預(yù)應(yīng)力板梁真空壓漿施工技術(shù)應(yīng)用分析

付飛、鄧仁彬

（1.贛州高速公路有限責(zé)任公司，江西 贛州 341000；2.贛州誠正公路工程監(jiān)理有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

孔道壓漿是預(yù)防預(yù)應(yīng)力筋腐蝕的最后防線，當(dāng)前在國內(nèi)橋梁工程建設(shè)中，大多采用傳統(tǒng)的壓漿法進(jìn)行孔道壓漿，壓漿的密實(shí)性難以保證，且容易引發(fā)預(yù)應(yīng)力筋腐蝕。隨著我國預(yù)應(yīng)力橋梁建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，真空壓漿技術(shù)在預(yù)應(yīng)力板梁施工中的應(yīng)用也日益廣泛。真空壓漿屬于混凝土結(jié)構(gòu)施工中的主要技術(shù)，在真空狀態(tài)下，消除灌漿孔道內(nèi)的空氣、水分及水泥漿液中混雜的氣泡，避免普通壓漿在施工過程中孔隙和泌水現(xiàn)象的出現(xiàn)。在灌漿過程中，因孔道的密封性良好，漿液壓力保持較好并能充滿整個(gè)孔道。真空壓漿施工工藝的優(yōu)化杜絕了裂縫產(chǎn)生的可能，灌漿的強(qiáng)度和飽滿性得以保證，作為一個(gè)迅速且連續(xù)的施工過程，還能明顯縮短灌漿的施工時(shí)間。

1 真空壓漿施工技術(shù)的原理

1.1 真空輔助灌漿

對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力和混凝土間的結(jié)合及預(yù)應(yīng)力筋防腐均通過在預(yù)埋孔道內(nèi)灌注水泥漿液實(shí)現(xiàn)，而且，為避免在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力筋滑絲及銹蝕，完成一批預(yù)應(yīng)力筋張拉施工后，必須立即安排孔道灌漿。使用傳統(tǒng)的壓漿法，灌漿壓力通常控制在0.5～1.0MPa，將水灰比為0.40～0.45 的稀漿液壓入孔道，導(dǎo)致水泥漿液離析及干縮，增大混凝土結(jié)構(gòu)的空隙率。此外，傳統(tǒng)的壓力灌漿也會(huì)因水泥漿液混合料配合比不合理，以及施工工藝選擇不當(dāng)而造成預(yù)應(yīng)力筋銹蝕。例如，水泥漿液中存在氣泡，待混合料硬化后，氣泡便會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭紫叮瑸樽杂伤膮R集提供空間，進(jìn)而腐蝕預(yù)應(yīng)力和相應(yīng)構(gòu)件。當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí)，自由水還會(huì)凍結(jié)，脹裂管道，引發(fā)結(jié)構(gòu)病害。

為此，應(yīng)采用真空輔助壓漿技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化傳統(tǒng)的壓漿法，使預(yù)應(yīng)力孔道灌漿工藝更加完善。具體而言，應(yīng)在壓漿開始前，通過真空泵將預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的空氣及積水吸除，使孔道內(nèi)真空度維持在-0.06～0.10MPa 范圍內(nèi)，再改用灌漿泵將摻加外加劑優(yōu)化后的水泥漿液從孔道一端灌入，灌漿壓力控制在0.7MPa 及以上。預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)存在的空氣較少，難以形成氣泡，減小水泥漿液在預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)流動(dòng)的阻力，使?jié){液連續(xù)且迅速地流動(dòng)，而且孔道內(nèi)與壓漿機(jī)之間所存在的正負(fù)壓力差，使水泥漿液的收縮有效降低，孔道壓漿的密實(shí)度和飽滿度增加，水灰比減小，使水泥漿液的可施工性、漿液硬化強(qiáng)度、漿液流動(dòng)慣性及對預(yù)應(yīng)力孔道充盈的密實(shí)程度顯著提升。

在真空輔助灌漿施工過程中，可以將封錨和壓漿過程分開進(jìn)行，也可一次完成，保證混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。同時(shí)，該工藝也對孔道密封及預(yù)應(yīng)力錨固效果提出更高的要求，孔道良好密封，才能保證水泥漿液能充滿整個(gè)孔道。預(yù)應(yīng)力孔道灌漿屬于一個(gè)單項(xiàng)系統(tǒng)性工程，其工序安排必須與其余工序配套，協(xié)調(diào)配合。此外，該施工技術(shù)對施工工藝、灌漿設(shè)備選型及水泥漿配合比設(shè)計(jì)、外加劑型號等也有較高要求。

