預(yù)應(yīng)力新型觸變漿體灌漿技術(shù) 在臺山核電站中的應(yīng)用

廖春生 郝 奇 張響亮

中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司 江蘇 南京 211162

針對廣東省臺山核電站預(yù)應(yīng)力管道和灌漿驗(yàn)收高標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，通過積極采取針對性措施，借鑒國外同類工程的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了觸變漿體真空輔助灌漿工藝，形成大高差預(yù)應(yīng)力管道觸變漿體灌漿方法，并進(jìn)行了全尺寸灌漿模擬試驗(yàn)[1-6]。通過對試驗(yàn)管道灌漿效果的檢查，認(rèn)定試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

1 觸變漿體的性能及制作工藝

1.1 觸變漿體的性能

觸變漿體成漿后在靜止?fàn)顟B(tài)具有較高的黏稠度，在受到外力觸動(dòng)時(shí)，其黏稠度會(huì)迅速變化。在漿體灌注過程中，其性能在滿足灌漿流動(dòng)性要求的同時(shí)，仍具有良好的黏稠度。該漿體同時(shí)具有微膨脹、無泌水等特點(diǎn)。

1.2 觸變漿體的制作工藝

觸變漿體制備流程如下：水、水泥和外加劑稱量→水、外加劑投入→邊攪拌邊加入水泥→漿體泵入二次攪拌罐→加入外加劑→二次攪拌→二次攪拌漿體運(yùn)至灌漿現(xiàn)場→測量二次攪拌漿體密度、確定觸變劑摻量→加入觸變劑，經(jīng)攪拌生成觸變漿體。

觸變漿體制作過程中的具體要求主要有以下幾點(diǎn)：

1）應(yīng)注意水泥、水、外加劑等材料溫度的控制，尤其是水泥，使用溫度不能過高，宜控制在50 ℃以下，否則制成的漿體溫度容易超標(biāo)；而水則應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度，選擇加冰或加熱水等方式進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。

2）外加劑應(yīng)密封儲存，不能放在陽光下暴曬，需有遮陽措施。外加劑在取用之前，應(yīng)通入氣管，用壓縮空氣吹1～2 min使其均勻。

3）水、水泥、外加劑稱量應(yīng)按照配合比要求，一般要求水灰比小于0.40，且稱量應(yīng)控制在誤差允許范圍內(nèi)。

4）攪拌前應(yīng)注意檢查攪拌設(shè)備的密封性，防止因水和外加劑的滲出而影響漿體的性能。

5）應(yīng)確保水泥投料時(shí)的速度，避免攪拌時(shí)間已到，而投料還未完成的情況出現(xiàn)。一般水泥應(yīng)i當(dāng)在90 s內(nèi)投料完畢，若下料緩慢，則應(yīng)采用人工敲擊的方式輔助加快投料速度。

6）加強(qiáng)攪拌過程中的漿體流動(dòng)度、溫度的測量，漿體流動(dòng)度使用馬士錐進(jìn)行測量，流動(dòng)度一般控制在9～14 s，漿體溫度則控制在32 ℃以下，一般測定2次取平均值。

7）經(jīng)二次攪拌的漿體制作完畢后裝入運(yùn)漿罐中，通過叉車或其他運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸至現(xiàn)場，運(yùn)輸途中應(yīng)注意漿體的防雨、保溫措施，如環(huán)境溫度不能保證漿體的溫度在可控范圍內(nèi)，則在運(yùn)輸過程對漿體采取保溫措施，確保漿體的溫度。在生產(chǎn)漿體前1～2 d應(yīng)查看環(huán)境情況，尤其是對雨雪天氣、氣溫進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，根據(jù)生產(chǎn)之日的環(huán)境情況，提前做出調(diào)整措施，減少不利因素對漿體生產(chǎn)的影響。

8）觸變漿體由于其特性（受外力觸動(dòng)時(shí)黏稠度減小），為減少運(yùn)輸過程對漿體的觸動(dòng)，觸變漿體一般在灌漿現(xiàn)場制備，其攪拌設(shè)備與灌漿設(shè)備一般設(shè)置于同一場地，即攪拌完畢后，即可用于灌漿。觸變漿體在攪拌過程中的注意點(diǎn)如下：

