预应力长孔道循环智能压浆技术研究

陈彦猛

(河北省高速公路京衡管理处， 河北 衡水　053020)



预应力长孔道循环智能压浆技术研究

陈彦猛

(河北省高速公路京衡管理处， 河北 衡水053020)

摘要：预应力长孔道的压浆工艺和材料质量是关系到长孔道预应力长期耐久性的重要因素。考虑到传统压浆技术难以确保长孔道预应力复杂体系的压浆密实度，进行了智能压浆循环技术下的预应力长孔道压浆技术研究，研究了长孔道循环压浆下孔道内部浆液压力沿程损失大小及流动度损失变化，研究结果表明：长孔道压浆管道内壁压力的沿程损失大小受孔道长度、孔道弯曲度等因素的影响，大体呈现出正相关关系，建议对于长度大于90 m的预应力孔道应该考虑适当提高循环压浆压力和压力持续循环的时间。最后根据长孔道压浆压力沿程损失的特点制定了针对性的循环压浆工艺，即在长孔道两端分别采用一套压浆设备同时进行循环压浆。

关键词：预应力长孔道； 压力沿程损失； 流动度； 循环压浆

0引言

预应力压浆质量是保证桥梁预应力钢绞线在高应力状态下不被腐蚀的关键因素[1]。随着大跨度桥梁的逐渐增多，利用传统压浆技术进行大跨度中长预应力孔道的压浆已经很难保证压浆的密实性。由于长孔道内部结构复杂、预应力较大、压浆浆液较多等因素，对压浆料、压浆设备及工艺要求均提出了比普通压浆更高的要求。大量的传统压浆工艺现场压浆质量表明，尽管采用了符合规范要求的压浆工艺进行压浆，也很难保证预应力孔道有较好的压浆密实度[2]。国内外大量学者进行了超长管道压浆工艺及影响因素研究，刘柳奇等[3]进行了超长孔道压浆工艺及设备研究，开发了智能循环压浆设备，并通过对超长孔道压浆的实际工程运用，提出了超长管道压浆过程中注意的问题和采取的工艺措施。张宏等[4]进行了超长大孔径预应力管道真空辅助压浆施工技术研究，以实际超长孔道压浆为技术运用背景，说明了真空辅助压浆在超长孔道压浆过程中的优点及施工方法。随着智能循环压浆技术的发展，利用智能循环压浆技术进行长孔道压浆技术的关键问题处理和研究成为当前研究的长孔道压浆的一种方法[5]。

本文借助于智能循环压浆工艺技术，研究长孔道压浆过程中压浆压力沿程损失的特点，压浆浆液受长孔道长度、弯起度等因素影响程度，最后根据循环压浆工艺的特点，针对性地给出现场解决长孔道压浆技术问题的压浆工艺措施。

1循环智能压浆技术

1.1循环智能压浆技术及工艺设备

循环智能压浆设备是一种半智能压浆技术工艺设备，其设备开发思路源自于传统压浆工艺设备的缺陷和当前先进的测控系统。其主要的优点是通过设置的软件程序进行整个压浆过程中的循环压浆，其核心特点是变人为操作控制压浆指标转变为数控系统自动控制压浆指标，因此压浆过程更加规范合理。循环智能压浆设备在传统压浆设备的基础上较好地实现了压浆水胶比、压浆量、压浆压力大小、压浆时间的系统控制。该技术的原理是通过带压的循环浆液在预应力孔道内持续循环，从而带走预应力孔道中的杂质和空气，同时通过设备上的数据显示可以发现压浆过程中的孔道堵塞等问题。压浆过程的压浆指标通过压浆设备中的进出口、水胶比测试仪，流量测控仪等实现[6]。

循环智能压浆设备主要由：循环压浆系统、指标测控系统、系统控制主机等组成，通过该设备中的PLC控制系统发出无线指令实现整个压浆过程。其具体的循环智能压浆系统结构如图1所示。

图1　循环智能压浆设备原理图

1.2循环智能压浆设备的技术特点

相对于传统压浆工艺，循环智能压浆主要技术特点有：

1) 浆液带压持续循环，排除管道空气和杂质。

通过压浆螺杆泵使浆液带压持续在压浆管、预应力孔道内部循环，排除压浆管道内部空气和杂质，此过程中，浆液的流量可以实时调节，同时浆液的送压大小也实时调节和稳定。

2) 一次压浆双孔或多孔，工效提高1倍及以上。

循环压浆工艺是通过2个或者多个压浆孔道内的浆液实现系统的循环。该过程相比于传统的压浆过程，自然功效提高1倍及以上。

3) 压浆压力精确控制。

将压力测控仪安装在循环压浆设备的进、出口，因而可以方便地测得浆液在整个循环过程中的压力沿程损失。同时，一旦发现出口浆液压力不满足规范要求，则立即进行持压循环，从而确保了整个压浆过程中压力的保持。

