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橋梁預(yù)應(yīng)力真空壓漿施工技術(shù)

隨著我國預(yù)應(yīng)力橋梁的大量使用，對后張預(yù)應(yīng)力孔道灌漿中采用真空輔助灌漿法施工的工藝也越來越重要，這就要求我們更加重視這項(xiàng)技術(shù)。

1．真空輔助灌漿的必要性

總結(jié)施工技術(shù)革新發(fā)展的一般情況，基本上由：施工中進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)需要而改進(jìn)而變革、或向著技術(shù)完善本身方面進(jìn)一步發(fā)展、或是施工中及在交付使用后發(fā)生問題進(jìn)行思考總結(jié)后的應(yīng)對方法，真空輔助壓漿法的形成和發(fā)展（驗(yàn)證）即屬于第三項(xiàng)。
在后張有粘接預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間的共同工作以及預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕是通過在預(yù)埋孔道中灌滿水泥漿來實(shí)現(xiàn)的；另外，在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下為防止預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生滑絲及長期放置發(fā)生預(yù)應(yīng)力筋腐蝕，在一批預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，也要求立即對孔道灌漿。眾所周知，傳統(tǒng)的做法是采用壓漿法來灌漿，即在0.5-1.0Mpa的壓力下，將水灰比0.4-0.45的稀水泥漿壓入孔道壓入孔道。這種做法容易發(fā)生水泥漿離析、析水、干硬后收縮，產(chǎn)生孔隙，留下隱患。國內(nèi)外就灌漿的工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，使人們一直憂慮傳統(tǒng)壓力灌漿的效果的問題。后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕大部分是由于施工工藝和漿體混合料配制不好造成的。傳統(tǒng)壓力灌漿中，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現(xiàn)為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當(dāng)混合料硬化后，存集氣泡會變?yōu)榭紫?，成為自由水的聚集地。這些水可能含有有害成分，易造成預(yù)應(yīng)力筋及構(gòu)件的腐蝕；在北方嚴(yán)寒的地區(qū)，由于溫度低，這些水會結(jié)成冰，可能會脹裂管道、形成裂縫，造成嚴(yán)重的后果；另外水泥漿容易離析，析水、干硬后收縮，析水后會產(chǎn)生孔隙，致使?jié){體強(qiáng)度不夠，粘接不好，為工程留下了隱患。
為此有必要將傳統(tǒng)壓漿工藝進(jìn)行改進(jìn)，將真空輔助壓漿工藝等技術(shù)應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力孔道施工中，使灌漿工藝更加完善合理。其基本原理為：在壓漿之前，首先采用真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力孔道中的空氣，使孔道內(nèi)的真空度達(dá)到80％以上，使之產(chǎn)生-0.06至0.1Mpa的真空度，然后用灌漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端灌入，并加以≥0.7Mpa的正壓力。由于孔道內(nèi)只有極少的空氣，很難形成氣泡；同時(shí)，由于孔道與壓漿機(jī)之間的正負(fù)壓力差，大大提高了孔道壓漿的飽滿度和密實(shí)度。減小了水灰比，添加了專用的添加劑，提高了水泥漿的流動度，減小了水泥漿的的收縮，從而保證了漿體的可施工性、充盈孔道的密實(shí)性和提高硬化漿體的強(qiáng)度。因此真空壓漿工藝是提高后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全度和耐久性的有效措施。

