預應力管道真空輔助壓漿工藝的應用

摘要：在后張法預應力混凝土結構中，傳統的都是采用孔道壓漿防止預應力鋼筋銹蝕，這種方法普遍灌漿不密實，給工程留下隱患。武西高速桃花峪黃河大橋采用預應力管道真空輔助壓漿工藝提高后張預應力混凝土結構安全度和耐久性。介紹真空輔助壓漿工藝在該橋的應用、基本原理和工藝特性、控制措施與注意事項等。

一、工程概況

武西高速公路桃花峪黃河大橋，位于鄭州市西北，北接線連接河南省干線公路鄭新高速公路，南接線連接國道主干線連霍高速公路，是繼京廣鐵路黃河大橋、鄭州黃河大橋、劉江黃河大橋（京珠高速黃河大橋）、鄭新黃河大橋（公鐵兩用黃河大橋）之后又一跨越黃河天塹、溝通黃河兩岸的重要通道。我標段為桃花峪黃河大橋土建六標，起點樁號K34+534，終點樁號K36+632.46，全長2098.46m。北副橋為（50+9×80+78.31）m多跨變截面連續梁。

副橋采用掛籃懸澆注施工，連續墩頂臨時固接。副橋為三向預應力體系，縱、橫向預應力采用單根d=15.2mm鋼絞線及相應的錨固體系，管道采用塑料波紋管，采用真空輔助壓漿。副橋主梁為單箱單室斷面，根部梁高5.0m，跨中和50m邊跨直線段梁高3.0m，78.31m邊跨直線段梁高4.0m，梁底曲線按二次拋物線變化。箱梁頂板寬度16.05m，底板寬度9m，懸臂長度3.525m，懸臂板根部厚80cm，端部20cm，箱梁內頂板厚度28cm，底板厚度30cm～70cm，0號塊局部加厚至120cm，腹板厚度60～80cm。

二、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，然后用壓漿泵將優化后的水泥漿從孔道的另一端壓入并加以不小于0.7MPa的正壓力。由于孔道內只有極少的空氣，很難形成氣泡，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。在水泥漿中，減小了水灰比，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操作性、充盈孔道的密實性和硬化漿體的強度。

三、真空輔助壓漿工藝的特點

（一）壓漿前，抽出預留孔道中的空氣，抽吸真空度按要求達到-0.08MPa的負壓并保持；壓出殘存在壓漿機及管道內的水分、氣泡，同時檢查所排出的水泥漿稠度，當排出口與儲存桶的水泥漿相同后，將接頭接到錨墊板的壓漿接頭上；馬上打開排氣孔，啟動壓漿泵，觀察排氣孔處的出漿情況，當出漿流暢、穩定且稠度與儲存桶漿體基本一致時，關閉排氣孔；壓漿泵壓至0.7MPa，持壓2min，最后關掉壓漿泵，這樣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，消除混在漿體中的氣泡，這樣就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。

（二）孔道在真空狀態下，減小了由于孔道高低彎曲而使漿體自身形成的壓力差，便于漿體充盈整個孔道，尤其是一些關鍵部位。對于彎型、U型、豎向預應力筋更能體現真空輔助壓漿的優越性。改進漿體的配合比設計，使其不會發生泌水、干硬收縮等問題?？傊?，由于真空壓漿施工工藝本身有較高的質量控制要求，加之采用了合理配合比的漿料，完全能保證孔道灌漿的均勻性，形成一個密實、不透水的保護層，消除孔隙，有效提高預應力筋的防腐蝕性能，從而提高結構的安全性能和耐久性。

（三）減少了孔道中的阻力，加速了漿液的流動，形成一個連續且迅速的壓漿過程，縮短了壓漿時間，提高了生產工效。強化了漿液的慣性流動與沖擊及對孔道的充盈。

（四）在真空狀態下，孔道內的空氣、水分以及混在水泥漿中的氣泡被消除，減少孔隙、泌水現象，確保了孔道壓漿的密實性和漿體的強度，從而最大限度地提高了結構的耐久性和安全性。因負壓的作用使得漿體更易于通過狹窄間隙，使壓漿過程中堵塞的情況大為降低。

