水灰比減小，使水泥漿液的可施工性、漿液硬化強度、漿液流動慣性及對預應力孔道充盈的密實程度顯著提升。

在真空輔助灌漿施工過程中，可以將封錨和壓漿過程分開進行，也可一次完成，保證混凝土結構的整體性。同時，該工藝也對孔道密封及預應力錨固效果提出更高的要求，孔道良好密封，才能保證水泥漿液能充滿整個孔道。預應力孔道灌漿屬于一個單項系統性工程，其工序安排必須與其余工序配套，協調配合。此外，該施工技術對施工工藝、灌漿設備選型及水泥漿配合比設計、外加劑型號等也有較高要求。

1.2 真空壓漿效果

1.2.1 水泥漿液在管道內推拉充盈

在密封良好的預應力孔道內，水泥漿液作為流動性液體主要由進漿端的正壓力壓入管道，在這一過程中給液柱施加強大推力的同時，出漿口真空泵會同時給液柱施加拉力。具體而言，孔道內空氣會因真空泵的作用而變得稀薄，減小液體表面張力和表面能，增大漿液的可灌性及對空隙的填充性，并同時帶走預應力筋間殘存的水分，抑制水泥漿液在流動過程中形成氣泡。真空泵所施加的拉力同時對液柱起到導向作用，對預應力孔道內液柱的紊流起到抑制作用，并同時減小漿液在孔道內流動的阻力。在真空狀態下，漿液內氣泡及多余的水分逐漸向液柱端移動，并在后期補壓、穩壓及高壓風的綜合作用下徹底排除，且這種效應對長孔道更加明顯。

1.2.2 漿液與波紋管及預應力筋的結合

當前，預應力孔道所用PT-PLUS 塑料波紋管及金屬波紋管等成孔材料，PT-PLUS 塑料波紋管因孔道摩阻力和電絕緣性能較小，真空壓漿效果較為理想，但其造價比金屬波紋管高。PT-PLUS 塑料波紋管表面粗糙度小，故在壓漿過程中對漿液的孔道摩阻力較小，而金屬波紋管管壁粗糙，其管壁與水泥漿液的黏結更牢固。預應力筋張拉后與孔道緊貼，已完成壓漿的預應力筋會因外電、感應電、電解液及有害氣體等的存在而發生電化學腐蝕，真空壓漿技術能從工藝方面有效減少電解液等腐蝕性因素，最大限度杜絕電化學腐蝕條件的產生，確保水泥漿液和預應力筋有效結合以及預應力筋結構的穩定性與耐久性。PTPLUS 塑料波紋管型號規格詳見表1。

表1 PT-PLUS 塑料波紋管型號規格

2 應用實例

2.1 工程概況

某高速公路G-N 段，起訖樁號K165+100～K348+960，線路長183.86km，該工程段主線共包括大中型整體式橋梁3605m/17 座，分離式橋梁228.5m/4 座，涵洞598.8m/18 道。工程段橋梁均為跨徑30m、40m 及50m 的預應力混凝土簡支T 梁和跨徑20m 的預應力混凝土小箱梁。其中位于樁號K241+720～K241+850處的立交橋，上部為（17+27+27+17）m 預應力混凝土連續箱梁結構，頂底板分別寬12m 和8m，設置三道縱梁，每道縱梁均在管道孔徑內80mm 處設置6 孔OVM15-17 鋼絞線束，底板則在孔徑22mm×70mm 的管道內設置8 孔BM15-4 鋼絞線束。預應力孔道長度最大達到89.5m，且兩端張拉高差為3.0m。

根據計劃，擬建2 個預制場預制加工工程所需的梁板，同時在樁號K241+733.4 處設置1 處備用預制梁場，以便在工期緊張的情況下啟用。此次預應力板梁鋼束均采用《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2003）所規定的標準抗拉強度1860MPa、彈性模量1.95×10MPa 的

φ

s15.2mm 型高強低松弛鋼絞線，普通鋼筋主要采用HRB335 鋼筋和R235 鋼筋，混凝土強度等級C50。

為提升該橋梁預應力管道壓漿的施工質量，決定采用先進的真空壓漿施工工藝，同時使用PTPLUS90/19 型PT-PLUS 塑料波紋管成孔，并在漿液中摻加一定比例的阻銹劑。

2.2 水泥漿液配合比設計

漿液配合比設計是保證壓漿施工質量的關鍵，根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）規定，性能優良的水泥漿液必須具備較小的泌水性、良好的流動性和和易性，并具備一定的膨脹性及對孔道填充的密實性，黏結強度和抗壓強度高，且硬化后滲透性小、孔隙率低。為避免水泥漿液灌注施工期間發生析水而導致其出現硬化裂縫，同時增強水泥漿液凝固后的密實度，應摻加合理比例的外加劑。該預應力板梁工程真空壓漿施工水泥漿液配合比指標參數及取值要求詳見表2。

表2 水泥漿液配合比指標參數及取值要求

根據設計及工程質量控制要求，初步確定該預應力板梁工程真空壓漿施工水泥漿液配合比（質量比）為：水泥∶水∶阻銹劑∶膨脹劑∶高效減水劑=1∶0.33∶0.03∶0.1∶0.025，設計水灰比為0.33，漿液黏稠度為30～50s，泌水率最大值為0.6%。考慮到該預應力板梁真空壓漿施工管道較長，且無法進行接力灌漿施工，為降低孔道對漿液的阻力，應進行水泥漿液配合比的修正，修正后為：水泥∶水∶阻銹劑∶膨脹劑∶高效減水劑=1∶0.38∶0.03∶0.1∶0.4，并將漿液黏稠度嚴格控制在22±2s 以內，其余指標均符合設計要求。此外，還應考慮灌漿儲備和灌漿施工過程的連續性，待水泥漿液拌和量達到0.5m后，再開始連續灌漿施工。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工設備

