跨海大桥70m预应力砼箱梁真空辅助压浆施工质量控制[全面]

1、杭州湾跨海大 桥70米预应力砼箱梁真空辅助压浆施工质量控制刘吉元1 竺裕北2 李志敏1(1.铁道科学研究院,北京,100081 ;2.浙江嘉绍高速公路有限公司,嘉兴,314001)摘 要 本文介绍了 杭州湾跨海大 桥70米预应力砼箱梁真空辅助压浆模拟试验及其在实际施工过程中应用时的 质量控制要点.关键词 杭州湾跨海大 桥 预应力砼箱梁 真空辅助压浆 质量控制一、概 述杭州湾跨海大 桥是国道主干线同三线跨越杭州湾的 便捷通道,全长36千米.大 桥海上引桥上部结构全部采用跨度 70米、先简支后连续的 预应力混凝土箱梁,全桥70米箱梁共计540片,分布在北引桥、中引桥、南引桥及南、北航道桥高墩区,海

2、上分布长度 长达18.27千米(双幅).全部箱梁均在海盐预制场预制,由两艘运架一体船吊运至桥位进行架设,再通过浇筑湿接头,张拉预应力筋,由简支梁转换为连续梁.杭州湾跨海大 桥工程规模大 ,技术含量高,施工环境恶劣,均为世界罕见.大 桥设计使用寿命100年,特殊的 海洋性环境对结构耐久性提出了 严格要求,作为大 桥上部主体结构的 70米箱梁如何保证其耐久性显得十分重要.本文将从孔道压浆方面阐述提高预制箱梁耐久性的 方法.二、真空辅助压浆工艺原理塑料波纹管及真空辅助压浆工艺,是VSL在20世纪90年代初,为回应土木工程业界就预应力混凝土构件的 钢绞线存在可能发生的 电化学腐蚀和氧化腐蚀两个技术问题

3、所研发起来的 一种新的 预应力工艺.这种完全密封和水密封的 系统提供了 卓越的 防腐蚀保护,同时减少了 钢绞线和管道之间的 摩擦,使得预应力损失减小 ,节省了 钢绞线,降低了 工程造价,在预应力工程中具有广阔的 应用前景.真空辅助压浆体系是以塑料波纹管将孔道系统密封,一端用抽真空机将孔道内80以上的 空气抽出,并保证孔道真空度 在80左右,同时压浆端压入水灰比为0.30.35的 水泥浆,当水泥浆从抽真空端流出且稠度 与压浆端相同,再经特定位置的 排浆,保压手段保证水泥浆体饱满.1.工艺特点(1)消除普通压浆法引起的 气泡,同时使孔道中残留的 水珠在接近真空的 情况下被气化,随同空气一起被抽出,

4、增强浆体的 密实度 ;(2)消除混在浆体中的 气泡,避免有害水积聚在预应力筋附近,防止预应力筋的 腐蚀;(3)通过配合比试验,改进浆体的 设计,降低泌水、干硬收缩等对浆体密实度 的 影响;(4)孔道在真空状态下,减少由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的 压力差,便于浆体充盈整个孔道,尤其是一些关键部位.2.塑料波纹管的 优点(与金属波纹管比较)(1)摩擦阻力小 ,减少预应力摩阻损失;(2)密封性好,可使用真空辅助压浆;(3)耐腐蚀、不生锈,利于钢绞线的 保护;(4)不导电,能保护预应力筋抗杂散电流;(5)强度 高、刚性大 ,不易被振动棒振破;(6)可焊接连接,无需另配接头,成本低,材料损耗小 .

