溧寧高速公路預制箱梁孔道壓漿施工關鍵技術控制研究

薛 華,陳光林,湯 勤

(常州交通建設管理有限公司,江蘇 常州 213000)

預制構件的孔道壓漿其作用可以表述為以下方面。(1)漿液包裹預應力鋼絞線，通過漿液凝固后在孔道內的高充盈度和高密實度，阻止水、水蒸氣以及空氣進入孔道或滯留在孔道，以防止形成鋼絞線銹蝕的外部因素；(2)預應力孔道如果不進行壓漿填充，鋼絞線就會處于自由位移狀態(tài)，這時，一旦有動荷載作用，鋼絞線便會產生振動。而在壓漿飽滿的孔道內，通過水泥漿液凝固后的高強度，對鋼絞線起到較強的握裹和固定，以防止鋼絞線在動荷載作用下發(fā)生弦振，從而防止鋼絞線驟斷，并能有效減緩鋼絞線的松弛速度。另外，壓漿的高密實度和高強度，還可以在一定程度上消除預應力混凝土結構在反復荷載作用下對錨具、夾片以及被夾片緊緊夾持的鋼絞線與夾片連接處的疲勞破壞，提高結構的可靠性度和耐久性。

也有部分文獻指出，孔道壓漿后，可以通過凝固后的高強水泥漿來傳遞鋼絞線的預應力，這種觀點其實是不正確的。孔道內漿液凝固后，由于此時的凝固的壓漿材料內部并不存在預應力，因此其無法起到預應力傳遞作用。

溧寧高速公路在初期預制箱梁預應力孔道壓漿施工時發(fā)現(xiàn)存在壓漿不密實的現(xiàn)象，通過QC活動小組的工藝改進和技術提升活動后得到了根本性的解決。

1 孔道壓漿所采用的設備及材料

1.1 壓漿設備的選擇

溧寧高速公路采用的壓漿設備為LJ-YJA系列大循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)，該系統(tǒng)由制漿系統(tǒng)、壓漿系統(tǒng)和微電腦控制系統(tǒng)等三部分組成。

制漿系統(tǒng)的上料及稱量均由微機控制，自動稱量誤差在0.5%以內。其高速攪拌功能可實現(xiàn)轉速1 400 r/min的高速旋轉，便于其能夠拌制出低水灰比、高流動度的漿體。臨時儲漿桶具備40 r/min的低速攪拌功能，以利于漿液不泌水、沉淀或者凝固。

用活塞式壓漿泵泵送的漿體無氣泡，能夠有效避免在壓漿過程中漿液內充盈氣體，產生氣塞，形成氣室，造成內部空洞，留下質量隱患。

1.2 孔道壓漿材料及水灰比的控制

溧寧高速采用的是水泥漿加入減水劑制成的漿液。水灰比為0.34。這種漿液在施工中出現(xiàn)了漿液性質不穩(wěn)定、流動性不好、存在較大的泌水率，且在壓注過程中會產生管路堵塞。壓注后強度達到設計強度后經彈性波法檢測發(fā)現(xiàn)存在孔道不密實，中空現(xiàn)象較多，且中空產生于孔道的中間部位。經開鑿直接觀察發(fā)現(xiàn)漿體存在較多微孔隙和氣泡，給橋梁的安全耐久性留下隱患。

后來壓漿材料改為專用壓漿料，其組成成分為多種優(yōu)質水泥基材料以及高性能外加劑，配置的漿液流動性好，穩(wěn)定無收縮、微膨脹，具有良好的孔道充盈度，凝結時間可調，凝固后強度高且增長迅速，不含對鋼筋有害物質等特點[1]。專用壓漿料的各項檢測參數(shù)為：初凝時間為7 h，終凝時間為10 h，初始流動度為15 s，30 min流動度為19 s，24 h自由泌水率為0，0.36 MPa壓力泌水率為1.2%，24 h自由膨脹率為0.5%，3 d抗折強度為10.6 MPa，3 d抗壓強度為30.4 MPa，氯離子含量為0。

溧寧高速公路施工初期采用的壓漿材料中，水泥漿水灰比為0.34，壓漿效果不佳。采用了專用壓漿料后，水灰比調整為0.28，但是實際施工時發(fā)現(xiàn)實際施工水灰比要比設計的0.28大，最大達0.33，查找原因發(fā)現(xiàn)由于拌和機的自動稱量系統(tǒng)在下料過程中，由于沖擊力的作用，使稱重系統(tǒng)誤判斷為壓漿料稱量正確，實際上是壓漿料少了，這種誤差導致了水灰比增大。也正是因為漿液中水增多，使?jié){體凝固后，自由水蒸發(fā)形成閉口空隙，導致壓漿后密度降低。我們可以通過對不密實的管道內加注清水，則發(fā)現(xiàn)注水后數(shù)小時水被漿體吸收。

