預(yù)應(yīng)力管道真空輔助壓漿工藝的應(yīng)用

 1 工程概況
武西高速公路桃花峪黃河大橋，位于鄭州市西北，北接線連接河南省干線公路鄭新高速公路，南接線連接國(guó)道主干線連霍高速公路，是繼京廣鐵路黃河大橋、鄭州黃河大橋、劉江黃河大橋（京珠高速黃河大橋）、鄭新黃河大橋（公鐵兩用黃河大橋）之后又一跨越黃河天塹、溝通黃河兩岸的重要通道。我標(biāo)段為桃花峪黃河大橋土建六標(biāo)，起點(diǎn)樁號(hào)K34+534，終點(diǎn)樁號(hào)K36+632.46，全長(zhǎng)2098.46m。北副橋?yàn)椋?0+9×80+78.31）m多跨變截面連續(xù)梁。
副橋采用掛籃懸澆注施工，連續(xù)墩頂臨時(shí)固接。副橋?yàn)槿蝾A(yù)應(yīng)力體系，縱、橫向預(yù)應(yīng)力采用單根d=15.2mm鋼絞線及相應(yīng)的錨固體系，管道采用塑料波紋管，采用真空輔助壓漿。副橋主梁為單箱單室斷面，根部梁高5.0m，跨中和50m邊跨直線段梁高3.0m,78.31m邊跨直線段梁高4.0m，梁底曲線按二次拋物線變化。箱梁頂板寬度16.05m,底板寬度9m,懸臂長(zhǎng)度3.525m,懸臂板根部厚80cm,端部20cm,箱梁內(nèi)頂板厚度28cm,底板厚度30cm~70cm,0號(hào)塊局部加厚至120cm,腹板厚度60~80cm。
2 基本原理
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,然后用壓漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端壓入并加以不小于0. 7 MPa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。在水泥漿中,減小了水灰比,提高了水泥漿的流動(dòng)度,減小了水泥漿的收縮,從而保證了漿體的可操作性、充盈孔道的密實(shí)性和硬化漿體的強(qiáng)度。
3 真空輔助壓漿工藝的特點(diǎn)
3.1壓漿前, 抽出預(yù)留孔道中的空氣, 抽吸真空度按要求達(dá)到-0.08 MPa的負(fù)壓并保持;壓出殘存在壓漿機(jī)及管道內(nèi)的水分、氣泡, 同時(shí)檢查所排出的水泥漿稠度, 當(dāng)排出口與儲(chǔ)存桶的水泥漿相同后, 將接頭接到錨墊板的壓漿接頭上;馬上打開排氣孔, 啟動(dòng)壓漿泵, 觀察排氣孔處的出漿情況, 當(dāng)出漿流暢、穩(wěn)定且稠度與儲(chǔ)存桶漿體基本一致時(shí), 關(guān)閉排氣孔;壓漿泵壓至0.7 MPa, 持壓2min, 最后關(guān)掉壓漿泵，這樣可以消除普通壓漿法引起的氣泡。同時(shí), 孔道中殘留的水珠在接近真空的情況下被汽化, 隨同空氣一起被抽出, 增強(qiáng)了漿體的密實(shí)度，消除混在漿體中的氣泡，這樣就避免了有害水積聚在預(yù)應(yīng)力筋附近的可能性, 防止預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕。
3.2孔道在真空狀態(tài)下，減小了由于孔道高低彎曲而使?jié){體自身形成的壓力差, 便于漿體充盈整個(gè)孔道，尤其是一些關(guān)鍵部位。對(duì)于彎型、U 型、豎向預(yù)應(yīng)力筋更能體現(xiàn)真空輔助壓漿的優(yōu)越性。改進(jìn)漿體的配合比設(shè)計(jì), 使其不會(huì)發(fā)生泌水、干硬收縮等問題。總之, 由于真空壓漿施工工藝本身有較高的質(zhì)量控制要求, 加之采用了合理配合比的漿料, 完全能保證孔道灌漿的均勻性, 形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層, 消除孔隙, 有效提高預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能, 從而提高結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性。
3.3減少了孔道中的阻力,加速了漿液的流動(dòng),形成一個(gè)連續(xù)且迅速的壓漿過程,縮短了壓漿時(shí)間,提高了生產(chǎn)工效。強(qiáng)化了漿液的慣性流動(dòng)與沖擊及對(duì)孔道的充盈。