2．真空壓漿工藝特性及要求

2.1 減少孔道中阻力，加速了漿液的流動，形成一個(gè)連續(xù)且迅速的過程，縮短了灌漿時(shí)間，提高了生產(chǎn)工效；
2.2 強(qiáng)化了漿液的慣性流動與沖擊及對孔道的充盈。在真空狀態(tài)下，孔道內(nèi)的空氣、水份以及混在水泥漿中的氣泡被消除，減少孔隙、泌水現(xiàn)象，確保了孔道灌注的密實(shí)性和漿體的強(qiáng)度，以及預(yù)防和克服對預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕，從而大限度地提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性；
2.3 封錨與壓漿可分開進(jìn)行，也可一次完成，保證了結(jié)構(gòu)的整體性和美觀。
2.4 對孔道密封及預(yù)應(yīng)力體系的錨固效率及安全性能提出了更高要求。灌漿過程中因孔道具有良好的密封性，使?jié){液充滿整個(gè)孔道的要求得到保證。
2.5 對水泥漿液的配合比提出更高要求。
2.6 作為一個(gè)單項(xiàng)系統(tǒng)工程，在工序安排上，要從預(yù)應(yīng)力孔道布置開始實(shí)施配套；作為一項(xiàng)操作性很強(qiáng)的項(xiàng)目，又要求操作人員工作流程清晰，技術(shù)全面，配合協(xié)調(diào)好。
2.7 對工藝及設(shè)備要求高。水泥漿的配比、外加劑型號及用量、水泥漿的溫度、孔道密封度等都將影響灌漿質(zhì)量。
2.8 使用壓力水沖洗過管道后，應(yīng)及時(shí)使用高壓風(fēng)將孔道內(nèi)的水分吹干凈。
2.9 真空壓漿的工藝流程：
開動真空泵抽真空       混合料攪拌成漿       壓漿       清洗配件

3．真空壓漿的理論形成

3.1   真空壓漿的漿體在管道內(nèi)充盈程度
A、推拉理論：
在封閉的孔道中，我們把漿液視為一流動的液柱的話，進(jìn)漿端的正壓力將液柱一方面源源不斷的壓注進(jìn)入管道，一方面給液柱施加一強(qiáng)大的推力；另一方面，出漿口端的真空泵給液柱施加的拉力，這一真空作形成的拉力給傳統(tǒng)壓漿賦予神奇的變化：
1）使孔道內(nèi)空氣的稀薄，液柱在相對于空氣中的表面張力及表面能減小，使?jié){液更容易填充預(yù)應(yīng)力筋的間隙并帶走殘存在預(yù)應(yīng)力筋間隙的水分，不易形成氣泡（氣泡較多也可影響過漿面積），密實(shí)填充成孔材料空間。
2）拉力形成液柱的導(dǎo)向，減少了液柱在孔道內(nèi)的紊流情況，也就減小了孔道的阻力；
3）在真空作用下，液柱內(nèi)的氣泡和富余的水分向液柱端部移動，并在后期的傳統(tǒng)補(bǔ)壓穩(wěn)壓過程中排除。這種效應(yīng)對于長孔道更明顯。但需要說明的是，對于孔道中的較多留存水分，單靠真空泵的作用，處理效果不明顯，必須靠高壓風(fēng)吹干凈。
3.2  傳統(tǒng)成孔材料與真空壓漿技術(shù)的結(jié)合：
目前常用的成孔材料為金屬波紋管，而真空壓漿較理想的成孔材料為PT－PLUS?塑料波紋管（以較小的孔道摩阻力及電絕緣性能取勝），考慮目前的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工單位的成本承受力，這里對真空壓漿與金屬波紋管的結(jié)合使用做一個(gè)討論。
1）孔道摩阻方面：PT－PLUS?塑料波紋管雖然孔道摩阻較小，而且PT－PLUS?塑料波紋管在壓漿時(shí)的孔道摩阻也較??；但金屬波紋管的孔道摩阻依然能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；
2）保證預(yù)應(yīng)力筋的耐久性：無疑PT－PLUS?塑料波紋管有著毋庸置疑的優(yōu)勢；我們知道，預(yù)應(yīng)力筋在張拉后，基本上是緊貼孔道。已壓注水泥漿的預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕，主要成因?yàn)殡娀瘜W(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的要素除外電、感應(yīng)電等存在的電流影響外，還需具備電解液（或有害氣體）。而真空壓漿技術(shù)恰恰在這方面從工藝上大限量地減小了電解液的存在（密實(shí)、氣泡少、填充預(yù)應(yīng)力筋間隙密實(shí)、硬化漿液基本無自由水），也就是說基本杜絕了形成電化學(xué)腐蝕的條件，從而保證了預(yù)應(yīng)力筋的耐久性。
3）金屬波紋管與混凝土及壓注漿液結(jié)合強(qiáng)度較好；
4）金屬波紋管較塑料波紋管成本節(jié)省接近一倍。

