桥梁预应力管道真空辅助压浆施工技术及应用

桥梁预应力管道真空辅助压浆施工技术及应用粤赣项目部 王 智【摘 要】通过从浆体原材料的选用、机械设备选用、实际现场控制等方面提出了真空辅助压浆施工工艺操作过程以及注意事项。【关键词】预应力管道 真空辅助压浆 技术 应用1. 传统压浆施工技术的缺陷在公路桥梁建设中，后张法预应力管道压浆不密实问题曾被交通部列为公路桥梁建设中的顽疾之一。浆体的空隙主要来源于以下几个方面：水泥浆离析、析水、干硬收缩、预应力管道起伏长曲线顶部的空隙以及浆液搅拌过程中混入的空气。空隙的存在降低了浆体强度，也降低了水泥浆对钢绞线的握裹力，影响了梁体结构与钢绞线受力传递的均匀性。空隙也成为自由水的聚集地，这些水可能含有有害成份，会使预应力筋锈蚀。在北方严寒地区，气温过低时这些水份会结冰，可能涨裂梁体管道形成裂缝，从而影响结构物耐久性，造成安全隐患。国外就曾有相关的惨痛教训，在欧洲有些国家已经禁止使用传统的压浆方式。针对传统压浆工艺暴露出的诸多问题，工程技术人员探索出了一套成熟、行之有效的提高压浆质量的理论和技术，这就是真空辅助压浆技术。近几年已经开始在我国重点工程和大项目逐步应用。2. 真空辅助压浆的基本原理在压浆前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度高达80%以上，实际产生-0.060.1MPa的真空度，然后用压浆泵把搅拌好的水泥浆从孔道的另一端压入，压力0.0.MPa。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机之间的正负压力差存在，大大提高了孔道压浆的饱满度和密度。彻底克服了孔道曲线顶点位置压不满的现象。另外，采用了较小的水灰比，添加了专用外加剂，提高了水泥浆的流动性，减少了水泥浆的离析和干硬收缩，从而保证了浆体的可施工性、孔道充盈的密实性，也提高了浆体硬化后的强度。可见，真空辅助压浆工艺是提高预应力砼结构安全性和耐久性的有效措施。3. 真空压浆的工艺特点和要求3.1 压浆时，减少了孔道中的阻力，加速了浆液的流动，形成一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间，提高了生产效率；3.2 增强了浆液的惯性流动以及对孔道的充盈。在真空状态下，孔道内的空气、水份以及混在浆液中的气泡被消除，减少孔隙、泌水现象，增强了孔道压浆的密实性和浆体的强度，预防和克服了预 应力筋的锈蚀，很大程度上提高了结构的耐久性和安全性；3.3 封锚与压浆可分开进行，也可一次完成，便于工序安排。3.4 对孔道及端口的密封要求更高。灌浆过程中孔道良好的密封性，保证了浆液充满整个孔道的要求。3.5 对水泥浆液的配合比、浆液的质量要求更为严格。3.6 对操作要求高。在工序安排上，要从上道工序开始做好相应的配套准备工作，操作人员要对工作流程清晰，技术全面，配合协调好。3.7 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、孔道密封度等都将直接影响灌浆质量。4. 主要设备的选用及其连接4.1 真空压浆的主要设备有：真空泵、浆液搅拌机、压浆泵、高压管、连接头、阀门、压力表、盛浆桶等。4.1.1 抽吸空气的真空泵是最重要的设备，宜选用水环式真空泵，真空泵应设置有水气分离器和浆体过滤贮存器罐，抽取的空气向上排走，水则流回泵供水口循环使用，抽吸的孔道内的杂质和稀浆则应留存在过滤器罐内，通过过滤器罐底部的排污阀放掉。4.1.2 选用的搅拌机是否合适将很大程度上影响到拌制浆体的均匀性。实践证明，选用强制式搅拌机拌制的浆体均匀性较好，而使用叶片水平回转的搅拌机拌制的浆体均匀性差，浆体较易离析、析水沉淀。4.1.3 传统的活塞式压浆泵，可能会由于其活塞缸的气密性较差而使灌入的浆体混进空气，而且因活塞往复运动出口处压力波动大，压力表指针摆动剧烈，无法准确控制压力。现在逐步推广使用的螺杆式灌浆泵，由于浆体为连续注入，不易混进空气，压力平稳可调，易于控制，应优先选用。4.1.4 进口、出口的所有截止阀必须满足气密性要求，连接管应能承受负压。为了便于观察浆体，所有连接管应选用透明管。盛浆桶的大小应满足能盛放浆体的体积大于需要压浆的一道预应力孔道的体积。4.1.5 压浆泵压力表和真空压力表。压力表应事先标定。4.2 真空压浆设备连接示意图搅拌机压浆泵阀1梁 体阀2真空泵阀3图1：真空压浆设备连接示意图5. 浆体原材料的要求及配合比设计5.1 浆体的组成：浆体由水泥、水、外加剂组成，对材料的要求：5.1.1 水泥：一般采用强度不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。5.1.2 水：水中硫酸盐含量不能大于0.1%,氯盐含量不能大于0.5%,水中不能含有糖份或悬浮有机质，一般的饮用水可用。