① 開始一批觸變漿體制備前，應(yīng)測量用于觸變漿體制備的二次攪拌漿體的密度，觸變漿體的黏稠度受二次攪拌漿體密度影響較大，應(yīng)根據(jù)其密度調(diào)整觸變漿體摻量，觸變漿體的摻量一般應(yīng)在0.3%～2.0%（質(zhì)量比）之間調(diào)整。

② 觸變漿體的攪拌時(shí)間不宜過長，一般應(yīng)控制在50～60 s之間，具體的攪拌時(shí)間長短應(yīng)當(dāng)根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果確定。

③ 觸變漿體攪拌完成后，應(yīng)測量黏稠度和溫度。黏由于觸變漿體的黏稠度會(huì)隨時(shí)間增長而迅速增長，故一般應(yīng)在攪拌完畢后10～20 s內(nèi)進(jìn)行測量。

2 觸變漿體的灌注工藝及控制措施

2.1 灌注工藝原理

觸變漿體作為一種新型預(yù)應(yīng)力漿體，是該灌漿工法實(shí)施的關(guān)鍵，利用觸變漿體黏稠度較高的特點(diǎn)，使?jié){體在管道中行進(jìn)時(shí)保持“齊頭并進(jìn)”的狀態(tài)（圖1）。

圖1 管道內(nèi)觸變漿體運(yùn)行狀態(tài)示意

利用觸變漿體的特性，在管道一端連接灌漿泵進(jìn)行漿體灌注，另一端以真空泵抽真空進(jìn)行輔助配合，灌漿期間保持真空泵處于工作狀態(tài)，使管道和漿體內(nèi)的氣泡數(shù)量逐漸減少，從而確保管道內(nèi)漿體的密實(shí)度。同時(shí)在灌漿過程中，通過控制灌漿泵，使灌漿壓力及灌漿速度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，以確保灌漿質(zhì)量（圖2）。

圖2 觸變漿體真空輔助灌注原理

2.2 灌注工藝

2.2.1 施工準(zhǔn)備

1）技術(shù)準(zhǔn)備：在施工前，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)查閱所涉及的設(shè)計(jì)及作業(yè)文件，以正確指導(dǎo)現(xiàn)場施工作業(yè)；對所有參與作業(yè)的人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，并簽字存檔；檢查上一道施工工序的驗(yàn)收情況，包括驗(yàn)收資料、現(xiàn)場灌漿帽安裝質(zhì)量等。

2）材料設(shè)備：檢查灌漿所需各項(xiàng)材料的質(zhì)量及數(shù)量；檢查施工作業(yè)所需的設(shè)備及工機(jī)具數(shù)量及運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

3）人員準(zhǔn)備：檢查參與施工人員的數(shù)量及到崗情況，包括作業(yè)人員、技術(shù)員、質(zhì)檢員等。

2.2.2 管道密封性檢查

漿體制備前，應(yīng)進(jìn)行管道的密封性檢查，以規(guī)避和減少灌漿過程中由于泄漏而引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1）氣壓試驗(yàn)。鋼束管道的一個(gè)入口經(jīng)過一個(gè)壓力表和一個(gè)中間閥連接到現(xiàn)場壓縮空氣網(wǎng)，關(guān)閉鋼束管道所有其他入口后，對管道內(nèi)加壓，壓力一般為0.5～0.7 MPa，達(dá)到壓力后停止加壓，檢查壓力下降速度，3 min內(nèi)壓降不超過0.1 MPa，則該試驗(yàn)合格。

2）抽真空試驗(yàn)。將管道的一個(gè)入口與真空泵相連接，關(guān)閉其他所有入口后，啟動(dòng)真空泵對管道進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空泵壓力達(dá)到1個(gè)大氣壓的－95%并穩(wěn)定時(shí)，停機(jī)，并監(jiān)測管道內(nèi)的壓力變化4 min，為保證灌漿順利，管道內(nèi)壓力變化不得超過0.01 MPa/min。