4．漿體的配合比設(shè)計(jì)

4.1 漿體配合比確定
漿體設(shè)計(jì)是壓漿工藝的關(guān)鍵之處,合適的水泥漿應(yīng)是：1）和易性好（泌水性小、流動性好）；2）硬化后孔隙率低，滲透性??；3）具有一定的膨脹性，確?？椎捞畛涿軐?shí)；4）高的抗壓強(qiáng)度；5）有效的粘接強(qiáng)度；6）耐久性。 
為了防止水泥漿在灌注過程中產(chǎn)生析水以及硬化后開裂，并保證水泥漿在管道中的流動性，參加少量的添加劑。為使水泥漿在凝固后密實(shí)，則摻入添加劑如超塑劑。
1）改善水泥漿的性質(zhì)，降低水灰比，減少孔隙、泌水，消除離析現(xiàn)象。
2）降低硬化水泥漿的孔隙率，堵塞滲水通道。
3）減少和補(bǔ)償水泥漿在凝結(jié)硬化過程的收縮和變形，防止裂縫的產(chǎn)生。
4.2  配合比的試拌及各項(xiàng)指標(biāo)
1）流動度要求：攪拌后的流動度為小于60S。
2）水灰比：0.3～0.4，為滿足可灌性要求，一般選用水泥漿的水灰比好在0.3～0.38之間。
3）泌水性：小于水泥漿初始體積的2％；四次連續(xù)測試結(jié)果的平均值小于1％；拌和后24h水泥漿的泌水應(yīng)能被吸收。
4）初凝時(shí)間：6h
5）體積變化率：0～2％
6）強(qiáng)度：7天齡期強(qiáng)度大于40Mpa
7）漿液溫度：5℃≤T漿液≤25℃，否則漿體容易發(fā)生離析。

