浅谈连续箱梁预应力管道真空灌浆技术应用

谢建林

【摘要】真空灌浆是后张预应力混凝土结构施工中的一项新技术，随着后张预应力混凝土结构在桥梁中的广泛应用，对孔道进行灌浆成为了施工过程中一个非常重要的环节。采用真空灌浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。本文着重对桥梁主桥预应力管道灌浆施工运用真空灌浆的施工工艺及质量控制进行探讨。

【关键词】预应力管道；真空灌浆；技术应用

Abstract: The vacuum grouting is a new technology for a post-tensioned concrete structure construction, as the post-tensioned prestressed concrete structure in bridge application; on the opening in the construction process of grouting has become a very important link. The vacuum grouting technology is to improve the post tensioned prestressed concrete structure safety and durability of effective measures. This paper focuses on the bridge main bridge of pre-stressed pipe grouting construction application of vacuum grouting construction technology and quality control.

Key words: prestressed pipe vacuum grouting technology; application;

中图分类号：U175 文献标识码：A 文章编号

近十年来，高强度预应力钢筋大量投入使用，但由于其高应力而对其自身的腐蚀破坏相当敏感，加之采用传统压浆工艺的预应力后张桥梁因预应力钢筋受腐蚀而出现的大跨径桥梁受损问题日益增多，因此近年来有关预应力后张法结构的防腐问题日益突出显露出来。

一、传统灌浆工艺存在的主要问题

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；另外，水泥浆容易离析、析水，干硬后收缩，析水会产生孔隙，致使强度不够，粘结不好，为工程留下了隐患。

因此，灌浆质量的好坏直接影响到预应力筋的防腐蚀性能、预应力构筑物的安全性能和耐久性能。目前，预应力混凝土结构中有平直束、弯束、U形束的布筋方法，为了防止预应力筋被腐蚀，提高结构的安全度和耐久性，确保工程质量，目前国外尤其是欧洲已开始普遍采用真空灌浆工艺，并取得了良好的效果。真空灌浆工艺克服了传统压浆工艺的不足，提高了孔道压浆的饱满度和密实性。因此，真空灌浆工艺应在桥梁后张法预应力灌浆施工中得到大力推广。

二. 真空灌浆工艺的原理和技术优点

1 工艺原理。

预应力真空压浆技术从理论上来说，应该称为“真空吸浆技术”更为合理、恰当。真空灌浆工艺的基本原理是：在压浆前在孔道的一端用真空泵对孔道进行抽真空使之产生-0.1MPa左右的真空度（真空度达到80%以上），然后用灌浆泵将优化后的特种水泥浆从孔道的另一端灌入，直至布满整条孔道，并加以不小于0.7MPa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。

2 技术优点。

与传统的压浆工艺相比，真空灌浆工艺由于使孔道前形成负压状态这一特点，使其具有以下特点：

2.1由于采用此工艺后，在压浆之前大多数空气(约90％)已被抽除，因此能基本消除通常采用的压浆方法所引起的气泡。

2.2在水泥浆混合料配比设计中解决了水泥浆的泌水问题，以消除因泌水产生的孔隙，从而避免这些孔隙可能会成为一个有害水的积聚地而对预应力钢筋产生腐蚀。

2.3消除了混杂在高性能水泥浆中的空气。

2.4真空吸浆过程是一个迅速且连续的过程。

2.5因为在吸浆前必须测试预应力管道内的真空压力值，这项测试工作是压浆的一个前提条件，为预应力管道是否足够密封提供了保证，减少了因预应力管道破损而造成预应力钢筋受腐蚀的可能性。同时，孔道良好的密封性又可使浆体可以充分充满整个孔道。

2.6工艺与浆体材料的优化，消除了裂缝的产生，使压浆的饱满度与强度得到了保证。

三、真空压浆的主要缺点

3.1由于该项工艺技术要求高，对施工质量控制、施工人员素质、机具设备性能以及高性能水泥浆配合比等方面带来了较高的要求，由于细小环节(如水泥浆搅拌)的疏忽很可能会影响整个工序的施工质量。