2 工藝改進方法

2.1 壓漿前孔道清理方法的改進

《公路與橋涵施工技術規(guī)范》中要求，在孔道壓漿之前，應對孔道進行清理，清理的方法是采用高壓水進行清洗，在清洗完成后，再用空氣壓縮機吹除滯留在孔道內的水以及其他雜物。

施工中，壓漿工作小組嚴格按此方法進行，但是壓漿后發(fā)現(xiàn)漿體產生氣泡多，強度偏低，分析原因是空壓機吹除空氣不徹底。因為壓漿前，預應力已經張拉，錨具將孔道兩端都已經封閉了，其透水孔只有出入漿液的小孔，且出入漿液的孔直徑非常小，只有2 cm左右，想通過空氣壓縮的方法將孔道內的水壓縮出去并且清除孔道內的殘留物肯定的無法做到的。

因此，QC項目改進小組改進了此工藝，不是在壓漿前進行沖洗，而是在預應力鋼絞線穿入到孔道之前就應該事先用清水清理孔道。但是經試驗發(fā)現(xiàn)，即使在鋼絞線未穿束，仍然有大約20%左右的水不能排除。于是QC改進小組又采用了海綿球清除清水的方式進行清理，即將高密度海綿球塞入孔道，再用空壓機壓縮空氣，這樣就可以有效地排除孔道內的水了，同時，還能清理雜物。

2.2 關于泌水通道的設置

江蘇省交建局出臺了《江蘇省高速公路橋梁預應力孔道智能壓漿施工指導意見》，其中明確規(guī)定，在壓漿前，將孔道兩段錨具、夾片以及鋼鉸線切割頭應用水泥漿進行封閉，只露出壓漿口。

但是按此方法進行，泌水通道被堵塞，再大的壓力也不能使?jié){液密實，按此種方法壓漿后，仍然存在空洞兩端空洞，內部漿體不密實的情況。

經QC改進小組分析，如果在壓漿過程中不保留泌水通道，則漿液內的富余水無法排除，漿液密實度不足，甚至會因凝固后體積減小而出現(xiàn)孔道空洞的現(xiàn)象。為了解決這個問題，QC小組將進漿口一側孔道全部密閉，而將出漿口一側的錨口鋼鉸線切割頭露出，讓它形成泌水通道，當壓力傳遞到出漿口時，漿液中的富余水會延鋼絞線的縫隙滲出，以便于漿液密實。

2.3 二次補漿操作

二次補漿工藝[3]則是在施工后發(fā)現(xiàn)了問題的一種應急措施。即發(fā)現(xiàn)壓漿沒有壓到位，以自由無壓力的狀態(tài)灌入漿液。由于漿液收縮，仍然會出現(xiàn)較小空隙。為了驗證漿液在自然無壓情況下收縮情況，QC小組做了一個試驗。用16節(jié)波紋管進行試驗，其長度都不相等。用塑料膠帶堵住且密封一側。然后分別向管內注入水灰比為0.28和0.40的漿液，漿液液面與波紋管上口齊平。在波紋管內漿液完全凝固后，用游標卡尺測量此時漿體頂面距波紋管上口的距離。

表1所示我們不難發(fā)現(xiàn)，當漿液水灰比在0.28的時候，漿體未出現(xiàn)體積收縮。而水灰比為0.40時，情況就完全不同了，漿液體積收縮率較大，最大達到了0.9%，由此得出結論，當無壓灌漿時，水灰比較小的情況下，完全可以達到孔道的密實。而水灰比較大或有嚴重泌水時，會出現(xiàn)漿體體積收縮。

表1 不同水灰比的漿液凝固后體積收縮情況比較表

3 檢測方法

為保證孔道壓漿的施工質量，要從三個方面進行檢測。

(1)確保設計配合比(即水灰比)滿足設計要求，這是前提條件。

(2)壓漿實施階段，必須進行漿液的工作性能檢測，使其達到設計要求。

(3)成品的抽檢。如果設計配合比滿足要求，施工過程控制良好，那么孔道基本是密實的，如果因漿液本身存在問題，那么，空洞的產生一定是在孔道的最高點(對于預制箱梁來說就是孔道的兩端)，因此，檢測可以用灌水法進行定量檢測。

根據(jù)灌入到孔道內的水量，用采用公式L=4M/(πD2-0.04ns)[4]。其中，L為空洞的長度，M為灌入孔道內的水量，D為波紋管的直徑，d為鋼絞線的公稱直徑，n為鋼絞線的根數(shù)。

4 結 語

溧寧高速公路通過QC活動對工藝控制要點的改進，從壓漿料的選擇、設備的檢校、工藝的控制等工序，特別是改進了孔道清理工序、重新對泌水通道進行設置以及穩(wěn)壓時間的研究，對孔道壓漿質量控制的薄弱環(huán)節(jié)進行了加強。通過實踐探索，消除了溧寧高速公路預制箱梁孔道壓漿的多種病害，經檢測，孔道壓漿質量的合格率達到了100%，本方法可以推廣應用。