預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道循環(huán)智能壓漿技術(shù)研究

陳彥猛

(河北省高速公路京衡管理處， 河北 衡水　053020)

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預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道循環(huán)智能壓漿技術(shù)研究

陳彥猛

(河北省高速公路京衡管理處， 河北 衡水053020)

摘要：預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道的壓漿工藝和材料質(zhì)量是關(guān)系到長(zhǎng)孔道預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期耐久性的重要因素?？紤]到傳統(tǒng)壓漿技術(shù)難以確保長(zhǎng)孔道預(yù)應(yīng)力復(fù)雜體系的壓漿密實(shí)度，進(jìn)行了智能壓漿循環(huán)技術(shù)下的預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)研究，研究了長(zhǎng)孔道循環(huán)壓漿下孔道內(nèi)部漿液壓力沿程損失大小及流動(dòng)度損失變化，研究結(jié)果表明：長(zhǎng)孔道壓漿管道內(nèi)壁壓力的沿程損失大小受孔道長(zhǎng)度、孔道彎曲度等因素的影響，大體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，建議對(duì)于長(zhǎng)度大于90 m的預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)該考慮適當(dāng)提高循環(huán)壓漿壓力和壓力持續(xù)循環(huán)的時(shí)間。最后根據(jù)長(zhǎng)孔道壓漿壓力沿程損失的特點(diǎn)制定了針對(duì)性的循環(huán)壓漿工藝，即在長(zhǎng)孔道兩端分別采用一套壓漿設(shè)備同時(shí)進(jìn)行循環(huán)壓漿。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道； 壓力沿程損失； 流動(dòng)度； 循環(huán)壓漿

0引言

預(yù)應(yīng)力壓漿質(zhì)量是保證橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線在高應(yīng)力狀態(tài)下不被腐蝕的關(guān)鍵因素[1]。隨著大跨度橋梁的逐漸增多，利用傳統(tǒng)壓漿技術(shù)進(jìn)行大跨度中長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿已經(jīng)很難保證壓漿的密實(shí)性。由于長(zhǎng)孔道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、預(yù)應(yīng)力較大、壓漿漿液較多等因素，對(duì)壓漿料、壓漿設(shè)備及工藝要求均提出了比普通壓漿更高的要求。大量的傳統(tǒng)壓漿工藝現(xiàn)場(chǎng)壓漿質(zhì)量表明，盡管采用了符合規(guī)范要求的壓漿工藝進(jìn)行壓漿，也很難保證預(yù)應(yīng)力孔道有較好的壓漿密實(shí)度[2]。國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者進(jìn)行了超長(zhǎng)管道壓漿工藝及影響因素研究，劉柳奇等[3]進(jìn)行了超長(zhǎng)孔道壓漿工藝及設(shè)備研究，開發(fā)了智能循環(huán)壓漿設(shè)備，并通過對(duì)超長(zhǎng)孔道壓漿的實(shí)際工程運(yùn)用，提出了超長(zhǎng)管道壓漿過程中注意的問題和采取的工藝措施。張宏等[4]進(jìn)行了超長(zhǎng)大孔徑預(yù)應(yīng)力管道真空輔助壓漿施工技術(shù)研究，以實(shí)際超長(zhǎng)孔道壓漿為技術(shù)運(yùn)用背景，說明了真空輔助壓漿在超長(zhǎng)孔道壓漿過程中的優(yōu)點(diǎn)及施工方法。隨著智能循環(huán)壓漿技術(shù)的發(fā)展，利用智能循環(huán)壓漿技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)的關(guān)鍵問題處理和研究成為當(dāng)前研究的長(zhǎng)孔道壓漿的一種方法[5]。

本文借助于智能循環(huán)壓漿工藝技術(shù)，研究長(zhǎng)孔道壓漿過程中壓漿壓力沿程損失的特點(diǎn)，壓漿漿液受長(zhǎng)孔道長(zhǎng)度、彎起度等因素影響程度，最后根據(jù)循環(huán)壓漿工藝的特點(diǎn)，針對(duì)性地給出現(xiàn)場(chǎng)解決長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)問題的壓漿工藝措施。