3.4在真空狀態(tài)下,孔道內(nèi)的空氣、水分以及混在水泥漿中的氣泡被消除,減少孔隙、泌水現(xiàn)象,確保了孔道壓漿的密實(shí)性和漿體的強(qiáng)度,從而最大限度地提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。因負(fù)壓的作用使得漿體更易于通過狹窄間隙,使壓漿過程中堵塞的情況大為降低。
3.5對(duì)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。壓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。對(duì)水泥漿液的配合比提出更高要求。推薦采用塑料波紋管，對(duì)工藝及設(shè)備要求高，水泥漿的配比、外加劑型號(hào)及用量、水泥漿的溫度、孔道密封度等都將影響壓漿質(zhì)量。
3.6 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不當(dāng)和混合料配制不好的結(jié)果。其中傳統(tǒng)的灌漿手段是壓力灌漿, 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(huì)含有氣泡, 當(dāng)混合料硬化后, 存積氣泡處會(huì)變?yōu)榭紫? 成滲透雨水的聚積地, 這些水可能含有有害成分, 易造成構(gòu)件的腐蝕; 同時(shí), 在北方嚴(yán)寒的地區(qū), 由于溫度低, 這些水會(huì)結(jié)成冰, 可能會(huì)脹裂構(gòu)件, 造成嚴(yán)重的后果; 另外, 水泥漿容易離析、泌水, 干硬后收縮, 泌水會(huì)產(chǎn)生孔隙, 致使強(qiáng)度不夠,黏結(jié)不好, 為工程留下了隱患。
4真空輔助壓漿工藝的應(yīng)用
　　4.1在水泥漿出口及入口處接上密封閥門,將真空泵連接在非壓漿端上,壓漿泵連接在壓漿端上,以串聯(lián)的方式將負(fù)壓容器、三向閥門和密封罩連接滿足此數(shù)據(jù)則表示波紋管未能完全封閉,需在繼續(xù)壓漿前進(jìn)行檢查及更正工作。
　　4.2在保持真空泵運(yùn)作的同時(shí),開始往壓漿端的水泥漿入口壓漿,注意在壓漿過程中真空壓力將會(huì)下降(下降幅度約0. 02 MPa) 。從透明的喉管中觀察水泥漿是否已填滿波紋管,繼續(xù)壓漿直至水泥漿達(dá)到安裝在負(fù)壓容器上方的三相閥門,操作閥門以隔離真空泵及水泥漿,將水泥漿導(dǎo)向廢漿桶的方向,繼續(xù)壓漿直至所溢出的水泥濃漿均勻、流暢,沒有不規(guī)則的擺動(dòng)。關(guān)閉真空泵,關(guān)閉壓漿泵出漿處的閥門,將設(shè)在密封罩上的閥門打開,關(guān)閉出漿處的閥門直至密封罩上的閥門所溢出的水泥濃漿形狀均勻。關(guān)閉設(shè)在密封罩上的閥門,并保持壓力在0. 6～0. 7 MPa繼續(xù)壓漿2 min ,關(guān)閉壓漿泵。
5 真空輔助壓漿工藝總結(jié)
5.1 施工準(zhǔn)備工作
檢查確認(rèn)材料數(shù)量、種類是否齊備, 品質(zhì)是否保證;機(jī)具是否正常;張拉完成后, 切除外露的鋼絞線( 外露量≤30 mm) , 將密封工具罩安裝在錨墊板上進(jìn)行封錨。工具罩在灌漿后3 h 內(nèi)拆除并清洗。安裝時(shí)檢查橡膠密封圈是否破損斷裂, 將密封罩與錨墊板上的安裝孔對(duì)正, 用螺栓擰緊, 注意將排氣口朝正上方。
5.2 試抽真空
將灌漿閥、排氣閥全都關(guān)閉, 抽真空閥打開, 啟動(dòng)真空泵抽真空, 觀察真空壓力表讀數(shù), 當(dāng)管內(nèi)的真空度維持在- 0.08 MPa時(shí), 停泵約為1 min, 若壓力能保不變即可認(rèn)為孔道能達(dá)到并維持真空。
5.3 攪拌水泥漿
5.3.1 攪拌要求
攪拌水泥漿之前, 加水空轉(zhuǎn)數(shù)分鐘, 將積水倒凈, 使攪拌機(jī)內(nèi)壁充分濕潤(rùn)。攪拌好的灰漿要能做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌合的材料, 更不能采取邊出料邊進(jìn)料的方法。
5.3.2 裝料順序
首先將稱量好的水、外加劑倒入攪拌機(jī), 攪拌2 min;將水泥倒入攪拌機(jī)中, 攪拌3 min, 出料;水泥漿出料后應(yīng)盡量馬上泵送, 否則要不停地?cái)嚢?必須嚴(yán)格控制用水量, 否則多加的水將全部泌出,易造成管道頂端有孔隙;對(duì)未及時(shí)使用而降低了流動(dòng)性的水泥漿, 應(yīng)嚴(yán)禁采用增加水的辦法來增加灰漿的流動(dòng)性。