1.2 真空壓漿效果

1.2.1 水泥漿液在管道內(nèi)推拉充盈

在密封良好的預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)，水泥漿液作為流動(dòng)性液體主要由進(jìn)漿端的正壓力壓入管道，在這一過程中給液柱施加強(qiáng)大推力的同時(shí)，出漿口真空泵會(huì)同時(shí)給液柱施加拉力。具體而言，孔道內(nèi)空氣會(huì)因真空泵的作用而變得稀薄，減小液體表面張力和表面能，增大漿液的可灌性及對空隙的填充性，并同時(shí)帶走預(yù)應(yīng)力筋間殘存的水分，抑制水泥漿液在流動(dòng)過程中形成氣泡。真空泵所施加的拉力同時(shí)對液柱起到導(dǎo)向作用，對預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)液柱的紊流起到抑制作用，并同時(shí)減小漿液在孔道內(nèi)流動(dòng)的阻力。在真空狀態(tài)下，漿液內(nèi)氣泡及多余的水分逐漸向液柱端移動(dòng)，并在后期補(bǔ)壓、穩(wěn)壓及高壓風(fēng)的綜合作用下徹底排除，且這種效應(yīng)對長孔道更加明顯。

1.2.2 漿液與波紋管及預(yù)應(yīng)力筋的結(jié)合

當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力孔道所用PT-PLUS 塑料波紋管及金屬波紋管等成孔材料，PT-PLUS 塑料波紋管因孔道摩阻力和電絕緣性能較小，真空壓漿效果較為理想，但其造價(jià)比金屬波紋管高。PT-PLUS 塑料波紋管表面粗糙度小，故在壓漿過程中對漿液的孔道摩阻力較小，而金屬波紋管管壁粗糙，其管壁與水泥漿液的黏結(jié)更牢固。預(yù)應(yīng)力筋張拉后與孔道緊貼，已完成壓漿的預(yù)應(yīng)力筋會(huì)因外電、感應(yīng)電、電解液及有害氣體等的存在而發(fā)生電化學(xué)腐蝕，真空壓漿技術(shù)能從工藝方面有效減少電解液等腐蝕性因素，最大限度杜絕電化學(xué)腐蝕條件的產(chǎn)生，確保水泥漿液和預(yù)應(yīng)力筋有效結(jié)合以及預(yù)應(yīng)力筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與耐久性。PTPLUS 塑料波紋管型號規(guī)格詳見表1。

表1 PT-PLUS 塑料波紋管型號規(guī)格

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某高速公路G-N 段，起訖樁號K165+100～K348+960，線路長183.86km，該工程段主線共包括大中型整體式橋梁3605m/17 座，分離式橋梁228.5m/4 座，涵洞598.8m/18 道。工程段橋梁均為跨徑30m、40m 及50m 的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁和跨徑20m 的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。其中位于樁號K241+720～K241+850處的立交橋，上部為（17+27+27+17）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，頂?shù)装宸謩e寬12m 和8m，設(shè)置三道縱梁，每道縱梁均在管道孔徑內(nèi)80mm 處設(shè)置6 孔OVM15-17 鋼絞線束，底板則在孔徑22mm×70mm 的管道內(nèi)設(shè)置8 孔BM15-4 鋼絞線束。預(yù)應(yīng)力孔道長度最大達(dá)到89.5m，且兩端張拉高差為3.0m。

根據(jù)計(jì)劃，擬建2 個(gè)預(yù)制場預(yù)制加工工程所需的梁板，同時(shí)在樁號K241+733.4 處設(shè)置1 處備用預(yù)制梁場，以便在工期緊張的情況下啟用。此次預(yù)應(yīng)力板梁鋼束均采用《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224—2003）所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1860MPa、彈性模量1.95×10MPa 的

φ

s15.2mm 型高強(qiáng)低松弛鋼絞線，普通鋼筋主要采用HRB335 鋼筋和R235 鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級C50。

為提升該橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿的施工質(zhì)量，決定采用先進(jìn)的真空壓漿施工工藝，同時(shí)使用PTPLUS90/19 型PT-PLUS 塑料波紋管成孔，并在漿液中摻加一定比例的阻銹劑。

2.2 水泥漿液配合比設(shè)計(jì)

