真空辅助压浆技术在高架桥梁施工中的应用

2010-04-14杨唯一

山西建筑 2010年12期

杨唯一

1 工程概况

苏州工业园区北环路东延工程(苏嘉杭高速公路—唐庄立交)三标段全线为高架桥，全长864 m，跨径组合为[6×(3×32)+(4×24)+2×(3×32)]m;上部结构为26.0 m～47.0 m变宽预应力钢筋混凝土现浇箱梁。采用一联96 m整体张拉法施工，Фj15.2钢绞线，基础采用钻孔灌注桩，桩顶设置承台，桥墩为双柱预应力花瓶墩。

2 目前预应力管道压浆存在的问题

在后张法预应力混凝土结构中，孔道压浆的主要目的是防止预应力筋(钢绞线)的腐蚀及在预应力筋与结构混凝土之间提供有效的粘结;孔道压浆的密实性是孔道压浆成功与否的首要技术要点。常用的做法是在混凝土内预埋金属(塑料)波纹管，在预应力筋束张拉完成后，用压浆机压入水灰比为0.4～0.45左右的水泥浆，这种压浆工艺普遍存在着压过的浆体不密实，不饱满，容易产生离析，干硬收缩较大，产生孔隙，导致预应力筋受到锈蚀，严重者使得桥梁倒塌、重建或加固。2001年，我国交通部将后张预应力压浆不密实问题列为公路桥梁建设中的十大质量通病之一。

3 真空辅助压浆的基本原理及优点

3.1 基本原理

真空辅助压浆的基本原理: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，使之产生-0.06 MPa～-0.1 MPa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以0.7 MPa的正压力。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，减小了水灰比，添加了专用的添加剂，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施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。

真空辅助压浆的整体过程如图1所示。

3.2 优点

1)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;2)消除混在浆体中的气泡，从而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)浆体中的微沫浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器，待稠浆流出后，孔道中浆体的稠度即能保持一致，使浆体密实度和强度得到保证;4)孔道在真空状态下，减小了由于孔道弯曲而使浆体自身形成的压头差，便于浆体充盈整个孔道，尤其对于大跨度、弯型、竖向预应力筋更能体现其优越性。

4 真空压浆技术要求

1)预应力孔道用的管材必须具有一定的刚度和坚固性并不易被振捣棒凿破，必须与混凝土可靠粘结，防止在孔道抽真空中，管道瘪凹，本工程采用塑料波纹管。2)在预应力张拉施工完成后，必须保证钢绞线外露量大于3 cm，以便于封锚。封锚时，要将外露钢绞线、锚垫板、夹片等全部包裹，使覆盖层厚度大于1.5 cm，同时注意清理压浆孔和排气孔，压浆应在封锚后24 h～48 h内进行。3)孔道及两端必须密封，且孔道内无杂物，孔道畅通。4)真空泵的压力表需提前标定，抽真空时，真空度控制在-0.06 M Pa～-0.1 MPa之间。5)水灰比控制在0.3～0.4之间，本工程取 0.35。6)浆体净浆马氏锥(1.725 L)流动度 14 s～18 s，浆体泌水率宜控制在2%，泌水应在24 h内重新全部被浆吸回，浆体初凝时间为6 h～8 h，浆体体积收缩率小于2%，浆体7 d龄期强度不小于30 MPa，浆体对钢绞线无腐蚀作用。

5 真空辅助压浆施工的原材料及设备

5.1 原材料

1)水。拌制水泥浆的水应采用自来水或者纯净的河水，本工程采用桥梁南侧的娄江水，其质量指标符合JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范对混凝土拌合用水的要求，并且每升水中的氯化物离子或其他任何有机物含量小于500 mg。2)水泥。水泥宜采用42.5级以上的硅酸盐水泥，本工程采用苏州市南新42.5级的普通硅酸盐袋装水泥，其质量指标符合JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范对混凝土用水泥的要求。3)预应力孔道压浆专用外加剂。采用后张有粘结预应力混凝土高性能压浆专用外加剂，本工程选用南京凯迪建材厂生产的高效减水专用孔道灌浆剂FDN-8。其主要性能具有高效减水、增强的功能，基本无泌水、无毒、无辐射、不含引起钢材锈蚀的物质。掺入后能使灌浆材料在整个水化硬化的不同阶段产生适度的微膨胀(＜10%)，以补偿水泥浆体的塑性收缩、干燥收缩和自身体积收缩变形，并应具有适度缓凝和保持流动性的能力。4)水泥浆配合比:本工程采用水泥浆配合比:水泥∶水∶专用外加剂=1 382∶484∶124.4=1∶0.35∶0.09。

5.2 预应力混凝土桥梁用波纹管

本工程采用高密度聚乙烯塑料波纹管，塑料波纹管孔道摩阻较小，能保证预应力筋的耐久性及电绝缘性能，塑料波纹管进场检测的主要内容为:外观、环刚度、局部横向荷载、柔韧性以及抗冲击性，试验方法及具体技术指标要求应符合JT/T 529-2004预应力混凝土桥梁用塑料波纹管规定。