預應力板梁在真空壓漿施工中，除采用傳統的壓漿施工設備外，還必須增設抽吸空氣的真空泵、壓力表、壓力瓶、泌水閥、氣密閥等設備。在施工開始前，將空泵端設置在高端，壓漿端設置在低端，兩者之間高差在3.0m 左右，將產生0.06～0.07MPa 的漿液靜力壓強，而柱塞式注漿機設備能力為0.8～1.0MPa，故因高差所引起的漿液壓力的變化，可忽略不計。

2.3.2 管道密封及封錨

該預應力板梁真空壓漿管道布置細部構造情況，如圖1所示。待完成預應力張拉后，切除多余鋼絞線，并將錨具端頭鋼絞線露出長度控制在3.0cm，再使用水泥團封堵管道。為避免養護期間水泥團開裂或掉落，應在封錨結束后，通過雙層塑料薄膜再次密封，并與錨具綁扎固定；同時通過玻璃膠+密封生料密封其余可能發生漏氣的連接點。封錨施工應在壓漿前2d 進行，采用玻璃膠處理，保證孔道的密封效果。管道密封及封錨結束后，應通過抽真空方式及時驗證孔道的密封情況和通暢效果，并待抽真空達到設計要求后，略微開啟進漿端球閥，若能聽到尖銳的氣流嘯聲，同時觀察真空表，其讀數呈下降趨勢，則意味著管道密封效果良好。

圖1 真空壓漿管道細部構造（單位：mm）

為保證真空泵工作用水的便利性，應準備1 個容量2m的水箱，并與真空泵連接后形成循環，達到節約用水的目的。

2.3.3 灌漿施工

在正式開始灌漿前，必須全面檢查設備連接、管路、材料及水源，管道密封及封錨情況，并用高壓水徹底洗孔后通過高壓風吹干孔內積水。將2～3 個壓漿孔設置為1 組，在每組灌漿前應先將水灰比0.45 的稀漿壓入孔道，起到潤滑和二次清理的作用，降低正式灌漿開始后孔道對漿液的阻力。根據設計方案要求，安裝兩端抽真空管和灌漿管，結束后將進漿管球閥關閉，同時開啟真空泵，待真空泵運行60s，且壓力達到-0.08～-0.075MPa 的穩定狀態后，再穩壓60s，此后將進漿管球閥開啟、壓漿。

采用1.2mm 的篩網過濾漿液，過濾后直接將水泥漿液加入灌漿泵，并待灌漿泵輸出的漿液黏稠度符合設計要求后開始灌漿；待出氣孔內流出的漿液黏稠度與灌入的漿液大致一致時，從低到高逐個將出氣孔關閉；并待灌漿壓力≤1.0MPa 時，穩壓60～120s；將灌漿泵全部閥門關閉后，即結束灌漿。

待真空泵和灌漿機停機后，卸下抽真空連接管，關閉出漿端球閥，并通過事先準備的鐵錘敲散出漿端的封錨水泥，使鋼絞線間隙外露。采用灌漿機正常補壓并穩壓的過程中，水泥漿液會從鋼絞線縫隙內逼出，并隨著補壓和穩壓過程的持續進行，漿液會從濃變稀、再變清，并從大流量變為清水滴出，同時灌漿壓力表所顯示的灌漿壓力值保持在0.8～1.0MPa。以上補壓穩壓過程耗時3.0min，待結束后將球閥關閉，并在0.5～1h 內拆除清洗。再轉入下一孔道繼續進行壓漿施工。

3 應用效果

與普通壓漿工藝相比，真空壓漿前孔道內約90%以上的空氣、水分以及混合在水泥漿液中的自由水和氣泡等均被抽出，漿液的密實度有保證。在真空負壓作用下，水泥漿液中的微沫漿率先流入負壓容器，并待黏稠漿液流出后，使孔道內漿液黏稠度保持一致，水泥漿液的密實度及強度均得到有效保證。壓漿孔道處于真空狀態后，孔道內因高低彎曲而使漿液形成的壓頭差減小，漿液充滿包括彎束、U 型束、豎向束等異型部位在內的全部孔道，并實現快速、連續施工，使灌漿施工時間大大縮短。

通過水泥漿液各項指標現場試驗及水泥凈漿試塊送檢結果可知，該預應力板梁真空壓漿試塊3d 強度超過30MPa，7d、28d 強度分別在35MPa 和50MPa以上，均符合設計要求。在補壓過程中，出漿端壓力過大，鋼絞線縫隙泌水及出漿噴射距離達到4.0m，補壓完成后泌水基本得到控制，且穩壓時間也基本符合規范。將球閥拆除后的觀察結果顯示，錨墊板上進漿孔和排漿孔水泥漿液均較為硬實，無流淌現象；較長管道灌漿飽滿度均在98%以上，且注漿口和排氣孔周圍漿液的飽滿度并無明顯差別。

4 結語

綜上所述，該預應力橋梁應用真空輔助壓漿施工技術后，孔道漿液的密實度和充盈度比應用傳統壓漿方法明顯提升，且工程竣工驗收后，并未發現管道堵塞及壓漿不飽滿情況。工程實踐也表明，真空輔助壓漿技術能有效解決常規灌漿技術中漿液充盈氣泡及灌漿不密實等問題，保證預應力筋保護層密實且不透水，提升橋梁混凝土結構的耐久性，保證橋梁結構的施工質量，延長使用壽命。