5．真空壓漿在分離立交現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁及T梁的施工

5.1 工程簡介
某立交橋，其上部結(jié)構(gòu)為17+27+27+17米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)箱梁，底板寬8米，頂板寬12米，有三道縱梁，每道縱梁分布6孔OVM15-7鋼絞線束（管道孔徑ф內(nèi)80mm），底板分布8孔BM15-4鋼絞線束（管道孔徑：22х70mm）。預(yù)應(yīng)力孔道長為89.3米，兩張拉端曲線孔道部分切線的夾角之和為0.6845rad，兩張拉端高差3米。長達(dá)89余米的管道上，沒有預(yù)留任何排氣管或排漿管。 
5.2 工藝及施工的確定
為確保壓漿的安全及質(zhì)量，我們采取了以下措施： 
1）真空泵端設(shè)在高端。壓漿端設(shè)在底端，因高差3米引起的漿液靜力壓強(qiáng)為0.06-0.07Mpa，而柱塞式灌漿機(jī)的設(shè)備能力為0.8-1.0 Mpa，那末對因高差造成的影響基本可忽略，卻有利于壓漿質(zhì)量的保證。 
2）管道密封及封錨。封錨做法：張拉完畢，將多余鋼絞線切割，錨具端部留有3公分左右長度，用濕潤水泥團(tuán)封堵，為確保水泥團(tuán)不掉落及養(yǎng)護(hù)期間不開裂，在水泥封錨作出后，又用雙層塑料薄膜密封并綁扎固定在錨具上。對于其他可能漏氣的連接點(diǎn)，采用玻璃膠及密封生料帶進(jìn)行密封，從而保證了管道的密封。封錨提前二天進(jìn)行，在壓漿之前進(jìn)行檢查，對有漏氣的情況，再行用玻璃膠處理，以確?？椎烂芊狻?br /> 為進(jìn)一步驗(yàn)證孔道的密封和通暢情況，我們在抽取真空達(dá)到要求后，將進(jìn)漿端球閥少許開啟，則可聽到氣流的尖銳嘯聲，同時(shí)真空表讀數(shù)下降。
3）工作水的循環(huán)：因真空泵工作用水不方便，我們準(zhǔn)備了一個(gè)2立方米的水箱，與真空泵形成循環(huán)，從而節(jié)約了用水。 
4）施工時(shí)間?？紤]漿體的穩(wěn)定及對壓漿的影響，我們將壓漿時(shí)間安排在夜間進(jìn)行。
5）漿體配比及指標(biāo)，拌漿的連貫性。管道較長，且不能實(shí)現(xiàn)灌漿接力的情況，為減小孔道對漿體的阻力，我們修正了配比如下：水泥：水：高效減水劑  ＝  1：0.38：0.4％，使?jié){體流動度控制在22±2S，其他指標(biāo)滿足規(guī)范要求。為保證灌漿的連續(xù)性，根據(jù)和考慮儲備，每拌和好0.5立方米后，才予以連續(xù)灌漿。 
6）工藝
A、檢查設(shè)備連接及電源、水管路、材料準(zhǔn)備到位情況，施工平臺等措施，檢查封錨及孔道密封工作，高壓水洗孔并用高壓風(fēng)將孔內(nèi)積水吹干。
B、每壓漿二至三孔作為一組，每一組在灌漿之前先用水灰比0.45的稀漿壓入孔道少許潤滑孔道，以減小孔道對漿液的阻力。 
C、兩端抽真空管及灌漿管安裝完畢后，關(guān)閉進(jìn)漿管球閥，開啟真空泵。真空泵工作一分鐘后壓力穩(wěn)定在-0.075 Mpa至-0.08 Mpa，繼續(xù)穩(wěn)壓1分鐘后，開啟進(jìn)漿管球閥并同時(shí)壓漿。 
D、壓漿：對于圓管，從開始灌漿至出漿口真空泵透明喉管冒漿歷時(shí)5分鐘零10秒左右，各管道比較一致；對于扁管，灌漿歷時(shí)2分鐘30秒左右，各管道也比較一致。 
E、補(bǔ)壓及穩(wěn)壓：真空泵、灌漿機(jī)停機(jī)，將抽真空連接管卸下，將出漿端球閥關(guān)閉，用預(yù)先準(zhǔn)備的4磅鐵錘將出漿端封錨水泥敲散，露出鋼絞線間隙。再用灌漿機(jī)正常補(bǔ)壓穩(wěn)壓。此時(shí)，從鋼絞線縫隙中會被逼出水泥漿，再持續(xù)補(bǔ)壓穩(wěn)壓過程中，水泥漿由濃變稀，由稀變清，由流量大至滴出清水，此時(shí)灌漿及壓力表穩(wěn)定在0.8-1.0 Mpa。補(bǔ)壓穩(wěn)壓結(jié)束，關(guān)閉球閥（這里需要說明的是，我們利用了水泥漿在高壓下易泌水的特點(diǎn)，通過排除多余水分，降低孔道內(nèi)漿液的實(shí)際水灰比，從而進(jìn)一步提高孔道內(nèi)漿液的物理化學(xué)性質(zhì)）。補(bǔ)壓穩(wěn)壓歷時(shí)3分鐘。球閥拆除清洗在半小時(shí)后至一個(gè)小時(shí)之間進(jìn)行。 
F、轉(zhuǎn)入下一孔道壓漿。 
5.3 結(jié)果 
1）通過現(xiàn)場試驗(yàn)水泥凈漿各項(xiàng)指標(biāo)及送檢水泥凈漿試塊，三天時(shí)間強(qiáng)度超過30 Mpa，認(rèn)為水泥凈漿合格。 
2）補(bǔ)壓時(shí)，出漿端壓力較大，通過鋼絞線間隙泌出水分及稀漿，可噴出4米遠(yuǎn)。補(bǔ)壓結(jié)束以泌水基本排空為度，穩(wěn)壓時(shí)間達(dá)到規(guī)范要求。
3）孔道清洗吹干較仔細(xì)，灌漿凈歷時(shí)較為均勻一致。
4）拆除兩端球閥觀察，錨墊板上進(jìn)、排漿孔水泥漿較為硬實(shí)，不流淌，用手指按壓，能夠留下模糊指印。