5、3.水泥浆的 设计水泥浆的 设计是真空辅助压浆的 关键之处,配制真空辅助压浆浆体基本原理,改善水泥浆的 性能,降低水灰比,减少空隙、泌水,消除离析现象;减少和补偿水泥浆在凝结过程中的 收缩变形,具有较高的 抗压强度 .采用VSL公司生产的 专用浆体外加剂(含阻锈剂)的 水泥浆符合以下要求：(1)采用普通硅酸盐或硅酸盐水泥,标号不低于42.5;(2)浆体水灰比规定为0.30.35,一般控制在0.33;(3)泌水率：小 于2,泌水应在24h内被浆体吸收;(4)流动性：1418s;(5)膨胀率：小 于5;(6)初凝时间大 于3h,终凝时间小 于24h;(7)28天龄期强度 ,浆体抗压强度 大 于40

6、米Pa.4.压浆泵采用螺杆式压浆泵,压浆连续,压力和浆体流量脉动小 ,不会导致空气混入孔道,克服了 采用挤压式和柱塞泵式压浆不连续、容易进入空气、极易造成孔道压浆不饱满的 情况.三、真空辅助压浆模拟试验杭州湾跨海大 桥设计使用寿命100年,根据杭州湾跨海大 桥专用施工技术规范(以下简称技术规范)的 要求,70米预应力砼箱梁采用真空辅助压浆工艺,为保证真空辅助压浆的 效果,我们组织进行了 斜管试验、模拟压浆试验,制定了 真空辅助压浆的 工艺流程.1.斜管试验进行斜管试验的 目的 在于：展示采用真空辅助压浆工艺压浆时浆体在孔道中的 实际运动情况,以及压浆后浆体的 泌水性能、微膨胀性能、浆体终凝后的

7、 密实情况等实际压浆效果,检验水泥浆是否达到相关要求;通过试验观察浆体的 泌水率、泌水能否在24h被浆体吸收等.(1)管道及支架制作.支架采用型钢制作,倾斜度 约为30.管道为透明玻璃管,管内径为80米米,长5米.两端管盖安装应确保密封并能承受压浆所需的 压力而不漏浆. 图1 斜管布置示意图 图2 实际试验用斜管(2)试抽管道真空.在排气阀一端(高端)接上真空泵,进浆口一端(低端)接上压浆泵,检查并确保管道无漏气的 地方.(3)拌制与模拟压浆试验梁相同配合比配制的 浆体.(4)开启真空机,一直抽到孔道内真空度 为0.08米Pa以上且不再上升为止.(5)开始压浆.压浆过程中真空机始终保持抽真空工

8、作.当浆体从试管顶端流出时,关闭出浆口阀门,关闭真空机. 图3 斜管压浆状态 图4 压浆后的 养护状态(6)压浆机继续工作,当压力达到0.5米Pa左右开始保压,保压时间2米in.保压结束后点动压浆泵补压至0.5米Pa以上,关闭压浆端阀门,对压浆机卸压后关闭压浆泵,结束压浆.(7)拆除压浆管道,用湿麻袋覆盖玻璃管,防止太阳直晒并保持麻袋湿润.(8)斜管观测：观测发现6小 时后斜管内有少量泌水,但由于管子是斜面且由于压浆密封时用不干胶将管头包住,泌水率无法测量.观测发现24小 时后泌水被吸收.48小 时后斜管圆周方向上部一侧有许多针孔状气孔,且该气孔顺管道方向均匀分布.72小 时后浆体出现裂纹,裂

9、纹的 间距在500700米米之间.一个星期后裂纹贯通圆截面.从裂纹来看浆体有收缩现象.(9)切片检验情况：对斜管切片取样后观察切口部位,结果表明：浆体密实、表面无气孔. 图5 收缩引起的 裂纹 图6斜管压浆端及出浆端切片样品2.模拟压浆试验试验目的 ：真实模拟实际压浆过程,对波纹管成孔及成孔后的 抽真空状态是否能达到规定压力进行验证;按照试验给出的 浆体配合比拌制浆体,验证配合比能否满足技术规范的 规定以及压浆工艺是否具有可操作性,浆体性能指标是否切合实际;验证实际压浆的 密实度 以及浆体对钢绞线的 包裹保护情况;验证压浆工艺能否满足设计及施工要求.(1)预应力管道制作1)按照杭州湾70米箱梁