1循環(huán)智能壓漿技術(shù)

1.1循環(huán)智能壓漿技術(shù)及工藝設(shè)備

循環(huán)智能壓漿設(shè)備是一種半智能壓漿技術(shù)工藝設(shè)備，其設(shè)備開發(fā)思路源自于傳統(tǒng)壓漿工藝設(shè)備的缺陷和當(dāng)前先進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)。其主要的優(yōu)點(diǎn)是通過設(shè)置的軟件程序進(jìn)行整個(gè)壓漿過程中的循環(huán)壓漿，其核心特點(diǎn)是變?nèi)藶椴僮骺刂茐簼{指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制壓漿指標(biāo)，因此壓漿過程更加規(guī)范合理。循環(huán)智能壓漿設(shè)備在傳統(tǒng)壓漿設(shè)備的基礎(chǔ)上較好地實(shí)現(xiàn)了壓漿水膠比、壓漿量、壓漿壓力大小、壓漿時(shí)間的系統(tǒng)控制。該技術(shù)的原理是通過帶壓的循環(huán)漿液在預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)持續(xù)循環(huán)，從而帶走預(yù)應(yīng)力孔道中的雜質(zhì)和空氣，同時(shí)通過設(shè)備上的數(shù)據(jù)顯示可以發(fā)現(xiàn)壓漿過程中的孔道堵塞等問題。壓漿過程的壓漿指標(biāo)通過壓漿設(shè)備中的進(jìn)出口、水膠比測(cè)試儀，流量測(cè)控儀等實(shí)現(xiàn)[6]。

循環(huán)智能壓漿設(shè)備主要由：循環(huán)壓漿系統(tǒng)、指標(biāo)測(cè)控系統(tǒng)、系統(tǒng)控制主機(jī)等組成，通過該設(shè)備中的PLC控制系統(tǒng)發(fā)出無線指令實(shí)現(xiàn)整個(gè)壓漿過程。其具體的循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　循環(huán)智能壓漿設(shè)備原理圖

1.2循環(huán)智能壓漿設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)壓漿工藝，循環(huán)智能壓漿主要技術(shù)特點(diǎn)有：

1) 漿液帶壓持續(xù)循環(huán)，排除管道空氣和雜質(zhì)。

通過壓漿螺桿泵使?jié){液帶壓持續(xù)在壓漿管、預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)部循環(huán)，排除壓漿管道內(nèi)部空氣和雜質(zhì)，此過程中，漿液的流量可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，同時(shí)漿液的送壓大小也實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定。

2) 一次壓漿雙孔或多孔，工效提高1倍及以上。

循環(huán)壓漿工藝是通過2個(gè)或者多個(gè)壓漿孔道內(nèi)的漿液實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的循環(huán)。該過程相比于傳統(tǒng)的壓漿過程，自然功效提高1倍及以上。

3) 壓漿壓力精確控制。

將壓力測(cè)控儀安裝在循環(huán)壓漿設(shè)備的進(jìn)、出口，因而可以方便地測(cè)得漿液在整個(gè)循環(huán)過程中的壓力沿程損失。同時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)出口漿液壓力不滿足規(guī)范要求，則立即進(jìn)行持壓循環(huán)，從而確保了整個(gè)壓漿過程中壓力的保持。

4) 精確控制水膠比大小。

該循環(huán)壓漿設(shè)備是通過精確控制加水量來實(shí)現(xiàn)水膠比的準(zhǔn)確控制的，同時(shí)也避免了漿液制備過程中的隨意加水對(duì)壓漿漿液性能的影響，從而可以準(zhǔn)確地保證壓漿水膠比、流動(dòng)性等指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

5) 保證漿液攪拌質(zhì)量。

采用高速制漿機(jī)，將水泥、壓漿劑和水進(jìn)行高速攪拌，其轉(zhuǎn)速為1 420 r/min，葉片線速度>10 m/s，能完全滿足規(guī)范要求。

