大循環智能壓漿工藝在后張預應力管道壓漿中的應用研究

梁曉東，劉德坤，徐有為

（湖南聯智橋隧技術有限公司,湖南長沙 410011）

0 前言

1985年2月1日，英國威爾士的Ynys-Gwas橋在正常使用階段、在沒有受到任何外在沖擊、在毫無征兆的情況下突然倒塌，此橋運營32 a，并未達到設計使用年限。英國交通運輸部門對此橋進行的調查發現，此橋大部分預應力鋼絞線銹蝕、預應力孔道內出現大面積空洞，管道壓漿不密實是導致該橋倒塌的主因。英國交通運輸部門曾規定在未解決后張預應力管道壓漿質量之前，英國不得使用后張法。在國內，設計使用壽命50 a、竣工驗收時“工程質量等級優良”的某大橋，僅運行10 a便成為“危橋”，大橋在2005年拆除。拆除此橋時發現部分預應力管道未見壓漿，預應力鋼束有斷絲、滑絲現象，部分鋼筋銹蝕嚴重。

為解決后張預應力管道壓漿質量問題，先前采用了真空輔助壓漿方法，以及壓漿質量監測儀等，但是都不能從根本上解決預應力管道的壓漿質量問題。本文介紹一種新的壓漿工藝和智能壓漿系統，其能夠保證管道內漿液完全充盈，能夠對壓漿過程漿液水膠比、壓漿壓力、漿液流量“三大指標”進行實時測控，進行有效的質量監管和遠程監控。

1 預應力管道壓漿作用與傳統壓漿的弊端

1.1 管道壓漿的作用

預應力管道壓漿的作用一是保護預應力筋免遭銹蝕，保證結構物的耐久性。由于預應力筋在高應力狀態下更容易銹蝕，約是非持力狀態下的6倍，尤其是以鋼絲組成的鋼絲束、鋼絞線等，如不及時采取防銹措施，一旦出現銹蝕，由于“壞蛆效應”的存在，鋼絞線很快就會因銹蝕而減少斷面面積甚至斷裂；二是使預應力筋通過灰漿與周圍混凝土結成整體，增加錨固的可靠性，提高結構的抗裂性和承載能力。灌入孔道的水泥漿，既包裹預應力筋，又接觸孔道壁，硬化后類似膠黏劑，把預應力筋和孔道壁粘結起來，共同作用；三是保證預應力在梁體內的有效傳遞，防止工作錨具的疲勞損壞。

1.2 傳統壓漿的弊端

在傳統壓漿方法中存在以下弊端：一是材料質量及用量控制不嚴，壓漿材料要求低水膠比、高流動度、零泌水率，壓漿過程中現場工人為增加漿液的流動性往往采取加水的方式，使得水膠比過大，導致泌水率過大，在孔道內形成鋼絞線銹蝕的環境；二是壓漿設備落后，原有制漿機的葉片線速度過小無法拌制出低水膠比、高流動度的漿體，同時灌漿泵的壓力不穩定，漿液在孔道內易產生氣塞，最終形成氣室；三是封錨方法不合理，傳統的封錨技術采用水泥砂漿封錨，其不能保證孔道在壓漿時的密閉性，致使預應力管道在建立真空度和壓漿穩壓階段不能承受一定的壓力，這是導致真空輔助壓漿方法難以達到其效果的原因之一；四是組織管理不嚴，對灌漿不密實的危害性認識不足，沒有對壓漿過程進行實時測控和遠程監控，人為影響因素較大，數據缺乏真實性。

2 大循環智能壓漿工藝設計方案

2.1 大循環智能壓漿工藝設計思路

由于傳統壓漿方法不能保證后張預應力管道的壓漿質量，其主要弊端是不能將管道內的空氣完全排出，在管道內存在氣室或空氣倉，再加上漿液泌出的自由水，便形成了鋼絞線銹蝕的環境；真空輔助壓漿，理論上是能夠將管道內的空氣排出的，但由于封錨效果不佳，會出現“漏氣”，直接導致無法建立真空度，從而無法從根本上解決問題。同時，對壓漿工序的監管不力，管道壓漿是隱蔽工程，沒有準確的檢測手段，當體積比達到90%以后常規檢測手段則無法準確識別。

大循環智能壓漿的設計思路：循環壓漿，壓力控制，有效監管，保證密實。

循環壓漿：讓漿液在后張預應力管道中持續循環，借助“連通管”的作用將管道內的空氣完全排出，保證管道內所填充的漿液內沒有氣室或者空氣倉。

壓力控制：采用新型專用封錨工具進行封錨，保證整個回路系統不漏氣，在進行持壓時不泄壓，只要持壓時間和壓力大小足夠，就能保證漿液充滿孔道且被壓密實。

有效監管：大循環智能壓漿系統對后張預應力管道壓漿過程中的漿液材料的水膠比、灌漿壓力和漿液流量進行實時測控以及遠程監控，能夠保證漿液材料水膠比、灌漿壓力在合符規范的前提下進行壓漿，當這“三大指標”超出規范限值時則不能壓漿。