10、施工图,选取腹板束W4、底板束B6、顶板合拢束T8及横向预应力孔道制作一片矩形梁,矩形梁长70米.在矩形梁上真实地模拟以上四个孔道制孔.其中1号孔道左边半跨模拟W4、右边半跨模拟B6,2号孔道模拟T8,3、4号孔道模拟横向预应力孔道.图7 孔道制作方案 图2)1号管道制作预埋100波纹管时在跨中安装压浆管道接口装置,并将管道接口引至梁外,用于观察出浆情况;2号管道预埋100波纹管,3、4号管道预埋7623扁波纹管.3)按照管道坐标在梁体中安放定位网钢筋,定位网钢筋直线段间距800米米、曲线段间距500米米,以保证管道位置准确(此间距也是真实地模拟70米箱梁预应力管道的 定位网间距).4)1号管

11、道两端安装22孔锚垫板,2号孔道两端安装19孔锚垫板,3、4号管道两端安装P锚锚垫板.5)矩形梁混凝土浇灌前应检查管道各个接口是否严密,中部观察管是否堵严,波纹管与锚垫板接口处用密封胶封严,确保管道不漏浆.6)本试验梁采用C50海工混凝土.7)混凝土灌注完毕后用专用检孔器对管道进行检查,除4号管道有局部漏浆堵管现象外,1号3号管道无漏浆堵管.对堵管孔道及时进行疏通以确保钢绞线穿束顺利.8)浇灌后连续洒水养护不少于7天.(2)预应力筋安装及张拉1)按照各个管道的 长度 制作钢绞线束,其中1、2号管道预应力筋长度 为管道长度 加两端各预留800米米,3、4号管道预应力筋长度 为管道长度 加两端各预

12、留400米米.下料长度 误差不大 于50米米.2)钢绞线下料后间隔4.5米用铁丝绑扎编束,整束穿放,钢绞线不应扭结打绞.1、2号管道采用卷扬机穿放,3、4号管道灌注混凝土前钢绞线随P锚安装到位.3)安装锚具前将锚垫板上水泥浆清除干净,保证锚环与锚垫板密贴.将锚具对应安装到各个管道的 端部,钢绞线对应穿入锚环孔中后用一截短钢管将夹片敲紧.4)为保证钢绞线在孔道中顺直以便真实地模拟压浆过程,对钢绞线进行张紧,张拉力取0.050.4k.张拉用单根张拉千斤顶.5)预应力筋张拉完后用砂轮机切掉两端多余钢绞线,锚外预留长度 约35米米.切割时须保证外露钢绞线齐平,不得长短不齐而影响压浆密封盖帽的 安装.(

13、3)压浆1)压浆前按照事先试验确定的 配合比,将辅助添加剂、水泥分袋装好备用,水用桶称量.2)抽真空机及压浆机安装方式如下：在待压浆的 管道两端安装密封盖帽及连接管.梁体一端预留接口上安装压浆管及压浆机,另一端安装抽真空机,3号管道采用高端压浆,4号管道采用低端压浆(1、2号管道两端高度 一致).3)压浆机、抽真空机及附件连接好后,对孔道试抽真空,检查并确保孔道无漏气现象.4)按照试验确定的 配比拌制水泥浆.5)压浆前做泌水率测试和稠度 (流动度 )测试,制作强度 测试试件,做好记录.6)水泥浆指标必须符合技术规范中真空辅助压浆的 技术要求.7)开启压浆机前,将压浆胶管里的 水排掉等待正式压浆

14、.8)开启真空机一直抽到孔道内真空度 达到0.07米Pa左右且真空度 不再上升.9)开始压浆,初始压浆时,须使用慢速档,发现压力无异常时,可立即换快速挡进行压浆.10)当水泥浆从抽真空端的 真空管流出时,应关闭通向该真空机的 阀门,关闭真空机.同时打开排废管的 阀门,让水泥浆从排废管流出,当流出的 浆稠度 合适时,关闭抽真空端的 阀门. 图8 准备拌浆 图9 排除废浆 图10 1号管道抽真空端 图11 3号管道压浆端11)当压浆的 压力逐渐上升到0.5米Pa时,开始保压,保压时间为2 米in,保压结束后点动压浆泵,以便压力维持在0.5米Pa以上.即可关闭压浆端的 阀门,并打开安全阀卸压.12)