5.3 真空辅助灌浆设备

1)压浆设备。包括:螺旋强制式压浆泵、1 000转/min高速循环水泥浆体搅拌机、计量设备、压力表、储浆桶、过滤器、高压橡胶管、连接头和控制阀。2)真空辅助设备。包括:排量为2 m3/min的SZ-2型真空泵、压力表、控制盘、压力瓶、加筋透明输浆管、气密阀和气密盖帽。

6 施工工艺流程及工序操作关键点

6.1 工艺流程

压浆用水泥配合比专项试验→波纹管留孔→压浆设备准备→切割锚头部分钢绞线→封锚→锚头安装控制阀门→连接真空泵对孔道抽真空→制浆并压浆→做好施工记录并制作标准养生试块。

6.2 工序操作关键点

1)波纹管定位。本工程塑料波纹管定位钢筋的布设间距在曲线部分采用50 cm，直线部分采用100 cm，施工时应确保波纹管无偏位且线形通畅。

2)锚头封锚。a.预应力张拉完成后，经检测符合设计和规范后，端部钢绞线用砂轮锯进行切割，外露3 cm～5 cm左右，严禁采用电焊切割。b.清理锚垫板表面和压浆孔内的水泥浆和其他杂物，保证表面平整和孔道畅通。c.本工程采用混凝土封锚，采用C40以上细石混凝土封堵，封堵时保证混凝土浇捣密实，并保证锚具外侧有5 cm～7 cm以上的封堵厚度，以防止抽真空时漏气或压浆时漏浆，且需在封堵完成48 h后压浆。

3)灌浆准备。a.检查确认材料数量、种类是否齐全、质量是否保证。b.检查孔道是否干爽、清洁、密封。必要时应冲洗清除有害材料，对于可能发生的油污，可采用对预应力筋和管道无腐蚀作用的中性洗涤剂或皂液，用水稀释后冲洗。冲洗后，应使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水吹出。c.检查机具是否齐全、完好。d.检查供水、供电是否齐全、方便。

4)试抽真空。将灌浆阀、排气阀全部关闭，抽真空阀打开，启动真空泵抽真空，观察真空压力表读数，当压力表读数固定在-0.06 MPa～-0.1 MPa之间某值不再变化时，停泵约1 min，若压力表读数保持不变即认为孔道密闭良好，满足真空灌浆条件。

5)浆体搅拌。a.初次搅拌水泥浆，应使搅拌机内壁充分湿润，并不得有积水。搅拌好的灰浆要做到基本卸尽。在全部灰浆卸出之前不得再投入未拌和的材料，更不能采取边出料边进料的方法。b.装料顺序:先将称量好的水加入搅拌机，开机再加入称量好的专用外加剂搅拌约1 min;然后加入全部水泥后搅拌3 min出料。

6)制作试块。每次压浆时，每一工作班应留取不少于三组的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 立方体试件，标准养护7 d，28 d，测定其抗压强度。试块7 d和28 d的强度应分别不小于30 MPa和50 MPa。

7)真空灌浆。a.将水泥浆加到灌浆泵中，在灌浆泵的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。b.关掉灌浆阀，启动真空泵，当真空度达到并维持在-0.06 M Pa～-0.09 MPa中一值时，启动灌浆泵，打开灌浆阀，开始灌浆，当浆体经过空气滤清器时，关掉真空泵及抽气阀，打开排气阀。观察排气管的出浆情况，当浆体稠度和灌入之前稠度一样时，关掉排气阀，使管内保持0.7 MPa的压力，持压2 min，最后关掉灌浆阀。

8)清洗。拆下抽真空管的两个活结，卸下真空泵;拆下空气滤清器和灌浆胶管，清洗灌浆泵、搅拌机、阀门、空气滤清器以及粘有灰浆的工具。

9)养护。压浆过程及压浆后48 h内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施，当气温高于35℃时，压浆应在夜间进行。

7 注意事项

锚头一定要密封好，最好在密封后24 h开始灌浆，灌浆管应选用牢固结实的高强橡胶管，抗压能力不小于1 M Pa，带压灌浆时不能破裂，连接要牢固，不得脱管。严格掌握材料配合比，对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用加水的办法来增加其流动性。水泥浆搅拌好合格后应尽量马上进行灌浆，否则要不停搅拌，以免浆体沉淀发生堵管。灌浆应在水泥浆流动性没有下降的30 min～45 min时间内进行，孔道灌注要连续。灰浆进入灌浆泵之前应通过1.2 mm的筛网。储浆罐的体积应大于一条孔道的浆体的体积。注意波纹管的连接、管道端部与阀门的连接及排气孔与排气阀的连接，连接部位结合要紧密，阀门气密性要好，这样才能达到预定的真空效果。抽真空用的真空泵为水循环式SZ-2型真空泵，启动真空泵前，检查进水管是否连接好，应注意进水阀门是否打开(否则容易把泵烧坏)，真空泵启动时应注意泵是否正转。