橋梁預(yù)應(yīng)力施工的真空壓漿技術(shù)探討

(福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州350001)

橋梁預(yù)應(yīng)力施工的真空壓漿技術(shù)探討

■杜海濱

(福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州350001)

總結(jié)了橋梁預(yù)應(yīng)力施工的真空壓漿物理原理和技術(shù)特點(diǎn)，從而歸納真空壓漿工藝相對(duì)于傳統(tǒng)壓漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和需要注意的問題。系統(tǒng)分析了壓漿材料和壓漿環(huán)境對(duì)孔道真空壓漿質(zhì)量的影響，闡述了其影響本質(zhì)以及施工注意要點(diǎn)。梳理了真空壓漿的施工工藝，對(duì)各工藝的技術(shù)要點(diǎn)、施工方法和質(zhì)量管控進(jìn)行了總結(jié)。最后，分析了真空壓漿質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)及質(zhì)量缺陷彌補(bǔ)方法。相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論可為預(yù)應(yīng)力橋梁的孔道壓漿施工提供參考。

橋梁預(yù)應(yīng)力施工真空壓漿二次壓漿施工技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)

1 前言

橋梁結(jié)構(gòu)是聯(lián)系區(qū)域交通與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命線工程，對(duì)于確保人們的出行安全和質(zhì)量具有重要意義。預(yù)應(yīng)力技術(shù)顯著地提高了橋梁的跨越能力，同時(shí)延長(zhǎng)了其使用與耐久性能。為了保證預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)中的施工質(zhì)量，使預(yù)應(yīng)力與混凝土更好地粘結(jié)形成變形與受力整體，需要確保預(yù)應(yīng)力鋼束的壓漿施工質(zhì)量。

傳統(tǒng)的橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿方法往往存在漿體飽滿度和緊實(shí)度欠缺的問題，進(jìn)而影響預(yù)應(yīng)力的使用和耐久性能，造成運(yùn)營(yíng)使用中存在預(yù)應(yīng)力的過度損失，對(duì)橋梁的運(yùn)營(yíng)壽命帶來影響。真空壓漿為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了很好的質(zhì)量保證，通過抽取預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的氣體，使得壓漿前在孔道內(nèi)形成一定程度的真空狀態(tài)，此后水泥漿壓入孔道內(nèi)能夠極大提高密實(shí)度和飽滿度，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力與混凝土的良好粘結(jié)，才能共同受力和變形[1][2]。

本文將首先總結(jié)預(yù)應(yīng)力真空壓漿的物理原理和技術(shù)特點(diǎn)，從而系統(tǒng)歸納真空壓漿技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)及需要關(guān)注的問題；其次分析預(yù)應(yīng)力真空壓漿的主要施工流程及質(zhì)量管控要點(diǎn)，并分析壓漿質(zhì)量的影響因素，從而為壓漿施工質(zhì)量的控制提供基礎(chǔ)；最后為了跟蹤和評(píng)價(jià)壓漿施工質(zhì)量，歸納各種質(zhì)量檢測(cè)方法及其應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)：系統(tǒng)提升真空壓漿的施工技術(shù)和質(zhì)量，為預(yù)應(yīng)力橋梁的運(yùn)營(yíng)使用提供保障。

2 預(yù)應(yīng)力真空壓漿原理與技術(shù)特點(diǎn)

2.1 真空壓漿的基本原理

預(yù)應(yīng)力真空壓漿的基本工作流程如圖1所示，首先通過封錨等手段將預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行密封處理，封錨應(yīng)該能夠承受得了真空負(fù)壓和漿體正壓力的組合作用；其次，利用右端的真空泵將孔道內(nèi)的氣體抽出，使得孔道真空度達(dá)到80%以上，并產(chǎn)生不低于0.07MPa的負(fù)壓；最后，在孔道左端采用壓漿機(jī)將水泥漿體壓入孔道內(nèi)部，在壓漿機(jī)的正壓力作用(一般不低于0.7MPa)及孔道真空負(fù)壓力作用下，形成連續(xù)分布的密實(shí)漿體填充于孔道中。上述過程構(gòu)成了真空壓漿的基本原理。