6) 規(guī)范壓漿過程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

循環(huán)壓漿設(shè)備中安裝有無線指令傳播設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)的傳遞壓漿數(shù)據(jù)，方便業(yè)主對(duì)壓漿質(zhì)量的管理。同時(shí)該設(shè)備也保存了壓漿過程各個(gè)指標(biāo)變化情況，方便后期對(duì)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)。

2預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)研究

目前，大跨度橋梁由于其壓漿施工難度大，預(yù)應(yīng)力體系水平高等特點(diǎn)使得其耐久性和安全保障方面更容易得到廣泛的關(guān)注。在大跨度長(zhǎng)孔道壓漿方面，其技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)如下：

1) 長(zhǎng)孔道下的壓漿料一次性需要高，因此對(duì)壓漿設(shè)備提出了較高的要求。

2) 長(zhǎng)孔道管道過長(zhǎng)，容易使壓漿漿液在壓漿過程中沉淀，因而會(huì)降低壓漿質(zhì)量，因此對(duì)壓漿設(shè)備的長(zhǎng)距離輸送要求更高。同時(shí)需要關(guān)注壓漿過程中的漿液初凝時(shí)間、流動(dòng)度等指標(biāo)值變化。

3) 長(zhǎng)孔道由于孔道內(nèi)壁沿程阻力更大，對(duì)壓漿設(shè)備的壓力配置要求更高。

目前采用傳統(tǒng)壓漿導(dǎo)致的長(zhǎng)孔道壓漿出現(xiàn)的主要問題如下：

1) 長(zhǎng)孔道壓漿工藝不合理，即采用傳統(tǒng)壓漿工藝無法實(shí)現(xiàn)較好的壓漿密實(shí)度。

2) 人為因素影響。即傳統(tǒng)壓漿工藝全過程人工操作，人為因素影響極大。

3) 壓漿材料的不合格。即在壓漿過程中采用壓漿材料性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的材料，容易造成壓漿漿液因其泌水等原因?qū)е碌膲簼{不密實(shí)。

盡管目前出現(xiàn)的循環(huán)智能壓漿工藝有效地解決了傳統(tǒng)壓漿工藝存在的多數(shù)缺陷，但是對(duì)于長(zhǎng)孔道壓漿而言，由于長(zhǎng)孔道內(nèi)部復(fù)雜特性，采用循環(huán)智能壓漿設(shè)備也可能出現(xiàn)壓漿不密實(shí)狀況，因此有必要進(jìn)行其長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)的壓漿過程技術(shù)指標(biāo)參數(shù)研究，用以指導(dǎo)后期長(zhǎng)孔道壓漿施工，同時(shí)針對(duì)長(zhǎng)孔道技術(shù)難點(diǎn)，制定合理的壓漿工藝，以適應(yīng)不同環(huán)境下的長(zhǎng)孔道壓漿施工。

2.1依托工程概況及研究方案

某市政現(xiàn)澆箱梁工程某聯(lián)為4跨30 m長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力筋分布有橫梁、頂板、底板、腹板、長(zhǎng)短束預(yù)應(yīng)力筋共258孔，其中最長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力達(dá)到120.5 m，全聯(lián)采用循環(huán)智能壓漿技術(shù)，壓漿過程中嚴(yán)格控制各項(xiàng)壓漿指標(biāo)值。

在此壓漿過程中，選取部分長(zhǎng)、短孔道進(jìn)行循環(huán)智能壓漿設(shè)備下的壓漿壓力沿程損失、漿液出口流動(dòng)度損失研究。主要的研究變量如表1所示。

表1 長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)指標(biāo)研究研究指標(biāo)內(nèi)容預(yù)應(yīng)力孔道長(zhǎng)度/m預(yù)應(yīng)力孔道累計(jì)彎曲弧度/rad進(jìn)漿口壓力值/MPa壓漿壓力沿程損失、30min漿液流動(dòng)度26.80.67227.21.5828.62.560.81.5690.21.6121.20.81201.651202.61203.20.5、0.7、1.0 注:所有的預(yù)應(yīng)力孔道直徑均一致,壓漿壓力沿程損失可由循環(huán)智能壓漿設(shè)備的進(jìn)、出口測(cè)控儀直接讀出,出口壓力值讀數(shù)取壓漿漿液剛剛達(dá)到出漿口值,漿液流動(dòng)度測(cè)試為開始?jí)簼{和壓漿漿液剛剛達(dá)到后各取一組進(jìn)行流動(dòng)度試驗(yàn)。同時(shí)取循環(huán)壓漿完畢后的出口壓力值和漿液流動(dòng)度。