保證密實：只要漿液性能達到規范要求，在合理的壓漿方式、適宜的灌漿壓力下，并通過流量來計算梁體內的漿液體積，便能保證管道壓漿密實。

2.2 大循環智能壓漿系統方案設計

采用管道將出漿口的漿液導流至儲漿桶，形成大循環回路。在制漿機的低速桶上綁定低水膠比測試儀（自成一個小循環回路），不串入大循環回路中，其主要是進行水膠比的監測。在循環回路中依次設置制漿機、儲漿桶、灰漿泵、進漿測控儀、返漿測控儀。制漿機和儲漿桶的主要作用是拌制漿液和儲存漿液；灰漿泵的主要作用是提供動力將漿液從儲漿桶向梁體輸送，在儀器清洗時將水向儀器輸送；進漿測控儀的主要作用是監測進漿口的壓力和流量，在壓漿結束時將漿液溢流至儲漿桶；返漿測控儀的主要作用是監測出漿口的壓力和流量，在循環一定的時間后通過調壓閥進行調壓，在壓漿結束時參與系統的鎖壓。系統回路結構如圖1所示。

2.3 大循環智能壓漿控制方案設計

大循環智能壓漿系統的控制系統主要由控制中心（計算機）、進漿測控儀、返漿測控儀和水膠比監測儀組成。控制過程中對水膠比范圍作出判斷，是否合符要求，若不合符要求，則不能啟動壓漿系統，需要重新制漿，合符要求則進行壓漿；壓漿回路開啟后，漿液開始循環，進漿測控儀實時向控制中心輸送進漿口的壓力和流量信號，返漿測控儀也實時向控制中心輸送出漿口的壓力和流量信號，控制中心則依據客戶進行的參數設置對水膠比、壓力和流量數值進行判斷，然后對返漿測控儀發出是否進行調壓的指令，進行調壓后，控制中心依據調壓情況發出是否鎖壓指令，一旦發出鎖壓指令 （同時發出溢流指令）則意味該孔壓漿結束。其控制流程圖如圖2所示，圖中S表示輸入信息，C表示輸出命令。

3 工程試驗

大循環智能壓漿施工工藝是一種新的壓漿工藝，任何新的施工工藝在應用于工程實踐之前都必須通過相應的室內模擬試驗或工程實體試驗。大循環智能壓漿系統在湖南通平高速和大瀏高速公路預制梁場進行了工程實體試驗，試驗結果表明：采用大循環壓漿施工工藝可將管道內空氣和雜質悉數排出，保證管道內的漿液壓得飽滿、密實，即使采用普通漿液亦可保證密實。其試驗結果見圖3所示。

圖1 系統結構圖

圖2 控制方案流程圖

圖3 大循環智能壓漿與傳統壓漿試驗結果實景

工程實體試驗表明：智能壓漿的出漿口及進漿口水泥漿液均飽滿密實，傳統壓漿的出漿口水泥漿液不夠飽滿，部分鋼絞線裸露未被水泥漿包裹。

4 應用實例

4.1 應用工程概況

某橋位于湖南某地區，該橋長190 m，上部布置為：（20+30+20+4×30）m，該橋為先簡支后連續橋梁,第一聯為不等跨布置，為（20+30+20）m，長 70 m，第二聯為等跨布置4×30 m，長120 m，主橋上部為T型截面預應力混凝土梁，下部為圓柱型實心墩。

4.2 應用效果

如表1所示，在灌漿施工中，使用該系統進行動態測控灌漿的水膠比、壓力和流量，以及保壓時間，從監控結果看出，該孔道漿體材料的水膠比為0.25～0.34，進漿最大壓力為0.88MPa，出漿壓力為0.58MPa，保壓時間4min，累積漿液體積136L。表2為兩片梁的測控結果。

通過大循環智能壓漿系統的實際應用，得出以下結論：

（1）大循環智能壓漿工藝通過漿液滿管路持續循環，能夠保證完全排出管道內的空氣，從而保證壓漿過程中管道漿液內無氣室、氣倉，管道內漿液完全密實。

（2）大循環智能壓漿系統應用于實際施工中，對漿液的水膠比、灌漿壓力和漿液流量進行嚴格控制和有效監管，能夠保證灌漿質量。

（3）大循環智能壓漿工藝的應用，使得預應力管道壓漿從傳統的“事后檢測”到“事中控制”，對壓漿的相關參數從“被動測試”到“主動控制”，取得了良好的效果，使得后張預應力管道壓漿質量提高了一個臺階，對保證預應力橋梁結構的耐久性意義重大。

表1 某T梁孔道采用大循環智能壓漿測控記錄結果一覽表

表2 兩片30 t梁的測試結果一覽表

[1]徐建達，楊超，季文洪，鄭君雅.預應力管道壓漿質量無損檢測技術綜述[A].第十四屆全國混凝土及預應力混凝土學術會議論文集[C].2007.

[2]Non－Destructive Testing in Civil Engineering International Symposium[C].柏林：1995.

[3]季文洪，楊超.國外預應力孔道壓漿質量檢測實踐—多陣列探地雷達法[J].世界橋梁,2008，（2）.

[4]王和林，黎宇.真空壓漿在預應力構件管道壓漿中的應用[J].山西建筑，2005，（5）.

[5]Non－Destructive Testing in Civil Engineering International Symposium[C].柏林：2003.

[6]Non－Destructive Testing in Civil Engineering International Symposium[C].紐約：2006.

[7]甘軍，楊超，季文洪.橋梁預應力管道壓漿施工質量控制技術及應用[J].四川理工大學學報，2010，（12）.

[8]張玉民.某橋箱梁混凝土預應力施工及真空壓漿技術[J].山西建筑，2008,（5）.

[9]侯紅梅.大跨徑預應力混凝土箱梁預制過程中溫度效應及孔道壓漿技術（研究）[D].濟南：山東大學，2009.

[10]李友明，鄭杰元，陳建軍，王鵬.采用塑料波紋管的預應力管道摩阻試驗研究[J].中國測試技術，2006，（11）.