圖1 預(yù)應(yīng)力真空壓漿示意圖

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力壓力壓漿技術(shù)，漿體常常帶有氣泡，而當(dāng)混合料硬化后氣泡就變成了孔隙，成為孔道內(nèi)自由水匯集的地方，自由水本身含有有害物質(zhì)容易對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土腐蝕，甚至還有凍融循環(huán)作用使得孔道開裂等病害，影響預(yù)應(yīng)力的工作效率。真空壓漿由于孔道內(nèi)部有負(fù)壓作用，就會(huì)減小漿體的水灰比，對(duì)漿體的泌水和干縮過程有效減緩，并影響氣泡的形成，從而能夠確保這種壓漿模式下孔道的飽滿性和密實(shí)性，確保預(yù)應(yīng)力與周邊混凝土能夠非常緊實(shí)地粘結(jié)，在各種荷載組合作用下共同變形與受力。

2.2 真空壓漿的技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)預(yù)應(yīng)力真空壓漿的基本原理，相對(duì)于傳統(tǒng)的壓力壓漿技術(shù)，本方法有很多顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

(1)通過孔道真空負(fù)壓作用，水泥漿進(jìn)入孔道的稠度及其連續(xù)性有保證，同時(shí)使得壓漿過程快速、連續(xù)、均勻，既提高了水泥漿體的密實(shí)度和強(qiáng)度，有增加了施工效率。

(2)壓漿過程孔道一直處于負(fù)壓狀態(tài)，這有利于減少水泥漿本身的壓力差值，從而使得整個(gè)孔道內(nèi)部都被漿體填塞，確?？椎赖娘枬M度?？椎纼?nèi)部及混合料混合產(chǎn)生的氣體也會(huì)被有效排除，使得孔道內(nèi)難以形成氣泡，保證了漿體的密實(shí)度。

(3)真空壓漿工藝下所使用的水泥漿水灰比會(huì)比較小，這樣可有效控制水泥漿的泌水問題，從而控制漿體的干縮變形，使得預(yù)應(yīng)力鋼束被漿體填充密實(shí)。

真空壓漿方法具有上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此可以很好地應(yīng)用于橋梁預(yù)應(yīng)力施工中，然而，該技術(shù)方法對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道材料、漿體配比和施工質(zhì)量等也有一定要求。

首先，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力孔道大多采用金屬波紋管，而真空壓漿比較理想的孔道材料是塑料波紋管，因而塑料波紋管：①不導(dǎo)電，可防止電流腐蝕；②強(qiáng)度好剛度大，不易在安裝和混凝土振搗中損壞；③耐腐蝕，能有效防止氯離子侵蝕破壞；④接頭連接好，有專用連接管確保密封性。

其次，真空壓漿的漿體在材料配比上具有一定的要求：應(yīng)使得混合料和易性好、泌水小且流動(dòng)好，漿體硬化后孔隙率低且滲透性?。徽辰Y(jié)強(qiáng)度高，與預(yù)應(yīng)力握裹粘結(jié)好，且耐久性好；需要一定的膨脹性使得孔道填充密實(shí)，但不宜過大。

最后，真空壓漿工藝對(duì)施工過程及其質(zhì)量具有嚴(yán)格要求，需要嚴(yán)格按照本技術(shù)的工序流程展開工作，相關(guān)設(shè)備、材料、操作方法和質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定等需要進(jìn)行控制。

3 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量影響因素分析

為了更好地控制預(yù)應(yīng)力壓漿質(zhì)量，對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行施工質(zhì)量管控，需要明確影響壓漿質(zhì)量的主要因素，從而為施工控制提供理論參考。除了施工操作質(zhì)量對(duì)壓漿質(zhì)量產(chǎn)生直接影響外，壓漿材料和壓漿環(huán)境是兩個(gè)主要影響因素。

3.1 壓漿材料

水泥漿體的水泥種類及用量、減水劑、配合比是影響漿體質(zhì)量的關(guān)鍵因素[3]。

水泥是孔道壓漿主體材料，從水泥材料性能方面來說，如果漿體強(qiáng)度較低，則硬化漿體對(duì)鋼束的握裹力達(dá)不到要求，使?jié){體與預(yù)應(yīng)力鋼束剝離，容易使錨具壓力過大而失效。從水泥漿用量方面來看，由于堵塞而使?jié){體不能全部充滿孔道現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而這種情況施工人員也很難判斷壓漿是否密實(shí)性，孔道壓漿不密實(shí)使得水泥漿等壓漿材料中的氯化物、水份等不良物質(zhì)進(jìn)入孔道中，腐蝕預(yù)應(yīng)力鋼束。