2.2研究結(jié)果

1) 壓力沿程損失規(guī)律。

考察預(yù)應(yīng)力孔道長(zhǎng)度、累計(jì)彎曲弧度對(duì)壓漿漿液孔道內(nèi)壁摩擦損失的影響。具體的結(jié)果如表2所示。

由表2可知，對(duì)于短孔道，管道摩擦、彎起等影響因素下孔道內(nèi)壁壓力沿程損失較小，但當(dāng)孔道長(zhǎng)度達(dá)到60 m時(shí)，壓力沿程損失開始變大，當(dāng)孔道長(zhǎng)度達(dá)到120 m，最大彎曲弧度時(shí)，當(dāng)進(jìn)口施加1 MPa壓力時(shí)，壓力沿程損失達(dá)到0.58 MPa，剩余管道內(nèi)壓力只有0.42 MPa。而《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，關(guān)閉出漿口后宜保持管道內(nèi)不小于0.5 MPa的穩(wěn)壓期，來保證孔道內(nèi)部空氣和雜質(zhì)的排除。顯然，孔道過長(zhǎng)，累計(jì)孔道彎曲弧度過大，漿液壓力沿程損失過大，無法保證其漿液孔道內(nèi)部壓力穩(wěn)壓0.5 MPa的環(huán)境，容易造成壓漿不密實(shí)。

當(dāng)進(jìn)口壓力為0.7 MPa時(shí)，長(zhǎng)度大于90 m的出漿口壓力值將很難保證規(guī)范要求，因此，建議對(duì)于長(zhǎng)度大于90 m的孔道進(jìn)行壓漿時(shí)，應(yīng)采用較大的壓漿壓力值。

表2 壓力沿程損失統(tǒng)計(jì)結(jié)果研究指標(biāo)內(nèi)容預(yù)應(yīng)力孔道長(zhǎng)度/m預(yù)應(yīng)力孔道累計(jì)彎曲弧度/rad出漿口壓力值/MPa進(jìn)漿口壓力值0.5MPa進(jìn)漿口壓力值0.7MPa進(jìn)漿口壓力值1.0MPa壓漿壓力沿程損失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:括號(hào)內(nèi)為進(jìn)出口壓力差值。

所以，盡管采取了循環(huán)智能壓漿工藝，當(dāng)壓漿孔道較長(zhǎng)時(shí)，也難以保證管道內(nèi)部0.5 MPa以上的穩(wěn)壓環(huán)境。故而建議改進(jìn)長(zhǎng)孔道壓漿下的循環(huán)智能壓漿工藝。

2) 漿液流動(dòng)性變化。

考察預(yù)應(yīng)力孔道長(zhǎng)度、累計(jì)彎曲弧度對(duì)壓漿漿液流動(dòng)性的影響。具體的結(jié)果如表3所示。

由表3可知，預(yù)應(yīng)力孔道越長(zhǎng)，漿液經(jīng)過孔道端口達(dá)到另一端端口后，其流動(dòng)度值變化越大，長(zhǎng)度相同時(shí)，孔道彎曲累計(jì)弧度越大，流動(dòng)度變化值也越大。主要原因是孔道內(nèi)壁的吸附作用帶走了漿液部分水分，因而其流動(dòng)度增加，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了30 min漿液流動(dòng)度在10～20 s，則采用傳統(tǒng)的壓漿工藝，很難保證管道內(nèi)漿液的流動(dòng)性滿足要求。當(dāng)采用循環(huán)智能壓漿工藝后，則管道內(nèi)的漿液重新循環(huán)到制漿筒內(nèi)，則保證了漿液在管道內(nèi)壁的流動(dòng)性能。

