预应力管道真空辅助压浆工艺的应用

 1 工程概况
武西高速公路桃花峪黄河大桥，位于郑州市西北，北接线连接河南省干线公路郑新高速公路，南接线连接国道主干线连霍高速公路，是继京广铁路黄河大桥、郑州黄河大桥、刘江黄河大桥（京珠高速黄河大桥）、郑新黄河大桥（公铁两用黄河大桥）之后又一跨越黄河天堑、沟通黄河两岸的重要通道。我标段为桃花峪黄河大桥土建六标，起点桩号K34+534，终点桩号K36+632.46，全长2098.46m。北副桥为（50+9×80+78.31）m多跨变截面连续梁。
副桥采用挂篮悬浇注施工，连续墩顶临时固接。副桥为三向预应力体系，纵、横向预应力采用单根d=15.2mm钢绞线及相应的锚固体系，管道采用塑料波纹管，采用真空辅助压浆。副桥主梁为单箱单室断面，根部梁高5.0m，跨中和50m边跨直线段梁高3.0m,78.31m边跨直线段梁高4.0m，梁底曲线按二次抛物线变化。箱梁顶板宽度16.05m,底板宽度9m,悬臂长度3.525m,悬臂板根部厚80cm,端部20cm,箱梁内顶板厚度28cm,底板厚度30cm~70cm,0号块局部加厚至120cm,腹板厚度60~80cm。
2 基本原理
在压浆之前,首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气,使孔道内的真空度达到80 %以上,然后用压浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端压入并加以不小于0. 7 MPa的正压力。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,大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度。在水泥浆中,减小了水灰比,提高了水泥浆的流动度,减小了水泥浆的收缩,从而保证了浆体的可操作性、充盈孔道的密实性和硬化浆体的强度。
3 真空辅助压浆工艺的特点
3.1压浆前, 抽出预留孔道中的空气, 抽吸真空度按要求达到-0.08 MPa的负压并保持;压出残存在压浆机及管道内的水分、气泡, 同时检查所排出的水泥浆稠度, 当排出口与储存桶的水泥浆相同后, 将接头接到锚垫板的压浆接头上;马上打开排气孔, 启动压浆泵, 观察排气孔处的出浆情况, 当出浆流畅、稳定且稠度与储存桶浆体基本一致时, 关闭排气孔;压浆泵压至0.7 MPa, 持压2min, 最后关掉压浆泵，这样可以消除普通压浆法引起的气泡。同时, 孔道中残留的水珠在接近真空的情况下被汽化, 随同空气一起被抽出, 增强了浆体的密实度，消除混在浆体中的气泡，这样就避免了有害水积聚在预应力筋附近的可能性, 防止预应力筋的腐蚀。
3.2孔道在真空状态下，减小了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。对于弯型、U 型、竖向预应力筋更能体现真空辅助压浆的优越性。改进浆体的配合比设计, 使其不会发生泌水、干硬收缩等问题。总之, 由于真空压浆施工工艺本身有较高的质量控制要求, 加之采用了合理配合比的浆料, 完全能保证孔道灌浆的均匀性, 形成一个密实、不透水的保护层, 消除孔隙, 有效提高预应力筋的防腐蚀性能, 从而提高结构的安全性能和耐久性。
3.3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压浆过程,缩短了压浆时间,提高了生产工效。强化了浆液的惯性流动与冲击及对孔道的充盈。
3.4在真空状态下,孔道内的空气、水分以及混在水泥浆中的气泡被消除,减少孔隙、泌水现象,确保了孔道压浆的密实性和浆体的强度,从而最大限度地提高了结构的耐久性和安全性。因负压的作用使得浆体更易于通过狭窄间隙,使压浆过程中堵塞的情况大为降低。
3.5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。压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。对水泥浆液的配合比提出更高要求。推荐采用塑料波纹管，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压浆质量。
3.6 后张预应力混凝土结构中, 预应力筋的腐蚀大部分是由于施工不当和混合料配制不好的结果。其中传统的灌浆手段是压力灌浆, 浆体本身和施工工艺带有一定的局限性, 主要表现为:灌入的浆体中常会含有气泡, 当混合料硬化后, 存积气泡处会变为孔隙, 成渗透雨水的聚积地, 这些水可能含有有害成分, 易造成构件的腐蚀; 同时, 在北方严寒的地区, 由于温度低, 这些水会结成冰, 可能会胀裂构件, 造成严重的后果; 另外, 水泥浆容易离析、泌水, 干硬后收缩, 泌水会产生孔隙, 致使强度不够,黏结不好, 为工程留下了隐患。
4真空辅助压浆工艺的应用
　　4.1在水泥浆出口及入口处接上密封阀门,将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、三向阀门和密封罩连接满足此数据则表示波纹管未能完全封闭,需在继续压浆前进行检查及更正工作。