2.2.3 管道抽真空

在觸變漿體制備完成后，需對灌漿管道進(jìn)行抽真空操作。具體操作為：將灌漿管道出口端與真空泵相連接，關(guān)閉其他所有入口后，啟動(dòng)真空泵對管道進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空泵壓力達(dá)到1個(gè)大氣壓的－80%時(shí)，真空泵不停且持續(xù)進(jìn)行工作，直至灌漿結(jié)束。真空狀態(tài)有助于漿體順利流入管道，減少產(chǎn)生氣泡的可能性。

2.2.4 灌漿操作

預(yù)應(yīng)力鋼束在張拉合格后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行灌漿操作，操作過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求：

1）按照要求分別設(shè)置管道的入口和出口，入口處設(shè)置高壓閥門和壓力表，而在出口處則設(shè)置真空泵、沉淀分離器、三通閥、單向閥等，單向閥和三通閥用于當(dāng)漿體從管道內(nèi)排出后，可以快速切換至取樣管道進(jìn)行漿體取樣，并且可以防止?jié){體泵入真空泵內(nèi)導(dǎo)致真空泵損壞。

2）灌漿泵出口處應(yīng)設(shè)置流量計(jì)，用以監(jiān)控漿體灌注時(shí)的實(shí)時(shí)流速，同時(shí)可記錄單根孔道的累計(jì)灌漿量，將相關(guān)記錄與理論計(jì)算相比，即可以判斷灌注過程中是否存在漿體泄漏。

3）灌漿前，在灌漿入口處應(yīng)對觸變漿體進(jìn)行取樣，檢測其黏稠度和溫度。管道入口處的漿體黏稠度是灌漿操作能否順利完成的關(guān)鍵。漿體過稠，泵送過程中灌漿壓力將會(huì)增大，導(dǎo)致灌漿無法完成，造成質(zhì)量事故；漿體過稀，則會(huì)影響漿體灌注的質(zhì)量。因此需將入口處的黏稠度值控制在一定范圍內(nèi)，該范圍需在前期試驗(yàn)中明確。

4）管道內(nèi)抽真空達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，即可將灌漿軟管接入到管道入口處，首先慢速泵送漿體，將灌漿帽內(nèi)填充密實(shí)后，再進(jìn)行全速泵漿。

5）灌漿過程應(yīng)控制漿體灌注速度，一般控制在10～18 m/min。高差越大的管道要求灌注速度越快，灌漿速度取大值。

6）控制灌漿入口處的壓力不超過1 MPa，當(dāng)入口壓力異常升高時(shí)，應(yīng)當(dāng)調(diào)整灌漿泵的泵送壓力，確保管道漿體連續(xù)灌注，不得中斷灌漿；在灌注下一根孔道前，分析壓力偏高原因并加以解決。

7）當(dāng)出口沉淀分離器出現(xiàn)漿體時(shí)，即可通知灌漿泵停止泵漿，調(diào)整三通閥切換至取樣管道后，再緩慢泵漿，當(dāng)出現(xiàn)均勻漿體后，即可進(jìn)行黏稠度和溫度測量，一般出口處黏稠度略低于入口處，但不做強(qiáng)制要求。

8）灌漿完成后，就對管道內(nèi)漿體進(jìn)行持壓操作，即關(guān)閉出口端閥門，通過灌漿泵對管道內(nèi)漿體加壓至0.5～1.0 MPa，持壓1 min，檢查漿體壓力穩(wěn)定情況，壓降不超過規(guī)定值，即表示灌漿合格，該管道灌漿結(jié)束。

3 結(jié)語

目前在建核電站的預(yù)應(yīng)力灌漿，在遇到高差較大管道時(shí)，會(huì)將高處部分漿體吹掉，造成大量漿體浪費(fèi)。利用該灌漿工藝可以取消吹漿及二次灌漿操作，節(jié)約大量的人工和材料，縮短工期，大大提高了一次灌漿成形的灌漿效率。同時(shí)，采用真空輔助形式進(jìn)行灌漿，不但大大提高了預(yù)應(yīng)力的灌漿質(zhì)量，還為后續(xù)預(yù)應(yīng)力施工提供了新的思路和解決方案，促進(jìn)后續(xù)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的進(jìn)步。