漿液配合比設(shè)計(jì)是保證壓漿施工質(zhì)量的關(guān)鍵，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）規(guī)定，性能優(yōu)良的水泥漿液必須具備較小的泌水性、良好的流動(dòng)性和和易性，并具備一定的膨脹性及對孔道填充的密實(shí)性，黏結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度高，且硬化后滲透性小、孔隙率低。為避免水泥漿液灌注施工期間發(fā)生析水而導(dǎo)致其出現(xiàn)硬化裂縫，同時(shí)增強(qiáng)水泥漿液凝固后的密實(shí)度，應(yīng)摻加合理比例的外加劑。該預(yù)應(yīng)力板梁工程真空壓漿施工水泥漿液配合比指標(biāo)參數(shù)及取值要求詳見表2。

表2 水泥漿液配合比指標(biāo)參數(shù)及取值要求

根據(jù)設(shè)計(jì)及工程質(zhì)量控制要求，初步確定該預(yù)應(yīng)力板梁工程真空壓漿施工水泥漿液配合比（質(zhì)量比）為：水泥∶水∶阻銹劑∶膨脹劑∶高效減水劑=1∶0.33∶0.03∶0.1∶0.025，設(shè)計(jì)水灰比為0.33，漿液黏稠度為30～50s，泌水率最大值為0.6%。考慮到該預(yù)應(yīng)力板梁真空壓漿施工管道較長，且無法進(jìn)行接力灌漿施工，為降低孔道對漿液的阻力，應(yīng)進(jìn)行水泥漿液配合比的修正，修正后為：水泥∶水∶阻銹劑∶膨脹劑∶高效減水劑=1∶0.38∶0.03∶0.1∶0.4，并將漿液黏稠度嚴(yán)格控制在22±2s 以內(nèi)，其余指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。此外，還應(yīng)考慮灌漿儲備和灌漿施工過程的連續(xù)性，待水泥漿液拌和量達(dá)到0.5m后，再開始連續(xù)灌漿施工。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工設(shè)備

預(yù)應(yīng)力板梁在真空壓漿施工中，除采用傳統(tǒng)的壓漿施工設(shè)備外，還必須增設(shè)抽吸空氣的真空泵、壓力表、壓力瓶、泌水閥、氣密閥等設(shè)備。在施工開始前，將空泵端設(shè)置在高端，壓漿端設(shè)置在低端，兩者之間高差在3.0m 左右，將產(chǎn)生0.06～0.07MPa 的漿液靜力壓強(qiáng)，而柱塞式注漿機(jī)設(shè)備能力為0.8～1.0MPa，故因高差所引起的漿液壓力的變化，可忽略不計(jì)。

2.3.2 管道密封及封錨

該預(yù)應(yīng)力板梁真空壓漿管道布置細(xì)部構(gòu)造情況，如圖1所示。待完成預(yù)應(yīng)力張拉后，切除多余鋼絞線，并將錨具端頭鋼絞線露出長度控制在3.0cm，再使用水泥團(tuán)封堵管道。為避免養(yǎng)護(hù)期間水泥團(tuán)開裂或掉落，應(yīng)在封錨結(jié)束后，通過雙層塑料薄膜再次密封，并與錨具綁扎固定；同時(shí)通過玻璃膠+密封生料密封其余可能發(fā)生漏氣的連接點(diǎn)。封錨施工應(yīng)在壓漿前2d 進(jìn)行，采用玻璃膠處理，保證孔道的密封效果。管道密封及封錨結(jié)束后，應(yīng)通過抽真空方式及時(shí)驗(yàn)證孔道的密封情況和通暢效果，并待抽真空達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，略微開啟進(jìn)漿端球閥，若能聽到尖銳的氣流嘯聲，同時(shí)觀察真空表，其讀數(shù)呈下降趨勢，則意味著管道密封效果良好。

圖1 真空壓漿管道細(xì)部構(gòu)造（單位：mm）

為保證真空泵工作用水的便利性，應(yīng)準(zhǔn)備1 個(gè)容量2m的水箱，并與真空泵連接后形成循環(huán)，達(dá)到節(jié)約用水的目的。

2.3.3 灌漿施工

在正式開始灌漿前，必須全面檢查設(shè)備連接、管路、材料及水源，管道密封及封錨情況，并用高壓水徹底洗孔后通過高壓風(fēng)吹干孔內(nèi)積水。將2～3 個(gè)壓漿孔設(shè)置為1 組，在每組灌漿前應(yīng)先將水灰比0.45 的稀漿壓入孔道，起到潤滑和二次清理的作用，降低正式灌漿開始后孔道對漿液的阻力。根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，安裝兩端抽真空管和灌漿管，結(jié)束后將進(jìn)漿管球閥關(guān)閉，同時(shí)開啟真空泵，待真空泵運(yùn)行60s，且壓力達(dá)到-0.08～-0.075MPa 的穩(wěn)定狀態(tài)后，再穩(wěn)壓60s，此后將進(jìn)漿管球閥開啟、壓漿。

