桥梁预应力孔道真空辅助压浆施工技术

桥梁预应力孔道真空辅助压浆施工技术探讨1、前言后张法的有粘结预应力结构中，预应力筋的防腐蚀以及与结构混凝土共同工作是通过水泥浆充满预应力筋与孔道之间的间隙来实现的。目前国内常用的方法是在混凝土内预埋金属波纹管，在预应力束张拉完成后，用活塞式或挤压式压浆机压入水泥浆体。这种传统的压浆工艺在许多工程实例中不同程度存在着：压浆不密实；不饱满；浆体产生离析、析水、干缩，产生孔隙等情况，降低了结构的耐久性。采用传统的普通压浆工艺，孔道长度大于30m或弯曲半径小于4m的预应力孔道的压浆质量存在着许多问题，并产生隐患。牛栏江特大桥上部结构箱梁预应力孔道分为纵、横、竖三个方向，纵、横向孔道有弯曲，半径比较大，但孔道比较长，主跨的纵向孔道最长的长度为170m。鉴于牛栏江特大桥的重要性和从结构的耐久性考虑，孔道压浆设计采用了真空辅助压浆的工艺。2．真空压浆工艺特性及要求（1）减少孔道中阻力，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，提高了生产工效；（2）强化了浆液的惯性流动与冲击及对孔道的充盈。在真空状态下，孔道内的空气、水份以及混在水泥浆中的气泡被消除，减少孔隙、泌水现象，确保了孔道灌注的密实性和浆体的强度，以及预防和克服对预应力筋的腐蚀，从而最大限度地提高了结构的耐久性和安全性；（3）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。（4）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。灌浆过程中因孔道具有良好的密封性，使浆液充满整个孔道的要求得到保证。（5）对水泥浆液的配合比提出更高要求。（6）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；作为一项操作性很强的项目，又要求操作人员工作流程清晰，技术全面，配合协调好。（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、孔道密封度等都将影响灌浆质量。（8）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。（9）真空压浆的工艺流程：开动真空泵抽真空→混合料搅拌成浆→压浆→清洗配件3、工程实例昭待高速公路是国道主干线（GZ40）二连浩特～河口公路在云南境内的重要路段，牛栏江特大桥为全线控制性工程之一。牛栏江特大桥为变截面单箱单室T型连续刚构桥，主跨170m。预应力体系为纵、竖、横三向预应力体系，纵、横向预应力束采用Φj15.24mm低松弛钢绞线，竖向预应力采用Φ32mm的40Si2MnMOV精扎粗钢筋，纵、横向预应力管道采用PT-PLUS塑料波纹管，竖向预应力管道采用镀锌金属波纹圆管，其中最长的预应力管道为牛栏江特大桥顶板T42号，设计钢绞线长度168.28m。3.11试验场地布置试验场地选择在预制梁场。首批架梁后预留部分场地进行预应力孔道注浆试验。（1）纵向170m真空注浆试验按牛栏江大桥箱梁顶板T42号纵向预应力钢束布置，钢束长度168．28m，竖弯7cm，横弯1．28m，试验位置设在现有T梁台座之间。（2）40m普通压浆试验按16合同段K353+307大桥40mT梁N1钢束布置，竖弯1．75m，横弯0，利用现有台座加长设置试件。（3）8m竖向精轧螺纹钢压浆对比试验牛栏江大桥箱梁竖向预应力钢束布置，试验位置设在T梁预制场待补端。（4）12m扁管横向预应力压浆对比试验按牛栏江大桥箱梁横向预应力钢束布置，试验位置设在现有台座上。