　　4.2在保持真空泵运作的同时,开始往压浆端的水泥浆入口压浆,注意在压浆过程中真空压力将会下降(下降幅度约0. 02 MPa) 。从透明的喉管中观察水泥浆是否已填满波纹管,继续压浆直至水泥浆达到安装在负压容器上方的三相阀门,操作阀门以隔离真空泵及水泥浆,将水泥浆导向废浆桶的方向,继续压浆直至所溢出的水泥浓浆均匀、流畅,没有不规则的摆动。关闭真空泵,关闭压浆泵出浆处的阀门,将设在密封罩上的阀门打开,关闭出浆处的阀门直至密封罩上的阀门所溢出的水泥浓浆形状均匀。关闭设在密封罩上的阀门,并保持压力在0. 6～0. 7 MPa继续压浆2 min ,关闭压浆泵。
5 真空辅助压浆工艺总结
5.1 施工准备工作
检查确认材料数量、种类是否齐备, 品质是否保证;机具是否正常;张拉完成后, 切除外露的钢绞线( 外露量≤30 mm) , 将密封工具罩安装在锚垫板上进行封锚。工具罩在灌浆后3 h 内拆除并清洗。安装时检查橡胶密封圈是否破损断裂, 将密封罩与锚垫板上的安装孔对正, 用螺栓拧紧, 注意将排气口朝正上方。
5.2 试抽真空
将灌浆阀、排气阀全都关闭, 抽真空阀打开, 启动真空泵抽真空, 观察真空压力表读数, 当管内的真空度维持在- 0.08 MPa时, 停泵约为1 min, 若压力能保不变即可认为孔道能达到并维持真空。
5.3 搅拌水泥浆
5.3.1 搅拌要求
搅拌水泥浆之前, 加水空转数分钟, 将积水倒净, 使搅拌机内壁充分湿润。搅拌好的灰浆要能做到基本卸尽。在全部灰浆卸出之前不得再投入未拌合的材料, 更不能采取边出料边进料的方法。
5.3.2 装料顺序
首先将称量好的水、外加剂倒入搅拌机, 搅拌2 min;将水泥倒入搅拌机中, 搅拌3 min, 出料;水泥浆出料后应尽量马上泵送, 否则要不停地搅拌;必须严格控制用水量, 否则多加的水将全部泌出,易造成管道顶端有孔隙;对未及时使用而降低了流动性的水泥浆, 应严禁采用增加水的办法来增加灰浆的流动性。
5.4 灌浆
将水泥浆加到储浆罐中引到灌浆泵, 在灌浆泵高压橡胶管出口打出浆体, 待这些浆体浓度与灌浆泵中的浓度一样时, 关掉灌浆泵, 将高压橡胶管此端接到孔道的灌浆管上, 扎牢。关闭灌浆阀, 启动真空泵, 当真空值达到并维持在- 0.06~- 0.1 MPa值时, 打开灌浆阀, 启动灌浆泵, 开始灌浆, 灌浆过程中, 真空泵保持连续工作。待抽真空端的透明塑料管内有浆体经过时, 关闭真空机前端的真空阀, 关闭真空机, 水泥浆会自动从“止回排气阀”中顺畅流出, 待稠度与灌入的浆体相当时, 关闭抽真空端的阀门。灌浆泵继续工作, 压力达到0.7 MPa左右, 持压2 min,完成排气泌水, 使孔道内浆体密实饱满, 完成灌浆, 关闭灌浆泵及灌浆阀门。
6 真空辅助压浆注意事项
真空辅助压浆除常规压浆应注意的事项外,尚应注意如下事项:
6.1真空度必须达到并维持在80 %以上。为进一步验证孔道的密封和通畅情况,在抽取真空达到要求后,将进浆端球阀少许开启,则可听到气流的尖锐啸声,同时真空表读数下降。
6.2根据浆体储存大小可按2 或3 孔作为1组,每组在压浆之前先用水灰比0. 45 的稀浆压入孔道少许润滑孔道,以减小孔道对浆液的阻力。
6.3对于较长且为曲线的预应力管道,可在管道中部或曲线部分最高处预留压浆管,以避免因管道较长压力不够或残余空气淤积在管道曲线最高处。可以采用预留压浆管接力补压。因压浆嘴位于锚垫板上,压浆过程中不易保证预应力锚头夹片间隙至密封罩内空部分浆体压满。为此在密封罩上增设1 个出浆阀门,压浆至出浆口(锚垫板上) 出浓浆后,关闭出浆口,打开密封罩上阀门,继续压浆,至两端密封罩上阀门出浓浆后,压浆作业才可结束。
6.4当气温或构件温度低于5 ℃或高于35 ℃时,不得进行压浆。同一孔道压浆应一次完成,不得中途停压,因故中途停压不能连续一次压满时,应立即用压力水冲干净,研究处理后再压浆。互相串通的孔道应同时压浆。
7 结论
真空压浆能保证孔道灌浆的均匀性, 形成一个密实、不透水的保护层, 消除孔隙, 能有效提高预应力筋的防腐蚀性能,从而提高结构的安全性能和耐久性。高速搅拌是保证浆液性能的重要手段, 必须采用高速搅拌机进行浆液搅拌。水灰比对浆液的性能起着决定性的作用, 在施工过程中必须严格控制。总之, 由于真空灌浆施工工艺本身有较高水平的质量控制, 加上采用合理配合比的混合料, 采用真空灌浆技术将能保证孔道灌浆的均匀性, 能形成一个密实、不透水的保护层, 并能消除孔隙。另外, 塑料波纹管是绝缘体, 与金属波纹管相比, 具有更强的耐腐蚀性, 大大改善了构件的防腐蚀性能。因此真空灌浆技术是确保高质量灌浆的一个强有力的手段。
8 结语
真空辅助压浆工艺在武西高速桃花峪黄河大桥的应用表明,真空辅助压浆的质量控制要比普通压浆好很多。通过真空压浆,在提高了孔道内浆体的密实度的同时也减少了水泥浆体的泌水率。从工艺效益来看,采用真空压浆的成本比普通压浆的成本提高不了多少,仅增加了专用塑料波纹管和真空泵及真空辅助压浆专用辅助剂的费用。因此,真空辅助压浆取代普通压浆是一种趋势,在以后的施工中应该得到大力推广。