減水劑能顯著減少用水量、增加水泥漿體強(qiáng)度同時(shí)改善流動(dòng)性。減水劑對(duì)水泥漿的作用主要表現(xiàn)在散和滑兩個(gè)方面：散作用而言，減水劑分子可附著于漿體中的水泥粒表面，從而形成帶電體且同種電荷容易排斥，使水泥顆粒分散開來，絮凝結(jié)構(gòu)被破壞，釋放出的水隨之參與流動(dòng)，這就增加了漿體的流動(dòng)性?；饔梅矫?，減水劑附著于水泥顆粒表面與水分子發(fā)生作用形成一種膜，這種膜具有很好的潤(rùn)滑特性，大大降低滑動(dòng)阻力使水泥漿流動(dòng)性提高。

配合比是水泥漿混合料結(jié)構(gòu)性能的決定參數(shù)，直接關(guān)系到體積收縮和泌水。由于水泥漿早期水化作用產(chǎn)生化學(xué)收縮變形，在中后期凝固也會(huì)產(chǎn)生顯著的收縮，如果配合比不合適，這種收縮會(huì)直接產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫，使得壓漿質(zhì)量不能滿足要求。

3.2 壓漿環(huán)境

孔道類別、大氣溫度與濕度、人為因素等壓漿環(huán)境也是對(duì)預(yù)應(yīng)力真空壓漿施工質(zhì)量的重要影響因素。

孔道類別主要是預(yù)應(yīng)力孔道材料的區(qū)別，金屬波紋管由于自身材料與工藝的問題，使得其連接點(diǎn)往往成為壓漿薄弱環(huán)節(jié)，受力易變形且密封性差。塑料管則很好地解決了這些問題，同時(shí)其強(qiáng)度、剛度和耐久性等均有一定的保障。如果需要采用金屬波紋管，可以在金屬波紋管內(nèi)襯有孔徑稍小的塑料管以防止其變形，并在接口處保證波紋管的管肋平整，防治預(yù)應(yīng)力鋼束穿過引起的金屬波紋管翻卷問題。

大氣環(huán)境中的溫度和濕度也會(huì)影響壓漿質(zhì)量，冬季或炎熱夏天施工時(shí)水泥漿體、孔道等在此環(huán)境下均表現(xiàn)出與常溫不同的性質(zhì)，需要特別關(guān)注。一般而言孔道壓漿施工時(shí)，環(huán)境溫度應(yīng)維持在5℃～30℃，因而超過該范圍水泥漿易發(fā)生離析，離析產(chǎn)生的水，一方面會(huì)產(chǎn)生孔隙，使?jié){體強(qiáng)度下降，另一方面在施工完成后，留在孔道中的水在低溫環(huán)境下會(huì)脹裂管道。如果環(huán)境溫度低于5℃，需對(duì)梁體和漿體進(jìn)行保溫；若白天最高氣溫超過30℃后，要避開白天炎熱時(shí)段在夜間壓漿。

人是壓漿過程的主體，所有的操作過程均需人的參與，如果將上述稱為技術(shù)因素的話，那么人為因素與技術(shù)因素一起決定了孔道的壓漿質(zhì)量。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工狀況的實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在孔道壓漿的施工過程中，造成壓漿質(zhì)量差的問題的原因主要是現(xiàn)場(chǎng)施工人員專業(yè)意識(shí)差，責(zé)任心不強(qiáng)和對(duì)孔道壓漿缺陷所造成的嚴(yán)重后果意識(shí)不到位。如果人的責(zé)任心不強(qiáng)，則上述各種準(zhǔn)備工作也失去了意義。

4 真空壓漿施工技術(shù)及質(zhì)量管控

橋梁預(yù)應(yīng)力管道的真空壓漿基本流程是[4][5]：施工準(zhǔn)備→拌合水泥漿→抽真空→壓漿泵灌漿→拆除真空設(shè)備并清洗，通過這幾個(gè)主要流程的循環(huán)實(shí)現(xiàn)整個(gè)橋梁預(yù)應(yīng)力管道的壓漿。各個(gè)施工工序，也需要在明確施工技術(shù)的基礎(chǔ)上注意相關(guān)事項(xiàng)，并對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行管控。