（五）對孔道密封及預應力體系的錨固效率及安全性能提出了更高要求。壓漿過程中因孔道具有良好的密封性，使漿液充滿整個孔道的要求得到保證。對水泥漿液的配合比提出更高要求。推薦采用塑料波紋管，對工藝及設備要求高，水泥漿的配比、外加劑型號及用量、水泥漿的溫度、孔道密封度等都將影響壓漿質量。

（六）后張預應力混凝土結構中，預應力筋的腐蝕大部分是由于施工不當和混合料配制不好的結果。其中傳統的灌漿手段是壓力灌漿，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當混合料硬化后，存積氣泡處會變為孔隙，成滲透雨水的聚積地，這些水可能含有有害成分，易造成構件的腐蝕；同時，在北方嚴寒的地區，由于溫度低，這些水會結成冰，可能會脹裂構件，造成嚴重的后果；另外，水泥漿容易離析、泌水，干硬后收縮，泌水會產生孔隙，致使強度不夠，黏結不好，為工程留下了隱患。

四、真空輔助壓漿工藝的應用

（一）在水泥漿出口及入口處接上密封閥門，將真空泵連接在非壓漿端上，壓漿泵連接在壓漿端上，以串聯的方式將負壓容器、三向閥門和密封罩連接滿足此數據則表示波紋管未能完全封閉，需在繼續壓漿前進行檢查及更正工作。

（二）在保持真空泵運作的同時，開始往壓漿端的水泥漿入口壓漿，注意在壓漿過程中真空壓力將會下降（下降幅度約0.02MPa）。從透明的喉管中觀察水泥漿是否已填滿波紋管，繼續壓漿直至水泥漿達到安裝在負壓容器上方的三相閥門，操作閥門以隔離真空泵及水泥漿，將水泥漿導向廢漿桶的方向，繼續壓漿直至所溢出的水泥濃漿均勻、流暢，沒有不規則的擺動。關閉真空泵，關閉壓漿泵出漿處的閥門，將設在密封罩上的閥門打開，關閉出漿處的閥門直至密封罩上的閥門所溢出的水泥濃漿形狀均勻。關閉設在密封罩上的閥門，并保持壓力在0.6～0.7MPa繼續壓漿2min，關閉壓漿泵。

五、真空輔助壓漿工藝總結

（一）施工準備工作

檢查確認材料數量、種類是否齊備，品質是否保證；機具是否正常；張拉完成后，切除外露的鋼絞線（外露量≤30mm），將密封工具罩安裝在錨墊板上進行封錨。工具罩在灌漿后3h內拆除并清洗。安裝時檢查橡膠密封圈是否破損斷裂，將密封罩與錨墊板上的安裝孔對正，用螺栓擰緊，注意將排氣口朝正上方。

（二）試抽真空

將灌漿閥、排氣閥全都關閉，抽真空閥打開，啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數，當管內的真空度維持在-0.08MPa時，停泵約為1min，若壓力能保不變即可認為孔道能達到并維持真空。

（三）攪拌水泥漿

1.攪拌要求

攪拌水泥漿之前，加水空轉數分鐘，將積水倒凈，使攪拌機內壁充分濕潤。攪拌好的灰漿要能做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌合的材料，更不能采取邊出料邊進料的方法。

2.裝料順序

首先將稱量好的水、外加劑倒入攪拌機，攪拌2min；將水泥倒入攪拌機中，攪拌3min，出料；水泥漿出料后應盡量馬上泵送，否則要不停地攪拌；必須嚴格控制用水量，否則多加的水將全部泌出，易造成管道頂端有孔隙；對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，應嚴禁采用增加水的辦法來增加灰漿的流動性。

