真空辅助压浆工艺在超长预应力束桥梁工程中的应用论.doc

真空辅助压浆工艺在超长预应力束桥梁工程中的应用【摘要】通过分析真空辅助压浆工艺在通州区六环西辅路跨北运河大桥超长预应力束中的应用，论述采用该施工工艺的必要性及具体的施工方法，为今后真空辅助压浆工艺的发展提供新的研究方向。【关键词】真空辅助压浆；超长预应力束；预应力。1、前言真空辅助压浆为近年来国际上兴起的新技术，其以塑料波纹管为成孔材料加以真空辅助压浆技术的灌浆工艺，对保证长管道压浆的质量起到良好的作用，得到了国内外、土木工程界的普遍认可。通州区六环西辅路跨北运河大桥工程即采用了该技术。通州区六环西辅路跨北运河大桥工程立交全长325m，桥梁结构形式包括预应力连续箱梁、预应力简支T梁，其中最长一段箱梁为50+50+50米预应力混凝土连续箱梁，最长预应力钢束150m。在这种超长预应力管道结构施工中，我们采用了真空辅助压浆技术，在管道上没有预留任何排气管或排浆管，有效避免了普通压浆法存在的弊端，确保了孔道灌浆质量，提高了预应力束的工作性能。2、真空辅助压浆工艺工作原理2.1普通压力灌浆法存在的问题众所周知，对于预应力孔道灌浆，传统的做法是采用压浆法来灌浆，即在0.5-1.0Mpa的压力下，将水灰比0.4-0.45的稀水泥浆压入孔道。众多工程实践和经验教训都表明：预应力筋的腐蚀大部分是由于施工工艺和浆体混合料配制不好造成的。在这种传统压力灌浆中，浆体本身和施工工艺带有一定的局限性，主要表现为：容易发生水泥浆离析、析水、干硬后收缩等现象，故而产生孔隙，给工程留下隐患；灌入的浆体中常会含有气泡，混合料硬化后变为孔隙，成为自由水的聚集地。这些水可能含有有害成分，易造成预应力筋及构件的腐蚀；另外也在北方严寒的地区，由于温度低，这些水会结成冰，可能会胀裂管道、形成裂缝，造成严重的后果。尤其是对于这种超长预应力束，采用一般压力灌浆法时，由于管道较长，对浆体的阻力就大，致使压浆泵负荷大，容易损坏，压浆管压力大也容易发生崩管等现象，另外还增加了灌注时间，增大了发生堵管现象的可能性，给预应力施工带来隐患。2.2 真空辅助压浆工艺的工作原理真空辅助压浆工艺工作原理为：在压浆之前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80%以上，使之产生-0.06至-0.1Mpa的真空度，然后用压浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以0.7Mpa的正压力。具体操作如图所示：在水泥浆出口及入口处接上封闭阀门，并用水泥团（或保护罩）将锚具处密封，将真空泵连接在非压浆端上，压浆泵接在压浆端上，启动真空泵，抽吸孔道中的空气，使孔道内达到-0.1MPa左右的真空度后，启动压浆泵，将搅拌好的水泥浆压入孔道，并最终施以0.4MPa的正压力，持续1-2min。真空辅助压浆原理图由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡；同时，由于孔道与压浆泵之间的正负压力差，减少了孔道的阻力，大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度；由于在水泥浆中减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，使灌浆形成一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间，提高了生产工效。3、施工设备压浆设备：强制式灰浆搅拌机，柱塞式灌浆机，计量设备、贮浆桶、过滤器、高压橡胶管、连接头、控制阀、压力表。抽真空设备：真空泵、负压表、负压箱、长透明管、钢保护罩、连接头、控制阀。4、真空辅助压浆工艺对材料的要求真空辅助压浆所用的材料，除塑料波纹管、专用锚具、专用添加剂外，其余材料同传统压浆工艺所用材料相同。4.1 塑料波纹管采用真空辅助压浆工艺时，宜选用高密度聚乙烯塑料波纹管，管道和其接头应有足够的密封性以防止水泥浆渗漏及抽真空时漏气，且其强度应能足以保持管道的形状，同时还应具有良好的柔韧性、耐磨性和绝缘性能，管道的材质不应与混凝土、预应力筋或水泥浆有不良的化学反应，管与管的连接，采用专用塑料连接器或塑料专用焊接机焊接。塑料波纹管与传统的金属波纹管相比有如下优点：1） 摩阻力小，塑料波纹管由高密度聚乙烯塑料HDPE制成，与钢束之间的摩阻力远远小于金属波纹管与钢束间的摩阻力。2） 密封性能较好，使孔道容易达到并维持真空且荷载作用前后均无渗透，不漏气，不漏水，能有效地杜绝雨水等有害介质腐蚀钢绞线。3） 耐温性和阻燃性较好，不易被电焊渣熔穿。4） 强度高，刚度大，不怕踩压，不易被振捣棒凿破。4.2 预应力专用锚具采用真空辅助压浆专用锚具，应存放在室内，并进行密封。4.3 专用添加剂添加剂应具有减水、缓凝和微膨胀等作用，但不能含有对预应力筋和水泥有损害的物质。由于不同的添加剂与不同的水泥品种相互作用不一致，因此必须通过相应的试验来验证其品种的适用性及用量，一般掺量为水泥用量的3%-5%。通过试验确定本工程减水剂掺量为3%。这些添加剂的加入可以起到以下作用：1）改善水泥浆的性质，降低水灰比，减少孔隙泌水，消除离析现象。