4.1 施工準(zhǔn)備

在真空壓漿前需要進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道的處理和相關(guān)設(shè)備的連接。預(yù)應(yīng)力孔道應(yīng)該進(jìn)行密封，確?？椎啦怀霈F(xiàn)裂縫或者其他缺陷，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力封錨，封錨前將預(yù)應(yīng)力鋼束外漏長(zhǎng)度控制在25cm以內(nèi)，封錨中確認(rèn)錨板、夾片及鋼絞線等均被包裹且厚度在15mm以上。壓漿各種設(shè)備需要提前進(jìn)行連接，各種設(shè)備的連接如下示意圖。

圖2 預(yù)應(yīng)力真空壓漿的設(shè)備連接

4.2 水泥漿的拌合

水泥漿體的拌合應(yīng)該滿足一定的施工性要求，使得真空壓漿過程流暢連續(xù)。由于水泥含量、減水劑及漿體配比都會(huì)對(duì)水泥漿的施工性能產(chǎn)生顯著的影響，因此都需要控制好這些質(zhì)量。一般而言，水泥漿體的配比參數(shù)應(yīng)該滿足表1的要求，才能使得早期與中后期收縮變形較小，并配合早期摻入鋁粉產(chǎn)生一定的膨脹工作，降低收縮產(chǎn)生的問題，使得真空壓漿過程漿體流動(dòng)性更好，施工更容易填滿預(yù)應(yīng)力管道。

表1 預(yù)應(yīng)力真空壓漿的水泥漿配比參數(shù)要求

4.3 抽取真空

施工準(zhǔn)備完成后，在拌合水泥漿下可以抽取孔道內(nèi)空氣形成負(fù)壓真空狀態(tài)，通過打開真空閥門和真空泵就可以將孔道內(nèi)氣體排出，當(dāng)壓力表顯示-0.07MPa左右即可關(guān)閉真空泵并對(duì)壓力數(shù)值進(jìn)行觀察，1min內(nèi)若壓力值不變就可以認(rèn)為孔道已經(jīng)進(jìn)入給定的真空狀態(tài)。

4.4 壓漿施工

抽取真空后即可進(jìn)行壓漿施工，將水泥漿壓入灌漿機(jī)并打開進(jìn)漿閥門進(jìn)行壓漿，壓漿過程中將波紋管涵內(nèi)部負(fù)壓始終控制在-0.07MPa左右，并保持連續(xù)作業(yè)。當(dāng)壓漿泵的壓力表數(shù)值在0.07MPa左右時(shí)，說明孔道內(nèi)壓漿基本飽滿，此時(shí)如果2min內(nèi)該壓力數(shù)值不變，說明孔道已經(jīng)完成了排氣和泌水作業(yè)，孔道壓漿的飽滿度和密實(shí)度能夠有效控制，此時(shí)即可結(jié)束壓漿，將灌漿泵和壓漿閥門關(guān)閉。

為了使得壓漿質(zhì)量得到保障，施工中應(yīng)先壓漿下層管道后上層管道，對(duì)曲線管道應(yīng)該在最低點(diǎn)設(shè)置壓漿孔在最高點(diǎn)設(shè)置排氣孔；施工中發(fā)生機(jī)械故障需要及時(shí)采用高壓水清洗；水泥漿質(zhì)量應(yīng)該及時(shí)抽檢保證質(zhì)量。

5 真空壓漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿后孔道內(nèi)的壓漿質(zhì)量屬于隱蔽工程，但其質(zhì)量對(duì)于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件運(yùn)營(yíng)與安全影響顯著，因此需要采取相關(guān)檢測(cè)技術(shù)評(píng)估壓漿施工的滿意度。壓漿質(zhì)量傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是利用超聲波理論進(jìn)行無損評(píng)判，但是由于超聲波頻率過高(大于20000Hz)，使得其能量衰減過快，因而只適用于厚度不大的混凝土結(jié)構(gòu)，很難檢測(cè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的預(yù)制梁體，同時(shí)超聲波信號(hào)受到噪聲等其它因素影響較大，在嘈雜的施工環(huán)境這中，很難接受到良好信號(hào)，從而影響判別的準(zhǔn)確性。