因此，采用循環(huán)智能壓漿克服了傳統(tǒng)壓漿在長(zhǎng)孔道壓漿過程中漿液流動(dòng)性變差的問題。建議在長(zhǎng)孔道壓漿中采用循環(huán)智能壓漿工藝。

表3 進(jìn)、出口漿液30min流動(dòng)度(25℃)統(tǒng)計(jì)結(jié)果研究指標(biāo)內(nèi)容預(yù)應(yīng)力孔道長(zhǎng)度/m預(yù)應(yīng)力孔道累計(jì)彎曲弧度/rad進(jìn)漿口壓力值為1MPa時(shí)進(jìn)漿口漿液30min流動(dòng)度/s出漿口漿液30min流動(dòng)度/s30min漿液流動(dòng)度26.80.672181927.21.58171928.62.5172060.81.56162190.21.62025121.20.817261201.6518281202.619301203.21832

2.3長(zhǎng)孔道壓漿技術(shù)方法

由2.2可知，長(zhǎng)孔道壓漿中，僅僅采用常見的智能循環(huán)壓漿工藝模式也存在一些問題。因此有必要進(jìn)行循環(huán)智能壓漿工藝的改進(jìn)。

為了彌補(bǔ)壓漿壓力在孔道內(nèi)的沿程損失量和漿液的水分流失量，可以采用2臺(tái)智能壓漿設(shè)備對(duì)稱壓漿，壓漿示意圖如圖2所示。

2臺(tái)循環(huán)智能壓漿設(shè)備壓漿具體工藝流程為：

1) 2臺(tái)壓漿設(shè)備同時(shí)制漿；

2) 漿液由其中一臺(tái)壓漿設(shè)備的低孔道進(jìn)入，循環(huán)至另外一臺(tái)壓漿設(shè)備中；

圖2　2孔2臺(tái)設(shè)備壓漿示意圖

3) 漿液在另外一臺(tái)壓漿設(shè)備中攪拌，保持其流動(dòng)性能，再另外一臺(tái)壓漿設(shè)備由高孔道將漿液壓入；

4) 持續(xù)循環(huán)規(guī)定時(shí)間。

當(dāng)采用2臺(tái)循環(huán)智能壓漿設(shè)備后，檢測(cè)進(jìn)、出口壓力值，同時(shí)測(cè)定漿液的流動(dòng)度，其結(jié)果均能夠保證規(guī)范要求，彌補(bǔ)了沿程損失的壓力。同時(shí)，壓漿完畢后的無損檢測(cè)結(jié)果顯示，該壓漿工藝壓漿密實(shí)度100%。因此，通過改進(jìn)后的循環(huán)智能壓漿工藝較好地保證了長(zhǎng)孔道壓漿。

3結(jié)語

通過對(duì)現(xiàn)澆梁?jiǎn)蜗涫降闹悄軌簼{和傳統(tǒng)壓漿的技術(shù)對(duì)比，基本結(jié)論如下：

1) 長(zhǎng)孔道壓漿管道內(nèi)壁壓力的沿程損失大小受孔道長(zhǎng)度、孔道彎曲度以及孔道直徑大小的影響，大體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，建議對(duì)于長(zhǎng)度大于90 m的預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)該考慮適當(dāng)提高循環(huán)壓漿壓力和壓力持續(xù)循環(huán)的時(shí)間。

2) 基于長(zhǎng)孔道沿程壓漿壓力損失大，漿液流動(dòng)性降低的缺點(diǎn)，改進(jìn)智能循環(huán)壓漿工藝，將原來的單臺(tái)循環(huán)智能壓漿設(shè)備改為2臺(tái)智能壓漿設(shè)備同時(shí)壓漿，壓漿過程中壓力、漿液流動(dòng)度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明了該技術(shù)的可行性，同時(shí)壓漿后壓漿密實(shí)度達(dá)到了100%。

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文章編號(hào)：1008-844X(2016)02-0196-04

收稿日期:2016-05-09

作者簡(jiǎn)介:陳彥猛( 1975-) ，男，高級(jí)工程師，主要從事道橋施工與養(yǎng)護(hù)。

中圖分類號(hào)：U 445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A