2）降低硬化水泥浆的孔隙率，堵塞渗水通道。3）减少和补偿水泥浆在凝结硬化过程的收缩和变形，防止裂缝的产生。 4.4 水泥浆真空吸浆法采用的水泥浆不能含有任何对预应力筋有腐蚀作用或对水泥有影响的有害物质。清洁的饮用水可以直接用于拌制水泥浆，但如果施工条件不便，需使用其它水源拌制水泥浆时，则应对水质进行化学分析，控制有机物、氯化物等的含量。水泥应采用普通硅酸盐水泥，标号不低于425号，并对水泥细度，存放时间等严格控制。水泥浆的水灰比应控制在0.30.35，水泥浆中掺入适量膨胀剂后，其自由膨胀率应小于5%，水泥浆在必要时应掺入适量缓凝剂，控制初凝及终凝时间，一般初凝时间不小于3小时，终凝时间不大于17小时。5、浆体的配合比设计5.1 浆体配合比确定浆体设计是压浆工艺的关键之处,合适的水泥浆应是：1） 和易性好（泌水性小、流动性好）；2） 硬化后孔隙率低，渗透性小；3） 具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；4） 具有高的抗压强度；5） 具有有效的粘接强度；6） 具有好的耐久性。为了防止水泥浆在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，使水泥浆在凝固后密实，需要掺入适量添加剂。5.2 水泥浆的各项指标1）流动度要求：搅拌后的流动度为小于60S。2）水灰比：0.30.4，为满足可灌性要求，一般最好选用在0.30.38之间。3）泌水性：小于水泥浆初始体积的2%；4）初凝时间：6h；5）体积变化率：02%；6）强度：7天龄期强度大于40Mpa；7）浆液温度：5T浆液25，否则浆体容易发生离析。6、真空压浆的工艺流程真空压浆的工艺流程为：压浆前的准备工作开动真空泵抽真空混合料搅拌成浆压浆清洗配件。6.1 压浆前的准备工作1) 预应力钢绞线张拉完毕后，切除外露钢绞线，外露量保证在30mm左右。2) 用1：5的石膏和水泥将锚板封闭，这样有利于孔道两端的密闭性，抽真空时不漏气，加压时不跑浆。用砂纸将锚垫板表面的杂物和浮锈打磨干净并清理螺栓孔内的杂物。3) 用湿润水泥团封堵，后用双层塑料薄膜密封并绑扎固定在锚具上。保证了管道的密封。封锚提前二天进行，在压浆之前进行检查，对有漏气的地方再用玻璃胶处理，以确保孔道密封。4) 在锚垫板上安装压浆管，球阀，并均能正常关闭，开启。5) 在两端球阀后面分别接上压浆设备和抽真空设备。6) 检查设备连接及电源、水管路、材料准备到位情况，在各种设备安装完毕后，用水灰比0.45的稀浆压入孔道少许润滑孔道并用高压空气将孔道内的稀浆吹出，以保证孔道清理干净。7) 关闭压浆端球阀，试抽真空当孔道内真空度达到-0.1MPa并保持稳定时停泵1min，若压力降低小于0.02MPa即认为孔道内可达到并维持真空。8) 拌制水泥浆：搅拌水泥浆前，加水空转数分钟后将水倒净，使搅拌机内壁充分湿润，将称量好的减水剂，膨胀剂加入搅拌机搅拌1min出料。注意：a.水泥浆出料后应马上泵送否则应不停搅拌。b.必须严格控制用水量。c.未及时使用而降低了流动性的水泥浆不得使用，严禁采用加水的方式增加流动性。d.水泥浆温度最好控制在25以下。6.2 注浆1) 关闭除与真空泵连接的所有阀门，启动真空泵，开始抽真空，真空度要求到到-0.1MPa左右，不可过高，但不得低于-0.08MPa并保持。2) 启动压浆泵，将水泥浆加到灌浆泵中，当高压管出口处流出的浆体与水泥浆浓度相同时，表明泵和管中的水份、气体已被排除干净，停泵，将高压管接至高压端阀门上。3) 开启压浆端阀门并开启压浆泵，将一准备好的水泥浆压入孔道。由于管道较长，在注浆过程中我们采用配比如下：水泥：水：高效减水剂1：0.38：4%，使浆体流动度控制在222S，大于规范的14-18S，但灌浆过程十分顺利，所用时间比压力灌浆短，其他指标满足规范要求。并且为保证灌浆的连续性，考虑储备，每拌和好0.5立方米后，才予以连续灌浆。4) 继续压浆，从透明胶管中观察水泥浆情况，当浆体流动连续稳定无气泡时，打开通往废浆桶的阀门，关闭真空泵。浆体前端的水和部分稀浆允许进入负压箱，但要严格控制，不允许进入真空泵。5) 继续压浆至排出的水泥浆与压入水泥浆稠度一致、流出顺畅无间断时，关闭抽真空阀门，开始加压，当压力达到0.4MPa以上时，持压2min。6) 关闭压浆端阀门，完成压浆。7) 球阀拆除清洗在半小时后至一个小时之间进行。8) 转入下一孔道压浆。7、 真空辅助压浆技术各项要求1) 封锚与压浆可分开进行，也可一次完成，保证了结构的整体性和美观。2) 灌浆前要进行孔道压力测试，这为孔道密封提供了保证。3) 对水泥浆液的配合比提出更高要求。4) 对工艺及设备要求高。水泥浆的配比、外加剂型号及用量、水泥浆的温度、孔道密封度等都将影响灌浆质量。5) 对孔道密封及预应力体系的锚固效率及安全性能提出了更高要求。6) 使用压力水冲洗过管道后，应及时使用高压风将孔道内的水分吹干净。7) 作为一个单项系统工程，在工序安排上，要从预应力孔道布置开始实施配套；作为一种操作性很强的全面新颖的技术，又要求操作人员工作流程清晰，技术全面，配合协调好。这些决定了它具有高水平的质量控制。8、结论通过工程实践证明，在