采用1.2mm 的篩網(wǎng)過濾漿液，過濾后直接將水泥漿液加入灌漿泵，并待灌漿泵輸出的漿液黏稠度符合設(shè)計(jì)要求后開始灌漿；待出氣孔內(nèi)流出的漿液黏稠度與灌入的漿液大致一致時(shí)，從低到高逐個(gè)將出氣孔關(guān)閉；并待灌漿壓力≤1.0MPa 時(shí)，穩(wěn)壓60～120s；將灌漿泵全部閥門關(guān)閉后，即結(jié)束灌漿。

待真空泵和灌漿機(jī)停機(jī)后，卸下抽真空連接管，關(guān)閉出漿端球閥，并通過事先準(zhǔn)備的鐵錘敲散出漿端的封錨水泥，使鋼絞線間隙外露。采用灌漿機(jī)正常補(bǔ)壓并穩(wěn)壓的過程中，水泥漿液會(huì)從鋼絞線縫隙內(nèi)逼出，并隨著補(bǔ)壓和穩(wěn)壓過程的持續(xù)進(jìn)行，漿液會(huì)從濃變稀、再變清，并從大流量變?yōu)榍逅纬觯瑫r(shí)灌漿壓力表所顯示的灌漿壓力值保持在0.8～1.0MPa。以上補(bǔ)壓穩(wěn)壓過程耗時(shí)3.0min，待結(jié)束后將球閥關(guān)閉，并在0.5～1h 內(nèi)拆除清洗。再轉(zhuǎn)入下一孔道繼續(xù)進(jìn)行壓漿施工。

3 應(yīng)用效果

與普通壓漿工藝相比，真空壓漿前孔道內(nèi)約90%以上的空氣、水分以及混合在水泥漿液中的自由水和氣泡等均被抽出，漿液的密實(shí)度有保證。在真空負(fù)壓作用下，水泥漿液中的微沫漿率先流入負(fù)壓容器，并待黏稠漿液流出后，使孔道內(nèi)漿液黏稠度保持一致，水泥漿液的密實(shí)度及強(qiáng)度均得到有效保證。壓漿孔道處于真空狀態(tài)后，孔道內(nèi)因高低彎曲而使?jié){液形成的壓頭差減小，漿液充滿包括彎束、U 型束、豎向束等異型部位在內(nèi)的全部孔道，并實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)施工，使灌漿施工時(shí)間大大縮短。

通過水泥漿液各項(xiàng)指標(biāo)現(xiàn)場試驗(yàn)及水泥凈漿試塊送檢結(jié)果可知，該預(yù)應(yīng)力板梁真空壓漿試塊3d 強(qiáng)度超過30MPa，7d、28d 強(qiáng)度分別在35MPa 和50MPa以上，均符合設(shè)計(jì)要求。在補(bǔ)壓過程中，出漿端壓力過大，鋼絞線縫隙泌水及出漿噴射距離達(dá)到4.0m，補(bǔ)壓完成后泌水基本得到控制，且穩(wěn)壓時(shí)間也基本符合規(guī)范。將球閥拆除后的觀察結(jié)果顯示，錨墊板上進(jìn)漿孔和排漿孔水泥漿液均較為硬實(shí)，無流淌現(xiàn)象；較長管道灌漿飽滿度均在98%以上，且注漿口和排氣孔周圍漿液的飽滿度并無明顯差別。

4 結(jié)語

綜上所述，該預(yù)應(yīng)力橋梁應(yīng)用真空輔助壓漿施工技術(shù)后，孔道漿液的密實(shí)度和充盈度比應(yīng)用傳統(tǒng)壓漿方法明顯提升，且工程竣工驗(yàn)收后，并未發(fā)現(xiàn)管道堵塞及壓漿不飽滿情況。工程實(shí)踐也表明，真空輔助壓漿技術(shù)能有效解決常規(guī)灌漿技術(shù)中漿液充盈氣泡及灌漿不密實(shí)等問題，保證預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)層密實(shí)且不透水，提升橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，保證橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，延長使用壽命。