（6）5m斜管压浆试验作为对水泥浆配比的可视注浆试验，位置设在T梁预制场待补端。3.2预应力孔道布置各试验预应力孔道严格按设计长度、平弯、竖弯高度及孔径布置，管道按50cm间距设置定位钢筋，除5m斜管为裸管外其余各管均用密实砼包裹，端面尺寸为：（1）纵向真空注浆试验试件中间断面30×30cm，两端部1m由30×30cm渐变为50×50cm，底模用50cm宽、8cm厚砼硬化，试件用普通钢模板组拼浇注。（2）40m普通压浆试验试件宽0．48m（与30mT梁底座同宽），高1．8m，用普通钢模板组拼浇注。（3）8m竖向精扎螺纹钢注浆试验试件断面30×30cm，采用普通钢模板组拼浇注。用钢管脚手架搭设井字型支架及平台。（4）12m横向预应力管道试验试件宽0．48m（与30mT梁底座同宽），高30cm，用普通钢模板组拼浇注。以下重点介绍170m纵向辅助真空压浆试验过程及结果3.3纵向辅助真空压浆试验：3.3.1试验目的通过对采用VSL真空辅助压浆工艺的孔道的压浆效果的饱满性，确定昭待高速公路刚构桥预应力孔道的真空辅助压浆的工艺流程。3.3.2预应力的布筋和试验试件的制作：以5合同段牛栏江大桥箱梁顶板T42号纵向预应力钢束布置，设计钢束长度168.28m，竖弯7cm，横弯1.28m，试验位置设在现有T梁台座之间。试件中间断面30×30cm，两端部1m由30×30cm渐变为50×50cm，底模用50cm宽、8cm厚砼硬化，试件用普通钢模板组拼浇注。3.3.3试验设备及材料（1）170m的试验试件所需的各种材料（2）VSLYJJ2型压浆机两台套；含：两头为3/4"管外螺纹、长200mm钢管4支，3/4"球阀4支，三通2个（与球阀配套）；（3）VSLCZB1型真空机两台套；（4）对讲机四部；（5）100mm的VSLPT-PLUS塑料波纹管：180m；对应的联结卡箍：5套（带观察孔）。（6）VSLCN6-19锚具：2套（带密封盖帽）；（7）钢绞线：3200m；（8）R52.5普通硅酸盐水泥2200Kg，HF真空压浆专用助剂260Kg；（9）其他辅助设备及材料，如：台式切割机、内六角扳手2把、玻璃胶、生料带和黄色胶带等：若干；3.3.4试验前期准备工作（1）钢铰线下料：按照上述尺寸下料；（2）制作场地：场地应平整、结实；铺设底板，绑扎骨架钢筋；按照孔道的实际曲线，焊接“U”形钢筋支架，其间距500mm；（3）将2根钢铰线整理好，放在“U”形钢筋支架，然后将波纹管逐段套入钢铰线中；（4）将波纹管和钢铰线就位，波纹管间用卡箍连接，并用黄色胶带裹好；（5）安装锚座，低端为压浆端，锚座上压浆孔朝下，另一端为抽真空端，锚座端面上孔朝上。波纹管和锚座连接处用黄色胶带裹好，锚座的表面用海绵蒙上，防止混凝土进入锚座表面各孔；（6）在“U”形钢筋上焊接横撑将波纹管定位、固定；（7）在孔道中间每隔30m安装一个带观察孔的卡箍，在其上安装塑料螺旋管，露出混凝土面的一端安装小黄盖，所有连接处均用黄色胶带裹好；（8）安装模板，浇筑混凝土；（9）混凝土凝固后，安装锚具，安装夹片，将多余钢绞线切除，安装密封盖帽，两端锚座上分别安装压浆铁管与抽真空铁管、球阀及快换接头。3.3.5设备的布置在孔道压浆一端附近并排摆放两台套压浆机，要求能使操作人员能够面对着孔道；在孔道另一端的锚座附近放置二台套真空机。3.3.6压浆作业（浆体的配比、压浆，由VSL负责，）（1）试抽孔道真空：开启真空机，一直抽到孔道内真空度为70%左右，否则，应检查孔道泄露的地方；（2）拌制水泥浆体：水灰比按照0.33，添加剂为11%的配比要求进行拌浆，二桶浆都拌好后，做稠度测试，泌水率测试，做强度试块。