3.2为了避免由于预应力管道的破损受腐蚀而导致预应力钢筋加快受腐蚀的过程，预应力管道最好采用塑料波纹管以保证具备相当高的可靠保护，但考虑到塑料波纹管费用较高、孔径较大，因此一般仍采用普通波纹管形成预应力管道，但必须严格保证质量，必须仔细检查表面是否有孔洞、接头处是否采取了可靠的密封措施，同时在施工中还必须注意保护。

3.3为了保证高性能水泥浆的流动性、泌水性、初凝时间、强度以及体积变化率等技术指标符合工程设计与施工的多方面要求，必须事先进行相应的级配试验，同时在配比中还需添加减水剂、膨胀剂、防腐阻滞剂以及超塑剂等外掺加剂，相应的技术要求与成本也较高。

四、主要技术要求

4.1 压浆工艺要求。

4.1.1 孔道及两端必须全封闭。

4.1.2 压浆前，应对孔道进行清洁处理。孔道清洗后，应使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水抽出。

4.1.3 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。

4.1.4 水泥浆的拌和首先将水加入拌和机，然后再加入水泥，充分拌和后，再加入减水剂和膨胀剂，膨胀剂用量不超过5%，任何一次配制以满足一小时的使用即可。

4.1.5 抽真空时，真空度（负压）控制在-0.06～-0.1之间。

4.2 水泥浆的技术要求。

水泥浆的性能有流动性、凝结时间、泌水率、体积收缩率、浓度及化学成分等方面的要求。真空灌浆工艺使孔道和灌浆机之间存在着负压力差，水泥浆通过孔道的阻力较小，使低水灰比、低流动性的水泥浆可以较快、顺畅地通过孔道并充满孔道的所有孔隙，最大可能地减少泥浆收缩变形和孔隙，提高孔道灌浆的饱满度和密实性。水泥浆的技术要求有：

（1）水灰比：为满足可灌性要求，一般选用水泥浆，水灰比应在0.3～0.4之间。

（2）浆体流动度14～18S。

（3）浆体泌水性a.小于水泥浆初始体积2%。b.四次连续测试的结果的差值＜1%。c.拌和后24h水泥浆的泌水应能有吸收。

（4）浆体初凝时间：6小时。

（5）浆体强度：7天龄期强度≥40MPa，28天龄期强度≥50MPa。

（6）浆体对钢铰线无腐蚀作用。

4.3 压浆设备要求。

4.3.1 压浆设备

（1）排量为2立方米／min的SZ-2水环式真空灌浆泵1台；

（2）真空压力表1个，QSL-20型空气过滤器1个，15Kg左右秤1台；

（3）灌浆泵1台，配套高压橡胶管1根；

（4）灰浆搅拌机1台。

4.3.2 水泥浆拌和机应能制备具有胶稠状的水泥浆。

4.3.3 水泥浆泵及其吸收循环应是完全密封的，以避免气泡进入水泥浆内，它应能在压浆完成的管道上保持压力，且装有一个喷嘴，该喷嘴关闭时，导管中无压力损失。

4.3.4 压力表在第一次使用前加以校准，所有设备在灌浆操作中至少每3个小时用清洁水切底清洗一次，每天使用结束时应清洗干净。

4.4真空压浆工艺中必须认真对待的两项关键技术

4.4.1采用真空泵排除孔道内多余的空气，使孔道内形成负压，消除普通压浆方法引起的不饱满问题。尤其对超长孔道和小曲率半径孔道及扁管孔道的压浆极为有利。

4.4.2高性能水泥浆的功能开发和配合比设计必须合理，施工流动度、水泥净浆的强度等技术参数必须符合设计与施工要求，同时，必须大幅度降低水灰比，提高压浆密实度。

五、施工工艺

5.1 张拉施工完成之后，采用切割机切除外露的钢铰线（注意钢铰线的外露量≤30mm）进行封锚，并用清水冲洗孔道，高压风吹干净。

封锚方式有两种：

（1）采用保护罩封锚：保护罩作为工具罩使用，在灌浆后3小时内拆除，将锚垫板表面清理，保证平整，在灌浆保护罩底面和橡胶密封圈表面均匀涂上玻璃胶，装上橡胶密封圈，将保护罩和锚垫板上的安装孔对上，用螺栓拧紧，注意将排气口朝正上方。