5.4 灌漿
將水泥漿加到儲(chǔ)漿罐中引到灌漿泵, 在灌漿泵高壓橡膠管出口打出漿體, 待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時(shí), 關(guān)掉灌漿泵, 將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上, 扎牢。關(guān)閉灌漿閥, 啟動(dòng)真空泵, 當(dāng)真空值達(dá)到并維持在- 0.06~- 0.1 MPa值時(shí), 打開灌漿閥, 啟動(dòng)灌漿泵, 開始灌漿, 灌漿過程中, 真空泵保持連續(xù)工作。待抽真空端的透明塑料管內(nèi)有漿體經(jīng)過時(shí), 關(guān)閉真空機(jī)前端的真空閥, 關(guān)閉真空機(jī), 水泥漿會(huì)自動(dòng)從“止回排氣閥”中順暢流出, 待稠度與灌入的漿體相當(dāng)時(shí), 關(guān)閉抽真空端的閥門。灌漿泵繼續(xù)工作, 壓力達(dá)到0.7 MPa左右, 持壓2 min,完成排氣泌水, 使孔道內(nèi)漿體密實(shí)飽滿, 完成灌漿, 關(guān)閉灌漿泵及灌漿閥門。
6 真空輔助壓漿注意事項(xiàng)
真空輔助壓漿除常規(guī)壓漿應(yīng)注意的事項(xiàng)外,尚應(yīng)注意如下事項(xiàng):
6.1真空度必須達(dá)到并維持在80 %以上。為進(jìn)一步驗(yàn)證孔道的密封和通暢情況,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。
6.2根據(jù)漿體儲(chǔ)存大小可按2 或3 孔作為1組,每組在壓漿之前先用水灰比0. 45 的稀漿壓入孔道少許潤(rùn)滑孔道,以減小孔道對(duì)漿液的阻力。
6.3對(duì)于較長(zhǎng)且為曲線的預(yù)應(yīng)力管道,可在管道中部或曲線部分最高處預(yù)留壓漿管,以避免因管道較長(zhǎng)壓力不夠或殘余空氣淤積在管道曲線最高處?？梢圆捎妙A(yù)留壓漿管接力補(bǔ)壓。因壓漿嘴位于錨墊板上,壓漿過程中不易保證預(yù)應(yīng)力錨頭夾片間隙至密封罩內(nèi)空部分漿體壓滿。為此在密封罩上增設(shè)1 個(gè)出漿閥門,壓漿至出漿口(錨墊板上) 出濃漿后,關(guān)閉出漿口,打開密封罩上閥門,繼續(xù)壓漿,至兩端密封罩上閥門出濃漿后,壓漿作業(yè)才可結(jié)束。
6.4當(dāng)氣溫或構(gòu)件溫度低于5 ℃或高于35 ℃時(shí),不得進(jìn)行壓漿。同一孔道壓漿應(yīng)一次完成,不得中途停壓,因故中途停壓不能連續(xù)一次壓滿時(shí),應(yīng)立即用壓力水沖干凈,研究處理后再壓漿?；ハ啻ǖ目椎缿?yīng)同時(shí)壓漿。
7 結(jié)論
真空壓漿能保證孔道灌漿的均勻性, 形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層, 消除孔隙, 能有效提高預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能,從而提高結(jié)構(gòu)的安全性能和耐久性。高速攪拌是保證漿液性能的重要手段, 必須采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行漿液攪拌。水灰比對(duì)漿液的性能起著決定性的作用, 在施工過程中必須嚴(yán)格控制?？傊? 由于真空灌漿施工工藝本身有較高水平的質(zhì)量控制, 加上采用合理配合比的混合料, 采用真空灌漿技術(shù)將能保證孔道灌漿的均勻性, 能形成一個(gè)密實(shí)、不透水的保護(hù)層, 并能消除孔隙。另外, 塑料波紋管是絕緣體, 與金屬波紋管相比, 具有更強(qiáng)的耐腐蝕性, 大大改善了構(gòu)件的防腐蝕性能。因此真空灌漿技術(shù)是確保高質(zhì)量灌漿的一個(gè)強(qiáng)有力的手段。
8 結(jié)語
真空輔助壓漿工藝在武西高速桃花峪黃河大橋的應(yīng)用表明,真空輔助壓漿的質(zhì)量控制要比普通壓漿好很多。通過真空壓漿,在提高了孔道內(nèi)漿體的密實(shí)度的同時(shí)也減少了水泥漿體的泌水率。從工藝效益來看,采用真空壓漿的成本比普通壓漿的成本提高不了多少,僅增加了專用塑料波紋管和真空泵及真空輔助壓漿專用輔助劑的費(fèi)用。因此,真空輔助壓漿取代普通壓漿是一種趨勢(shì),在以后的施工中應(yīng)該得到大力推廣。