记录人员认真做好记录；（3）判定浆体合格后，开启压浆机的压浆泵输送浆体，将压浆胶管里的水及空气排掉，一直到从管里出的浆稠度和搅拌桶里的稠度基本一致，然后通过快换接头将压浆胶管接上孔道压浆口的三通上，待命；（4）开启真空机，一直抽到孔道内真空度为70%左右，此时当真空表指针不再偏转时，操作人员应立即通过对讲机向指挥员报告。（5）指挥员命令立即打开压浆口三通的一个阀门，同时开启与其相通的压浆机的压浆泵，进行压浆。初始压浆时，须使用慢速档，发现压力无异常时，立即换快速档进行压浆。当该压浆机的一个搅拌桶浆压完时，关闭桶底阀门，打开另一搅拌桶的阀门，继续压浆，就这样循环操作；（6）当浆从抽真空端的真空管流出时，应关闭三通上通向真空机的阀门，打开排废管的阀门，让浆从排废管流出，当浆的稠度合适时，关闭抽真空端铁管上的阀门。关闭真空机；（7）用高压水将真空管内水泥浆冲洗干净；（8）打开抽真空端盖帽上的堵头，点动压浆泵，将稀浆和空气排掉，稠度合适时，关掉压浆泵，再将堵头盖上；（9）按顺序依次打开各螺纹管上的小黄盖，点动压浆泵，让浆从螺纹管中流出，稠度合适时，先将压浆泵停掉，再将小黄盖拧上；（10）打开压浆端盖帽上堵头，点动压浆泵，将稀浆和空气排掉，稠度合适时，关掉压浆泵，再将堵头盖上；（11）最后，开启压浆泵进行保压，压力为0.5Mpa左右，时间不少于2Min；（12）停掉压浆泵，关闭压浆口阀门，用高压水将压浆管及压浆机内的水泥浆冲洗干净，压浆结束。3.3.7压浆质量评估标准及方法（1）24小时后，打开两端盖帽上的排气孔堵头，此时两孔内应饱满，密实，不应有明显凹陷、气孔及微末浆。（2）浆体凝固后，将观察孔螺纹管上的小黄盖打开，管内应充满浆体。（3）压浆时，浆体3小时的泌水率不能大于2%，24小时后的浆体不能有明显收缩。（4）7天后，切割取样。取样的位置可由需方指定，如需方没有指定，原则上在靠近两端和中间部位三处取样。切割后，观察断面有无气孔和空洞，如有空洞，测量空洞的大小。允许空洞的面积不大于断面面积的5%，即浆体的饱满度不小于95%。3.8试验结果（1）通过现场试验水泥净浆各项指标及送检水泥净浆试块，三天时间强度超过30Mpa，认为水泥净浆合格。（2）补压时，出浆端压力较大，通过钢绞线间隙泌出水分及稀浆，可喷出4m远。补压结束以泌水基本排空为度，稳压时间达到规范要求。（3）孔道清洗吹干较仔细，灌浆净历时较为均匀一致。（4）拆除两端球阀观察，锚垫板上进、排浆孔水泥浆较为硬实，不流淌，用手指按压，能够留下模糊指印。（5）压浆两天后观察，压浆孔硬化水泥浆有轻微外凸。（6）下图为170m试件取样剖开照图。左图为高点的取样，左管为真空压浆效果，右管为普通压浆效果；右图为低点的取样，左管为普通压浆效果，右管为真空压浆效果。可以看出，无论是最高点还是最低点，真空压浆工艺都能达到很好的压浆饱满程度，而普通压浆在最高点的压浆效果很差，在低点也不能饱满。左图：高点试样右图：低点试样4、总结与经验浆体的配合比设计是真空压浆工艺的关键之处，合适的水泥浆应是：和易性好、硬化后孔隙率低且渗透性小、具有一定的膨胀性、高的抗压强度、有效的粘接强度和耐久性。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，添加少量的外加剂。为使水泥浆在凝固后密实，则掺入添加剂如超塑剂。其配合比的试拌及各项指标如下：（1）流动度要求：搅拌后的流动度为小于60S。（2）水灰比：0.3～0.4，为满足可灌性要求，一般选用水泥浆的水灰比最好在0.3～0.38之间。（3）泌水性：小于水泥浆初始体积的2％；四次连续测试结果的平均值小于1％；拌和后24h水泥浆的泌水应能被吸收。（4）初凝时间：6h（5）体积变化率：0～2％（6）强度：7天龄期强度大于40Mpa（7）浆液温度：5℃≤T浆液≤25