3.灌漿

將水泥漿加到儲漿罐中引到灌漿泵，在灌漿泵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。關閉灌漿閥，啟動真空泵，當真空值達到并維持在-0.06～-0.1MPa值時，打開灌漿閥，啟動灌漿泵，開始灌漿，灌漿過程中，真空泵保持連續工作。待抽真空端的透明塑料管內有漿體經過時，關閉真空機前端的真空閥，關閉真空機，水泥漿會自動從“止回排氣閥”中順暢流出，待稠度與灌入的漿體相當時，關閉抽真空端的閥門。灌漿泵繼續工作，壓力達到0.7MPa左右，持壓2min，完成排氣泌水，使孔道內漿體密實飽滿，完成灌漿，關閉灌漿泵及灌漿閥門。

六、真空輔助壓漿注意事項

真空輔助壓漿除常規壓漿應注意的事項外，尚應注意如下事項：

（一）真空度必須達到并維持在80%以上。為進一步驗證孔道的密封和通暢情況，在抽取真空達到要求后，將進漿端球閥少許開啟，則可聽到氣流的尖銳嘯聲，同時真空表讀數下降。

（二）根據漿體儲存大小可按2或3孔作為1組，每組在壓漿之前先用水灰比0.45的稀漿壓入孔道少許潤滑孔道，以減小孔道對漿液的阻力。

（三）對于較長且為曲線的預應力管道，可在管道中部或曲線部分最高處預留壓漿管，以避免因管道較長壓力不夠或殘余空氣淤積在管道曲線最高處?？梢圆捎妙A留壓漿管接力補壓。因壓漿嘴位于錨墊板上，壓漿過程中不易保證預應力錨頭夾片間隙至密封罩內空部分漿體壓滿。為此在密封罩上增設1個出漿閥門，壓漿至出漿口（錨墊板上）出濃漿后，關閉出漿口，打開密封罩上閥門，繼續壓漿，至兩端密封罩上閥門出濃漿后，壓漿作業才可結束。

（四）當氣溫或構件溫度低于5℃或高于35℃時，不得進行壓漿。同一孔道壓漿應一次完成，不得中途停壓，因故中途停壓不能連續一次壓滿時，應立即用壓力水沖干凈，研究處理后再壓漿?；ハ啻ǖ目椎缿瑫r壓漿。

七、結論

真空壓漿能保證孔道灌漿的均勻性，形成一個密實、不透水的保護層，消除孔隙，能有效提高預應力筋的防腐蝕性能，從而提高結構的安全性能和耐久性。高速攪拌是保證漿液性能的重要手段，必須采用高速攪拌機進行漿液攪拌。水灰比對漿液的性能起著決定性的作用，在施工過程中必須嚴格控制。總之，由于真空灌漿施工工藝本身有較高水平的質量控制，加上采用合理配合比的混合料，采用真空灌漿技術將能保證孔道灌漿的均勻性，能形成一個密實、不透水的保護層，并能消除孔隙。另外，塑料波紋管是絕緣體，與金屬波紋管相比，具有更強的耐腐蝕性，大大改善了構件的防腐蝕性能。因此真空灌漿技術是確保高質量灌漿的一個強有力的手段。

真空輔助壓漿工藝在武西高速桃花峪黃河大橋的應用表明，真空輔助壓漿的質量控制要比普通壓漿好很多。通過真空壓漿，在提高了孔道內漿體的密實度的同時也減少了水泥漿體的泌水率。從工藝效益來看，采用真空壓漿的成本比普通壓漿的成本提高不了多少，僅增加了專用塑料波紋管和真空泵及真空輔助壓漿專用輔助劑的費用。因此，真空輔助壓漿取代普通壓漿是一種趨勢，在以后的施工中應該得到大力推廣。

【參考文獻】

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【作者單位：中鐵大橋局集團第一工程有限公司】