真空輔助壓漿技術在高架橋梁施工中的應用

楊唯一

1 工程概況

蘇州工業園區北環路東延工程(蘇嘉杭高速公路—唐莊立交)三標段全線為高架橋，全長864 m，跨徑組合為[6×(3×32)+(4×24)+2×(3×32)]m;上部結構為26.0 m～47.0 m變寬預應力鋼筋混凝土現澆箱梁。采用一聯96 m整體張拉法施工，Фj15.2鋼絞線，基礎采用鉆孔灌注樁，樁頂設置承臺，橋墩為雙柱預應力花瓶墩。

2 目前預應力管道壓漿存在的問題

在后張法預應力混凝土結構中，孔道壓漿的主要目的是防止預應力筋(鋼絞線)的腐蝕及在預應力筋與結構混凝土之間提供有效的粘結;孔道壓漿的密實性是孔道壓漿成功與否的首要技術要點。常用的做法是在混凝土內預埋金屬(塑料)波紋管，在預應力筋束張拉完成后，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，容易產生離析，干硬收縮較大，產生孔隙，導致預應力筋受到銹蝕，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應力壓漿不密實問題列為公路橋梁建設中的十大質量通病之一。

3 真空輔助壓漿的基本原理及優點

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應力孔道中的空氣，使孔道內的真空度達到80%以上，使之產生-0.06 MPa～-0.1 MPa的真空度，然后用灌漿泵將優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應力筋附近的可能性，防止預應力筋的腐蝕;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，使漿體密實度和強度得到保證;4)孔道在真空狀態下，減小了由于孔道彎曲而使漿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、豎向預應力筋更能體現其優越性。

4 真空壓漿技術要求

1)預應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，防止在孔道抽真空中，管道癟凹，本工程采用塑料波紋管。2)在預應力張拉施工完成后，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，壓漿應在封錨后24 h～48 h內進行。3)孔道及兩端必須密封，且孔道內無雜物，孔道暢通。4)真空泵的壓力表需提前標定，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%，泌水應在24 h內重新全部被漿吸回，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備

5.1 原材料

1)水。拌制水泥漿的水應采用自來水或者純凈的河水，本工程采用橋梁南側的婁江水，其質量指標符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規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，其質量指標符合JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規范對混凝土用水泥的要求。3)預應力孔道壓漿專用外加劑。采用后張有粘結預應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。摻入后能使灌漿材料在整個水化硬化的不同階段產生適度的微膨脹(＜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 預應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，能保證預應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容為:外觀、環剛度、局部橫向荷載、柔韌性以及抗沖擊性，試驗方法及具體技術指標要求應符合JT/T 529-2004預應力混凝土橋梁用塑料波紋管規定。

5.3 真空輔助灌漿設備

1)壓漿設備。包括:螺旋強制式壓漿泵、1 000轉/min高速循環水泥漿體攪拌機、計量設備、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→壓漿設備準備→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準養生試塊。

6.2 工序操作關鍵點

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

2)錨頭封錨。a.預應力張拉完成后，經檢測符合設計和規范后，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)灌漿準備。a.檢查確認材料數量、種類是否齊全、質量是否保證。b.檢查孔道是否干爽、清潔、密封。必要時應沖洗清除有害材料，對于可能發生的油污，可采用對預應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，應使用不含油的壓縮空氣將孔道內的所有積水吹出。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、排氣閥全部關閉，抽真空閥打開，啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數，當壓力表讀數固定在-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，應使攪拌機內壁充分濕潤，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，每一工作班應留取不少于三組的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 立方體試件，標準養護7 d，28 d，測定其抗壓強度。試塊7 d和28 d的強度應分別不小于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.關掉灌漿閥，啟動真空泵，當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，當漿體經過空氣濾清器時，關掉真空泵及抽氣閥，打開排氣閥。觀察排氣管的出漿情況，當漿體稠度和灌入之前稠度一樣時，關掉排氣閥，使管內保持0.7 MPa的壓力，持壓2 min，最后關掉灌漿閥。

8)清洗。拆下抽真空管的兩個活結，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)養護。壓漿過程及壓漿后48 h內，結構混凝土的溫度不得低于5℃，否則應采取保溫措施，當氣溫高于35℃時，壓漿應在夜間進行。

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，灌漿管應選用牢固結實的高強橡膠管，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盡量馬上進行灌漿，否則要不停攪拌，以免漿體沉淀發生堵管。灌漿應在水泥漿流動性沒有下降的30 min～45 min時間內進行，孔道灌注要連續。灰漿進入灌漿泵之前應通過1.2 mm的篩網。儲漿罐的體積應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，連接部位結合要緊密，閥門氣密性要好，這樣才能達到預定的真空效果。抽真空用的真空泵為水循環式SZ-2型真空泵，啟動真空泵前，檢查進水管是否連接好，應注意進水閥門是否打開(否則容易把泵燒壞)，真空泵啟動時應注意泵是否正轉。

8 結語

蘇州工業園區高架橋采用真空壓漿工藝施工后，預應力孔道中沒有出現過傳統壓漿不密實、不飽滿，壓漿有效距離短，預應力筋易生銹等諸多問題，確保了孔道壓漿的質量，提高了結構的安全性、耐久性，真空輔助壓漿技術具有極大的發展前景和應用空間，在后張預應力混凝土施工中應大力應用這一技術。

[1] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[2] JT/T 529-2004，預應力混凝土橋梁用塑料波紋管[S].