彈性波檢測(cè)是目前逐漸推廣應(yīng)用的壓漿質(zhì)量檢測(cè)方法[6]，由于彈性波①能量大，能穿越尺寸較大較長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；②對(duì)噪聲敏感性遠(yuǎn)小于超聲波；③采用加速度接受器接受信號(hào)，對(duì)頻譜和能量分析有利。彈性波理論中，根據(jù)梁體混凝土速度Cm、鋼絞線速度Cb、孔道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)速度Ct三者之間的關(guān)系模型計(jì)算壓漿飽滿度指標(biāo)D值，其中α是檢測(cè)剛度系數(shù)。

根據(jù)彈性波在不同介質(zhì)中的傳播理論，上述在三種介質(zhì)中速度有：Cb＞Cm＞Ct。孔道壓漿越飽滿，Cm與Ct越接近，Cb與α一定，則D趨于1，如圖3所示。

圖3 灌漿密實(shí)度與彈性波速度關(guān)系曲線

如若通過彈性波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道真空壓漿質(zhì)量不能滿足要求，則根據(jù)情況可以采用二次壓漿工藝彌補(bǔ)相關(guān)缺陷。依據(jù)壓漿時(shí)間的間隔性，孔道二次補(bǔ)漿可以分為連續(xù)性二次補(bǔ)漿與間斷性二次補(bǔ)漿兩種方法。連續(xù)性二次補(bǔ)漿是在發(fā)現(xiàn)壓漿缺陷后直接將相同的水泥漿懸掛梁體上部，通過引出導(dǎo)漿軟管進(jìn)行壓漿，補(bǔ)充孔道端空缺或者是將孔道端處泌出的水分及部分水泥漿擠掉。待孔道內(nèi)漿體達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后，撤掉軟管。間斷性二次補(bǔ)漿則是在水泥漿初凝泌水后，即壓漿后2～10h內(nèi)，采用自制漏斗將新配制的濃漿灌到梁板兩端壓漿口內(nèi)，在重力作用下，濃漿會(huì)滲入到下層，將上層泌出的水或較稀的漿液排出，從而使梁板兩端密實(shí)。二次壓漿大多適用于梁端壓漿缺陷，對(duì)于梁段中間孔道的壓漿質(zhì)量問題彌補(bǔ)能力不大。

6 結(jié)論

孔道壓漿是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工作性能的重要影響因素，需要保障其施工質(zhì)量，使設(shè)計(jì)永存預(yù)應(yīng)力在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)使用中仍然能夠滿足使用需求。真空壓漿相對(duì)于傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿方法不僅操作簡(jiǎn)單且施工質(zhì)量能夠有效保證，論文詳細(xì)探討了橋梁預(yù)應(yīng)力施工的真空壓漿技術(shù)，從物理原理、技術(shù)特點(diǎn)、壓漿質(zhì)量影響因素等方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析，從而總結(jié)和歸納出真空壓漿施工的工藝流程、技術(shù)要點(diǎn)和質(zhì)量控制方法，為真空壓漿技術(shù)的工程實(shí)踐提供參考與標(biāo)準(zhǔn)，最后分析了真空壓漿質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)，針對(duì)部分質(zhì)量缺陷問題提出二次壓漿彌補(bǔ)方法，相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)可為類似工程提供參考。

[1]田榮.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工中真空壓漿技術(shù)的應(yīng)用探析[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2014,6:094.

[2]鄒建風(fēng).預(yù)應(yīng)力管道真空壓漿技術(shù)在杭州灣大橋的應(yīng)用[J].混凝土, 2008(7):94-96.

[3]劉敏.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力管道專用壓漿材料的應(yīng)用[J].福建交通科技,2016 (4):98-99.

[4]喻永華.橋梁預(yù)應(yīng)力真空壓漿施工技術(shù)[J].北方交通,2010(2):51-53.

[5]甘軍,楊超,季文洪.橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工質(zhì)量控制技術(shù)及應(yīng)用[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,6:627-629.

[6]余支福.基于沖擊彈性波法的預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[J].福建交通科技,2016(2):55-57.