（2）用无收缩水泥砂浆封锚：必须将锚板及夹片、外露钢铰线全部包裹，覆盖层厚＞15mm，封锚后24～48小时之内灌浆。

5.2 清理锚垫板上的灌浆孔，确定抽真空端及灌浆端，安装引出管球阀和接头并与真空机相连，并检查其功能。

5.3 搅拌水泥浆

（1）首先将称量好的水（扣除用于溶化减水剂的那部分水）、水泥、膨胀水泥、粉煤灰倒入搅拌机，搅拌2min。

（2）将溶于水的减水剂倒入搅拌机中，搅拌3min出料。

（3）水泥浆出料后应尽量马上进行泵送，否则要不停地搅拌。

（4）必须严格控制用水量，否则多加的水全部泌出，易造成管道顶端有空隙。对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用增加水的办法来增加灰浆的流动性。

5.4 待储浆罐的水泥浆的浆量达到不少于所要灌浆的一条孔道所需的灌浆量的1.3倍之后，关闭除与真空泵连接外的所有阀门，启动真空泵，通过压力表使真空度达到-0.06~-0.1MPa并保持稳定。

5.5 启动真空泵，当灌浆泵输出的浆体达到要求稠性时，将泵上的输送管接到锚垫板上的引出管上，开始灌浆，灌浆过程中，真空泵持续工作。

5.6 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，仍继续灌浆2～3min，使管道内有一定的压力，最后关掉灌浆阀。

5.7 拆下抽真空管的两个活接，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。

六、 施工注意事项

6.1施工前必须制订合理可行且符合规范要求的施工程序及其说明，并必须经过详细认真地交底，确保每一位操作人员对整个工序的施工顺序、工艺要求都心中有数、熟练掌握。

6.2预应力张拉完成后，及时采用无收缩水泥砂浆进行封锚，必须将锚板、夹片及外露钢绞线全部包裹，厚度不小于10mm，封锚后24-36小时内压浆。

6.3灌浆管应选用牢固结实的高强橡胶管，抗压能力≥1MPa，在灌浆时不能破裂，连接要牢固，不得脱管。

6.4施工前要认真根据不同品种、不同厂家生产的水泥，选择与水泥相容性好的添加剂，针对水泥浆的流动度、泌水率、凝结时间、收缩率（或膨胀率）、强度及化学成分等性能展开水泥浆的配比设计，以选择最佳的灌浆配合比。

6.5 严格控制材料配合比，否则多加的水会全部泌出，易造成管道顶端有空隙。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。

6.6 灌浆工作宜在灰浆流动性没有下降的30～45min时间内进行，孔道一次灌注要连续。

6.7 中途换管道时间内，继续启动灌浆泵，让浆体循环流动，避免出现输浆管堵塞现象。

七、结语

实践证明，施工现场高水平的质量管理和操作人员专业的操作水平、高度的责任心，加上合理的浆体配合比，采用真空灌浆技术将能保证孔道灌浆的均匀密实，能形成一个密实、不透水的保护层，并能消除孔隙，极大地提高了后张预应力孔道压浆的质量，杜绝了预应力筋氧化锈蚀的可能性，为后张预应力体系提供了强有力的保护措施，更好地提高了预应力结构的安全性和耐久性，具有十分远大的发展前景。

参考文献

［1］公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011

［2］霍建兵.公路工程真空灌浆技术的应用研究《科技传播》 2011年24期