15、关掉压浆泵,关闭压浆端阀门,结束压浆作业.13)压浆孔道进入自然养护期.14)切片取样检验.压浆7天后对跨中截面、出浆口一端截面凿开检查压浆质量.跨中截面凿开约1.5米取样长约1米.通过凿开的 实物观察4号管道有浆体包裹,但钢绞线周围有少量缝隙,其余1号3号管道水泥浆密实,钢绞线完全被包裹住. 图12 凿出管道 图13 管道切片取样四、真空辅助压浆质量控制70米预应力砼箱梁单片中跨箱梁纵向预应力管道需压浆6.8米3,横向需压浆2.1米3;边跨箱梁纵向需压浆7.4米3,横向需压浆2.2米3.真空辅助压浆过程质量控制要点如下：(1)终张拉完毕后应尽快压浆,其间隔时间一般不得超过3天.(2)为保证压

16、浆过程顺利进行,专业压浆施工组至少应配备足够人员协同作业.(3)水泥浆的 性能必须满足以下要求：水泥浆体的 水灰比应控制在0.30.35;水泥浆的 泌水率宜控制在2以内,泌水应在24小 时内被浆体吸收;浆体流动度 宜控制在1418s;浆体膨胀率5;初凝时间应3小 时,终凝时间24小 时;压浆时浆体温度 应不超过32.(4)为使水泥浆达到所需的 浆水特性,可在浆体中加入化学添加剂,添加剂应具有减水、缓凝、微膨胀、阻锈和增加浆体和易性等作用,但不得含有对预应力筋和水泥有损害的 物质,尤其不得含有氯化物和硝酸钙等腐蚀性介质.另外,添加剂中所含的 膨胀成分严禁含有铝粉.(5)70米箱梁压浆用浆体配合比

17、为：水泥：添加剂：水1：0.11：0.335,每盘浆体材料用量为水泥：添加剂：水180：19.8：60.3(千克).为计量及施工方便,要求辅助添加剂厂家产品按每袋19.8千克装袋,本工程压浆水泥选用散装水泥,散装水泥按45千克装袋,压浆前称量装袋.每片梁压浆前应将全部压浆用的 水泥装袋备用,装袋后的 水泥存放离地面不得少于20厘米,堆码后覆盖油布以防受潮.(6)清除锚垫板上浮浆及杂物,检查密封罩盖上的 螺栓孔是否有堵塞及杂物,若有堵塞情况应用丝锥清孔.在压浆密封罩盖上安装O型橡胶圈,在O型橡胶圈周围涂抹一层玻璃胶,压浆密封罩盖用螺栓固定在锚垫板上,密封罩盖四周应均匀受压,不得受压不匀而漏气.将

18、真空泵连接在非压浆端上,压浆泵连接在压浆端上,以串联的 方式将负压容器、三向阀门和锚垫板压浆孔连接起来,其中锚垫板压浆孔和阀门之间用透明塑料管连接.(7)压浆前先开启真空泵对管道抽真空,同时开启拌浆机并加水,加入添加剂,再加入水泥.加水泥时应缓慢不得将整袋水泥一下倒入桶中.水泥加入后搅拌时间不少于5米in,总共搅拌时间不少于6米in.(8)第一桶浆体搅拌后应测试流动度 ,当流动度 在1418s之间时即为合格.浆体流动度 测试完后,开启搅拌桶阀门浆体进入压浆桶,同时开启压浆桶搅拌轴.压浆前关闭所有的 排气阀门(连接真空泵的 除外),当真空泵显示管道真空度 达到0.07米Pa时即可开始压浆.开始压浆时应在缓慢档位上,当压力表没有急剧升高现象时即可转至快速档压浆.为确保浆体充盈整个管道,保证压浆密实度 ,压浆过程采用“二次出浆工艺”.当浆体从真空端(出浆端)透明管中出现时,应立即关闭抽真空机及抽真空端阀门,同时打开排废管的 阀门,让水泥浆从排废管流出(即“一次出浆”),当流出的 浆稠度 合适时,关闭排