4) 精确控制水胶比大小。

该循环压浆设备是通过精确控制加水量来实现水胶比的准确控制的，同时也避免了浆液制备过程中的随意加水对压浆浆液性能的影响，从而可以准确地保证压浆水胶比、流动性等指标满足规范要求。

5) 保证浆液搅拌质量。

采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1 420 r/min，叶片线速度>10 m/s，能完全满足规范要求。

6) 规范压浆过程，实现远程监控。

循环压浆设备中安装有无线指令传播设备，能够实时的传递压浆数据，方便业主对压浆质量的管理。同时该设备也保存了压浆过程各个指标变化情况，方便后期对数据的检验。

2预应力长孔道压浆技术研究

目前，大跨度桥梁由于其压浆施工难度大，预应力体系水平高等特点使得其耐久性和安全保障方面更容易得到广泛的关注。在大跨度长孔道压浆方面，其技术特点和难点如下：

1) 长孔道下的压浆料一次性需要高，因此对压浆设备提出了较高的要求。

2) 长孔道管道过长，容易使压浆浆液在压浆过程中沉淀，因而会降低压浆质量，因此对压浆设备的长距离输送要求更高。同时需要关注压浆过程中的浆液初凝时间、流动度等指标值变化。

3) 长孔道由于孔道内壁沿程阻力更大，对压浆设备的压力配置要求更高。

目前采用传统压浆导致的长孔道压浆出现的主要问题如下：

1) 长孔道压浆工艺不合理，即采用传统压浆工艺无法实现较好的压浆密实度。

2) 人为因素影响。即传统压浆工艺全过程人工操作，人为因素影响极大。

3) 压浆材料的不合格。即在压浆过程中采用压浆材料性能指标不达标的材料，容易造成压浆浆液因其泌水等原因导致的压浆不密实。

尽管目前出现的循环智能压浆工艺有效地解决了传统压浆工艺存在的多数缺陷，但是对于长孔道压浆而言，由于长孔道内部复杂特性，采用循环智能压浆设备也可能出现压浆不密实状况，因此有必要进行其长孔道压浆技术的压浆过程技术指标参数研究，用以指导后期长孔道压浆施工，同时针对长孔道技术难点，制定合理的压浆工艺，以适应不同环境下的长孔道压浆施工。

2.1依托工程概况及研究方案

某市政现浇箱梁工程某联为4跨30 m长，预应力筋分布有横梁、顶板、底板、腹板、长短束预应力筋共258孔，其中最长的预应力达到120.5 m，全联采用循环智能压浆技术，压浆过程中严格控制各项压浆指标值。

在此压浆过程中，选取部分长、短孔道进行循环智能压浆设备下的压浆压力沿程损失、浆液出口流动度损失研究。主要的研究变量如表1所示。

表1 长孔道压浆技术指标研究研究指标内容预应力孔道长度/m预应力孔道累计弯曲弧度/rad进浆口压力值/MPa压浆压力沿程损失、30min浆液流动度26.80.67227.21.5828.62.560.81.5690.21.6121.20.81201.651202.61203.20.5、0.7、1.0 注:所有的预应力孔道直径均一致,压浆压力沿程损失可由循环智能压浆设备的进、出口测控仪直接读出,出口压力值读数取压浆浆液刚刚达到出浆口值,浆液流动度测试为开始压浆和压浆浆液刚刚达到后各取一组进行流动度试验。同时取循环压浆完毕后的出口压力值和浆液流动度。

2.2研究结果

1) 压力沿程损失规律。

考察预应力孔道长度、累计弯曲弧度对压浆浆液孔道内壁摩擦损失的影响。具体的结果如表2所示。

由表2可知，对于短孔道，管道摩擦、弯起等影响因素下孔道内壁压力沿程损失较小，但当孔道长度达到60 m时，压力沿程损失开始变大，当孔道长度达到120 m，最大弯曲弧度时，当进口施加1 MPa压力时，压力沿程损失达到0.58 MPa，剩余管道内压力只有0.42 MPa。而《公路桥涵施工技术规范》规定，关闭出浆口后宜保持管道内不小于0.5 MPa的稳压期，来保证孔道内部空气和杂质的排除。显然，孔道过长，累计孔道弯曲弧度过大，浆液压力沿程损失过大，无法保证其浆液孔道内部压力稳压0.5 MPa的环境，容易造成压浆不密实。

当进口压力为0.7 MPa时，长度大于90 m的出浆口压力值将很难保证规范要求，因此，建议对于长度大于90 m的孔道进行压浆时，应采用较大的压浆压力值。

表2 压力沿程损失统计结果研究指标内容预应力孔道长度/m预应力孔道累计弯曲弧度/rad出浆口压力值/MPa进浆口压力值0.5MPa进浆口压力值0.7MPa进浆口压力值1.0MPa压浆压力沿程损失26.80.6720.45(0.05)0.65(0.05)0.94(0.06)27.21.580.43(0.07)0.62(0.08)0.91(0.09)28.62.50.42(0.08)0.6(0.1)0.9(0.1)60.81.560.38(0.12)0.58(0.12)0.85(0.15)90.21.60.22(0.28)0.41(0.29)0.7(0.3)121.20.80.23(0.27)0.4(0.3)0.68(0.32)1201.650.18(0.32)0.29(0.31)0.66(0.34)1202.60.1(0.4)0.28(0.42)0.53(0.47)1203.20.02(0.48)0.16(0.54)0.42(0.58) 注:括号内为进出口压力差值。

所以，尽管采取了循环智能压浆工艺，当压浆孔道较长时，也难以保证管道内部0.5 MPa以上的稳压环境。故而建议改进长孔道压浆下的循环智能压浆工艺。

2) 浆液流动性变化。

考察预应力孔道长度、累计弯曲弧度对压浆浆液流动性的影响。具体的结果如表3所示。

由表3可知，预应力孔道越长，浆液经过孔道端口达到另一端端口后，其流动度值变化越大，长度相同时，孔道弯曲累计弧度越大，流动度变化值也越大。主要原因是孔道内壁的吸附作用带走了浆液部分水分，因而其流动度增加，《公路桥涵施工技术规范》规定了30 min浆液流动度在10～20 s，则采用传统的压浆工艺，很难保证管道内浆液的流动性满足要求。当采用循环智能压浆工艺后，则管道内的浆液重新循环到制浆筒内，则保证了浆液在管道内壁的流动性能。

因此，采用循环智能压浆克服了传统压浆在长孔道压浆过程中浆液流动性变差的问题。建议在长孔道压浆中采用循环智能压浆工艺。

表3 进、出口浆液30min流动度(25℃)统计结果研究指标内容预应力孔道长度/m预应力孔道累计弯曲弧度/rad进浆口压力值为1MPa时进浆口浆液30min流动度/s出浆口浆液30min流动度/s30min浆液流动度26.80.672181927.21.58171928.62.5172060.81.56162190.21.62025121.20.817261201.6518281202.619301203.21832

2.3长孔道压浆技术方法

由2.2可知，长孔道压浆中，仅仅采用常见的智能循环压浆工艺模式也存在一些问题。因此有必要进行循环智能压浆工艺的改进。

为了弥补压浆压力在孔道内的沿程损失量和浆液的水分流失量，可以采用2台智能压浆设备对称压浆，压浆示意图如图2所示。

2台循环智能压浆设备压浆具体工艺流程为：

1) 2台压浆设备同时制浆；

2) 浆液由其中一台压浆设备的低孔道进入，循环至另外一台压浆设备中；

图2　2孔2台设备压浆示意图

3) 浆液在另外一台压浆设备中搅拌，保持其流动性能，再另外一台压浆设备由高孔道将浆液压入；

4) 持续循环规定时间。

当采用2台循环智能压浆设备后，检测进、出口压力值，同时测定浆液的流动度，其结果均能够保证规范要求，弥补了沿程损失的压力。同时，压浆完毕后的无损检测结果显示，该压浆工艺压浆密实度100%。因此，通过改进后的循环智能压浆工艺较好地保证了长孔道压浆。

3结语

通过对现浇梁单箱式的智能压浆和传统压浆的技术对比，基本结论如下：

1) 长孔道压浆管道内壁压力的沿程损失大小受孔道长度、孔道弯曲度以及孔道直径大小的影响，大体呈现出正相关关系，建议对于长度大于90 m的预应力孔道应该考虑适当提高循环压浆压力和压力持续循环的时间。

2) 基于长孔道沿程压浆压力损失大，浆液流动性降低的缺点，改进智能循环压浆工艺，将原来的单台循环智能压浆设备改为2台智能压浆设备同时压浆，压浆过程中压力、浆液流动度监测结果表明了该技术的可行性，同时压浆后压浆密实度达到了100%。

参考文献：

[1] 刘亚昌.智能张拉和智能压浆系统在桥梁建设中的应用[J].交通标准化，2014，42(10).

[2] 冯大斌，董建伟，孟履祥.后张预应力孔道灌浆现状[J].施工技术，2006(4)：49-51.

[3] 刘柳奇，刘德坤.基于超长预应力管道压浆实例的循环智能压浆技术[J].中外公路，2013(3)：99-102.

[4] 张宏.超长大孔径预应力管道真空辅助压浆施工技术[J].基建优化，2004(3)：50-51.

[5] 梁晓东，刘德坤，徐有为.大循环智能压浆工艺在后张预应力管道压浆中的应用研究[J].城市道桥与防洪，2012(6)：206-208.

[6] 陈海斌，张云文，秦江.预应力混凝土智能张拉与智能压浆新工艺应用[J].内蒙古公路与运输，2013(5)：1-3.

文章编号：1008-844X(2016)02-0196-04

收稿日期:2016-05-09

作者简介:陈彦猛( 1975-) ，男，高级工程师，主要从事道桥施工与养护。

中图分类号：U 445

文献标识码：A