5.1.3 外加剂：最好采用专用浆体外加剂，用量按产品说明书添加。5.2 浆体的配合比设计5.2.1 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）有良好的防腐性能和稠度。（3）硬化后孔隙率低，渗透性小。（4）低收缩、不收缩或具有一定的微膨胀性，确保孔道填充密实。（5）高的抗压强度，有效的粘接强度。（6）耐久性。5.2.2 为了保证水泥浆在管道中的流动性，防止水泥浆在压注过程中产生析水以及硬化后开裂，使水泥浆在凝固后密实，采用掺加少量的外加剂来改善水泥浆的性质，降低水灰比，减少孔隙、泌水，消除离析现象，降低硬化水泥浆的孔隙率，堵塞渗水通道，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。配合比及各项指标：（1）水灰比：0.290.38之间；（2）浆体泌水率：水泥在拌和3小时后,其泌水率应小于2%,且泌水应在24小时内被浆体完全吸收；（3）浆液温度：水泥浆搅拌及压浆时浆体温度：5T浆液35，否则浆体容易发生离析；（4）初凝时间：3-4h；（5）稠度：20秒35秒； （6）体积变化率：02；（7）强度：7天龄期强度大于40Mpa。6. 真空压浆的施工工艺6.1 准备工作6.1.1 张拉施工完成后，要切除外露的钢绞线, 保留锚垫板上的压浆孔 用无收缩水泥砂浆封锚，并将锚板、夹片、外露钢绞线全部包裹，覆盖层大于2cm，进行封锚；6.1.2 在压浆前孔道两端必须采用气密锚帽密封。施工前将锚垫板表面和锚垫板上的压浆孔清理干净，在锚帽底面与橡胶密封圈表面均涂一层玻璃胶，装上橡胶密封圈，将锚帽与锚垫板上的安装孔对正，用螺栓拧紧。6.1.3 在压浆前，用高压风清理孔道内灰尘、砂、水及其他杂物，确保孔道畅通、清洁、干爽，保证灌浆孔与孔道畅通连接。6.1.4 确定梁体抽真空端与灌浆端，安装引出管、球阀和接头，按真空压浆设备连接示意图（见图1）进行各单元体的连接，并检查管路各接头的密封性和设备功能，确保施工安全、顺利。6.2 试抽真空关闭阀门1、3，打开阀门2，启动真空泵，观察真空压力表的读数，应能达到-0.07-0.1MPa。当孔道内的真空度保持稳定时，停泵1min，若压力降低值小于0.02MPa即可认为孔道能基本达到并维持真空状态。如不能满足此数据则表示孔道未能完全密封，需在压浆前进行检查处理。6.3 拌浆6.3.1 搅拌机拌浆前先加水空转数分钟，使搅拌机内壁充分湿润，将积水排干净；6.3.2 严格按照配合比称量配料，将称量好的水倒入搅拌机，边搅拌边倒入水泥，水泥加完后再搅拌35min直至均匀；6.3.3 将溶于水的外加剂和其它液态外加剂倒入搅拌机，再搅拌23min，然后经网筛过滤排入盛浆浆桶；6.3.4 倒入盛浆桶的浆体应尽量马上泵送，否则在泵送之前要不停地搅拌。6.4压浆6.4.1 启动真空泵，使真空度达到并维持在-0.08MPa左右，此时打开阀门3，启动压浆泵，当从阀门3射出的浆体稠度达到要求稠度时，关闭阀门3，打开阀门1开始压浆，灌浆过程中保持真空泵连续工作。6.4.2 观察浆体在透明管中的流动情况，待抽真空端的空气滤清器中有浆体经过时关闭阀门2，再关闭真空泵。打开真空泵过滤器罐底部的排污阀，当出浆流畅、稳定且稠度与盛浆桶浆体基本一样时，维持压浆泵的压力为0.40.7MPa， 保持12分钟，然后关闭阀门1，再关闭压浆泵。6.4.3 拆除外接管及各种附件，进行下一孔压浆，安装在压浆端和出浆端的阀门和接头应在水泥浆终凝后拆除。6.4.4 一工作班完成后及时清洗设备和部件。7. 真空辅助压浆注意事项7.1 孔道宜在张拉完成后3天内进行压浆。7.2 压浆时气温不宜高于35，压浆完成后48小时内温度不得低于5。7.3 设备和附件的质量直接影响施工质量和操作人员的人身安全，必需选用质量好、可靠性高的产品。7.4 在压浆前若发现管道内残留有水份或赃物，应使用高压风将残留在管道中的水份或赃物清除，尽量不要用水冲洗，如果进行了冲洗，也要用高压风将孔道吹干再压浆。7.5 整个连通管路的气密性必须认真检查，合格后方能进入下一道工序；7.6 拌制浆体时，要严格按配合比称量配料，严禁采用增加水的办法来增加其流动性。7.7 在整个压浆过程中，每一工作班应留取不少于3组的70.770.770.7mm的立方试件，并进行标准养护，以便检查浆体质量。7.8 因意外原因压浆不能连续压满时，应立即用高压水将孔道冲洗干净。8. 工程实例广东粤赣高速公路松山排大桥左线桥跨布置为：(25m+50m+25m)连续箱梁525m简支T梁。箱梁地板宽9m，顶板宽13m，有三道纵梁。每道纵梁6孔，纵向预应力钢束10-15.24，管道采用塑料波纹管，内径100mm，锚具采用M15-10。预应力孔道最长100.49米，中间没有留排气孔。浆体配合比：水泥:水:外加剂=1:0.36: