真空輔助壓漿技術(shù)在高架橋梁施工中的應(yīng)用

楊唯一

1 工程概況

蘇州工業(yè)園區(qū)北環(huán)路東延工程(蘇嘉杭高速公路—唐莊立交)三標(biāo)段全線為高架橋，全長864 m，跨徑組合為[6×(3×32)+(4×24)+2×(3×32)]m;上部結(jié)構(gòu)為26.0 m～47.0 m變寬預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁。采用一聯(lián)96 m整體張拉法施工，Фj15.2鋼絞線，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)置承臺，橋墩為雙柱預(yù)應(yīng)力花瓶墩。

2 目前預(yù)應(yīng)力管道壓漿存在的問題

在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，孔道壓漿的主要目的是防止預(yù)應(yīng)力筋(鋼絞線)的腐蝕及在預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)混凝土之間提供有效的粘結(jié);孔道壓漿的密實性是孔道壓漿成功與否的首要技術(shù)要點。常用的做法是在混凝土內(nèi)預(yù)埋金屬(塑料)波紋管，在預(yù)應(yīng)力筋束張拉完成后，用壓漿機壓入水灰比為0.4～0.45左右的水泥漿，這種壓漿工藝普遍存在著壓過的漿體不密實，不飽滿，容易產(chǎn)生離析，干硬收縮較大，產(chǎn)生孔隙，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋受到銹蝕，嚴重者使得橋梁倒塌、重建或加固。2001年，我國交通部將后張預(yù)應(yīng)力壓漿不密實問題列為公路橋梁建設(shè)中的十大質(zhì)量通病之一。

3 真空輔助壓漿的基本原理及優(yōu)點

3.1 基本原理

真空輔助壓漿的基本原理: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)的真空度達到80%以上，使之產(chǎn)生-0.06 MPa～-0.1 MPa的真空度，然后用灌漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端灌入，并加以0.7 MPa的正壓力。同時，由于孔道與壓漿機之間的正負壓力差，大大提高了孔道壓漿的飽滿度和密實度，減小了水灰比，添加了專用的添加劑，提高了水泥漿的流動度，減小了水泥漿的收縮，從而保證了漿體的可施工性、充盈孔道的密實性和提高硬化漿體的強度。

真空輔助壓漿的整體過程如圖1所示。

3.2 優(yōu)點

1)可以消除普通壓漿法引起的氣泡，同時，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，增強了漿體的密實度;2)消除混在漿體中的氣泡，從而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)漿體中的微沫漿及稀漿在真空負壓下率先流入負壓容器，待稠漿流出后，孔道中漿體的稠度即能保持一致，使?jié){體密實度和強度得到保證;4)孔道在真空狀態(tài)下，減小了由于孔道彎曲而使?jié){體自身形成的壓頭差，便于漿體充盈整個孔道，尤其對于大跨度、彎型、豎向預(yù)應(yīng)力筋更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

4 真空壓漿技術(shù)要求

1)預(yù)應(yīng)力孔道用的管材必須具有一定的剛度和堅固性并不易被振搗棒鑿破，必須與混凝土可靠粘結(jié)，防止在孔道抽真空中，管道癟凹，本工程采用塑料波紋管。2)在預(yù)應(yīng)力張拉施工完成后，必須保證鋼絞線外露量大于3 cm，以便于封錨。封錨時，要將外露鋼絞線、錨墊板、夾片等全部包裹，使覆蓋層厚度大于1.5 cm，同時注意清理壓漿孔和排氣孔，壓漿應(yīng)在封錨后24 h～48 h內(nèi)進行。3)孔道及兩端必須密封，且孔道內(nèi)無雜物，孔道暢通。4)真空泵的壓力表需提前標(biāo)定，抽真空時，真空度控制在-0.06 M Pa～-0.1 MPa之間。5)水灰比控制在0.3～0.4之間，本工程取 0.35。6)漿體凈漿馬氏錐(1.725 L)流動度 14 s～18 s，漿體泌水率宜控制在2%，泌水應(yīng)在24 h內(nèi)重新全部被漿吸回，漿體初凝時間為6 h～8 h，漿體體積收縮率小于2%，漿體7 d齡期強度不小于30 MPa，漿體對鋼絞線無腐蝕作用。

5 真空輔助壓漿施工的原材料及設(shè)備

5.1 原材料

1)水。拌制水泥漿的水應(yīng)采用自來水或者純凈的河水，本工程采用橋梁南側(cè)的婁江水，其質(zhì)量指標(biāo)符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范對混凝土拌合用水的要求，并且每升水中的氯化物離子或其他任何有機物含量小于500 mg。2)水泥。水泥宜采用42.5級以上的硅酸鹽水泥，本工程采用蘇州市南新42.5級的普通硅酸鹽袋裝水泥，其質(zhì)量指標(biāo)符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范對混凝土用水泥的要求。3)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿專用外加劑。采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土高性能壓漿專用外加劑，本工程選用南京凱迪建材廠生產(chǎn)的高效減水專用孔道灌漿劑FDN-8。其主要性能具有高效減水、增強的功能，基本無泌水、無毒、無輻射、不含引起鋼材銹蝕的物質(zhì)。摻入后能使灌漿材料在整個水化硬化的不同階段產(chǎn)生適度的微膨脹(＜10%)，以補償水泥漿體的塑性收縮、干燥收縮和自身體積收縮變形，并應(yīng)具有適度緩凝和保持流動性的能力。4)水泥漿配合比:本工程采用水泥漿配合比:水泥∶水∶專用外加劑=1 382∶484∶124.4=1∶0.35∶0.09。

5.2 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用波紋管

本工程采用高密度聚乙烯塑料波紋管，塑料波紋管孔道摩阻較小，能保證預(yù)應(yīng)力筋的耐久性及電絕緣性能，塑料波紋管進場檢測的主要內(nèi)容為:外觀、環(huán)剛度、局部橫向荷載、柔韌性以及抗沖擊性，試驗方法及具體技術(shù)指標(biāo)要求應(yīng)符合JT/T 529-2004預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管規(guī)定。

5.3 真空輔助灌漿設(shè)備

1)壓漿設(shè)備。包括:螺旋強制式壓漿泵、1 000轉(zhuǎn)/min高速循環(huán)水泥漿體攪拌機、計量設(shè)備、壓力表、儲漿桶、過濾器、高壓橡膠管、連接頭和控制閥。2)真空輔助設(shè)備。包括:排量為2 m3/min的SZ-2型真空泵、壓力表、控制盤、壓力瓶、加筋透明輸漿管、氣密閥和氣密蓋帽。

6 施工工藝流程及工序操作關(guān)鍵點

6.1 工藝流程

壓漿用水泥配合比專項試驗→波紋管留孔→壓漿設(shè)備準(zhǔn)備→切割錨頭部分鋼絞線→封錨→錨頭安裝控制閥門→連接真空泵對孔道抽真空→制漿并壓漿→做好施工記錄并制作標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生試塊。

6.2 工序操作關(guān)鍵點

1)波紋管定位。本工程塑料波紋管定位鋼筋的布設(shè)間距在曲線部分采用50 cm，直線部分采用100 cm，施工時應(yīng)確保波紋管無偏位且線形通暢。

2)錨頭封錨。a.預(yù)應(yīng)力張拉完成后，經(jīng)檢測符合設(shè)計和規(guī)范后，端部鋼絞線用砂輪鋸進行切割，外露3 cm～5 cm左右，嚴禁采用電焊切割。b.清理錨墊板表面和壓漿孔內(nèi)的水泥漿和其他雜物，保證表面平整和孔道暢通。c.本工程采用混凝土封錨，采用C40以上細石混凝土封堵，封堵時保證混凝土澆搗密實，并保證錨具外側(cè)有5 cm～7 cm以上的封堵厚度，以防止抽真空時漏氣或壓漿時漏漿，且需在封堵完成48 h后壓漿。

3)灌漿準(zhǔn)備。a.檢查確認材料數(shù)量、種類是否齊全、質(zhì)量是否保證。b.檢查孔道是否干爽、清潔、密封。必要時應(yīng)沖洗清除有害材料，對于可能發(fā)生的油污，可采用對預(yù)應(yīng)力筋和管道無腐蝕作用的中性洗滌劑或皂液，用水稀釋后沖洗。沖洗后，應(yīng)使用不含油的壓縮空氣將孔道內(nèi)的所有積水吹出。c.檢查機具是否齊全、完好。d.檢查供水、供電是否齊全、方便。

4)試抽真空。將灌漿閥、排氣閥全部關(guān)閉，抽真空閥打開，啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數(shù)，當(dāng)壓力表讀數(shù)固定在-0.06 MPa～-0.1 MPa之間某值不再變化時，停泵約1 min，若壓力表讀數(shù)保持不變即認為孔道密閉良好，滿足真空灌漿條件。

5)漿體攪拌。a.初次攪拌水泥漿，應(yīng)使攪拌機內(nèi)壁充分濕潤，并不得有積水。攪拌好的灰漿要做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌和的材料，更不能采取邊出料邊進料的方法。b.裝料順序:先將稱量好的水加入攪拌機，開機再加入稱量好的專用外加劑攪拌約1 min;然后加入全部水泥后攪拌3 min出料。

6)制作試塊。每次壓漿時，每一工作班應(yīng)留取不少于三組的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7 d，28 d，測定其抗壓強度。試塊7 d和28 d的強度應(yīng)分別不小于30 MPa和50 MPa。

7)真空灌漿。a.將水泥漿加到灌漿泵中，在灌漿泵的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，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。b.關(guān)掉灌漿閥，啟動真空泵，當(dāng)真空度達到并維持在-0.06 M Pa～-0.09 MPa中一值時，啟動灌漿泵，打開灌漿閥，開始灌漿，當(dāng)漿體經(jīng)過空氣濾清器時，關(guān)掉真空泵及抽氣閥，打開排氣閥。觀察排氣管的出漿情況，當(dāng)漿體稠度和灌入之前稠度一樣時，關(guān)掉排氣閥，使管內(nèi)保持0.7 MPa的壓力，持壓2 min，最后關(guān)掉灌漿閥。

8)清洗。拆下抽真空管的兩個活結(jié)，卸下真空泵;拆下空氣濾清器和灌漿膠管，清洗灌漿泵、攪拌機、閥門、空氣濾清器以及粘有灰漿的工具。

9)養(yǎng)護。壓漿過程及壓漿后48 h內(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土的溫度不得低于5℃，否則應(yīng)采取保溫措施，當(dāng)氣溫高于35℃時，壓漿應(yīng)在夜間進行。

7 注意事項

錨頭一定要密封好，最好在密封后24 h開始灌漿，灌漿管應(yīng)選用牢固結(jié)實的高強橡膠管，抗壓能力不小于1 M Pa，帶壓灌漿時不能破裂，連接要牢固，不得脫管。嚴格掌握材料配合比，對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴禁采用加水的辦法來增加其流動性。水泥漿攪拌好合格后應(yīng)盡量馬上進行灌漿，否則要不停攪拌，以免漿體沉淀發(fā)生堵管。灌漿應(yīng)在水泥漿流動性沒有下降的30 min～45 min時間內(nèi)進行，孔道灌注要連續(xù)?；覞{進入灌漿泵之前應(yīng)通過1.2 mm的篩網(wǎng)。儲漿罐的體積應(yīng)大于一條孔道的漿體的體積。注意波紋管的連接、管道端部與閥門的連接及排氣孔與排氣閥的連接，連接部位結(jié)合要緊密，閥門氣密性要好，這樣才能達到預(yù)定的真空效果。抽真空用的真空泵為水循環(huán)式SZ-2型真空泵，啟動真空泵前，檢查進水管是否連接好，應(yīng)注意進水閥門是否打開(否則容易把泵燒壞)，真空泵啟動時應(yīng)注意泵是否正轉(zhuǎn)。

8 結(jié)語

蘇州工業(yè)園區(qū)高架橋采用真空壓漿工藝施工后，預(yù)應(yīng)力孔道中沒有出現(xiàn)過傳統(tǒng)壓漿不密實、不飽滿，壓漿有效距離短，預(yù)應(yīng)力筋易生銹等諸多問題，確保了孔道壓漿的質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性，真空輔助壓漿技術(shù)具有極大的發(fā)展前景和應(yīng)用空間，在后張預(yù)應(yīng)力混凝土施工中應(yīng)大力應(yīng)用這一技術(shù)。

[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JT/T 529-2004，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管[S].