桥梁预应力真空压浆施工技术

随着我国预应力桥梁的大量使用，对后张预应力孔道灌浆中采用真空辅助灌浆法施工的工艺也越来越重要，这就要求我们更加重视这项技术。

1．真空辅助灌浆的必要性

总结施工技术革新发展的一般情况，基本上由：施工中进一步提高经济技术指标需要而改进而变革、或向着技术完善本身方面进一步发展、或是施工中及在交付使用后发生问题进行思考总结后的应对方法，真空辅助压浆法的形成和发展（验证）即属于第三项。
在后张有粘接预应力混凝土结构中，预应力筋和混凝土之间的共同工作以及预应力筋的防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满水泥浆来实现的；另外，在预应力状态下为防止预应力筋发生滑丝及长期放置发生预应力筋腐蚀，在一批预应力筋张拉完毕后，也要求立即对孔道灌浆。众所周知，传统的做法是采用压浆法来灌浆，即在0.5-1.0Mpa的压力下，将水灰比0.4-0.45的稀水泥浆压入孔道压入孔道。这种做法容易发生水泥浆离析、析水、干硬后收缩，产生孔隙，留下隐患。国内外就灌浆的工程实践和经验教训，使人们一直忧虑传统压力灌浆的效果的问题。后张预应力混凝土结构中，预应力筋的腐蚀大部分是由于施工工艺和浆体混合料配制不好造成的。传统压力灌浆中，浆体本身和施工工艺带有一定的局限性，主要表现为：灌入的浆体中常会含有气泡，当混合料硬化后，存集气泡会变为孔隙，成为自由水的聚集地。这些水可能含有有害成分，易造成预应力筋及构件的腐蚀；在北方严寒的地区，由于温度低，这些水会结成冰，可能会胀裂管道、形成裂缝，造成严重的后果；另外水泥浆容易离析，析水、干硬后收缩，析水后会产生孔隙，致使浆体强度不够，粘接不好，为工程留下了隐患。
为此有必要将传统压浆工艺进行改进，将真空辅助压浆工艺等技术应用于预应力孔道施工中，使灌浆工艺更加完善合理。其基本原理为：在压浆之前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80％以上，使之产生-0.06至0.1Mpa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以≥0.7Mpa的正压力。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡；同时，由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度。减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的的收缩，从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。因此真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。

2．真空压浆工艺特性及要求

2.1 减少孔道中阻力，加速了浆液的流动，形成一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间，提高了生产工效；
2.2 强化了浆液的惯性流动与冲击及对孔道的充盈。在真空状态下，孔道内的空气、水份以及混在水泥浆中的气泡被消除，减少孔隙、泌水现象，确保了孔道灌注的密实性和浆体的强度，以及预防和克服对预应力筋的腐蚀，从而大限度地提高了结构的耐久性和安全性；
2.3 封锚与压浆可分开进行，也可一次完成，保证了结构的整体性和美观。
2.4 对孔道密封及预应力体系的锚固效率及安全性能提出了更高要求。灌浆过程中因孔道具有良好的密封性，使浆液充满整个孔道的要求得到保证。
2.5 对水泥浆液的配合比提出更高要求。
2.6 作为一个单项系统工程，在工序安排上，要从预应力孔道布置开始实施配套；作为一项操作性很强的项目，又要求操作人员工作流程清晰，技术全面，配合协调好。
2.7 对工艺及设备要求高。水泥浆的配比、外加剂型号及用量、水泥浆的温度、孔道密封度等都将影响灌浆质量。
2.8 使用压力水冲洗过管道后，应及时使用高压风将孔道内的水分吹干净。
2.9 真空压浆的工艺流程：
开动真空泵抽真空       混合料搅拌成浆       压浆       清洗配件

3．真空压浆的理论形成

3.1   真空压浆的浆体在管道内充盈程度
A、推拉理论：
在封闭的孔道中，我们把浆液视为一流动的液柱的话，进浆端的正压力将液柱一方面源源不断的压注进入管道，一方面给液柱施加一强大的推力；另一方面，出浆口端的真空泵给液柱施加的拉力，这一真空作形成的拉力给传统压浆赋予神奇的变化：
1）使孔道内空气的稀薄，液柱在相对于空气中的表面张力及表面能减小，使浆液更容易填充预应力筋的间隙并带走残存在预应力筋间隙的水分，不易形成气泡（气泡较多也可影响过浆面积），密实填充成孔材料空间。
2）拉力形成液柱的导向，减少了液柱在孔道内的紊流情况，也就减小了孔道的阻力；
3）在真空作用下，液柱内的气泡和富余的水分向液柱端部移动，并在后期的传统补压稳压过程中排除。这种效应对于长孔道更明显。但需要说明的是，对于孔道中的较多留存水分，单靠真空泵的作用，处理效果不明显，必须靠高压风吹干净。
3.2  传统成孔材料与真空压浆技术的结合：
目前常用的成孔材料为金属波纹管，而真空压浆较理想的成孔材料为PT－PLUS?塑料波纹管（以较小的孔道摩阻力及电绝缘性能取胜），考虑目前的预应力结构设计及施工单位的成本承受力，这里对真空压浆与金属波纹管的结合使用做一个讨论。
1）孔道摩阻方面：PT－PLUS?塑料波纹管虽然孔道摩阻较小，而且PT－PLUS?塑料波纹管在压浆时的孔道摩阻也较小；但金属波纹管的孔道摩阻依然能满足现行规范要求；
2）保证预应力筋的耐久性：无疑PT－PLUS?塑料波纹管有着毋庸置疑的优势；我们知道，预应力筋在张拉后，基本上是紧贴孔道。已压注水泥浆的预应力筋的腐蚀，主要成因为电化学腐蚀。电化学腐蚀的要素除外电、感应电等存在的电流影响外，还需具备电解液（或有害气体）。而真空压浆技术恰恰在这方面从工艺上大限量地减小了电解液的存在（密实、气泡少、填充预应力筋间隙密实、硬化浆液基本无自由水），也就是说基本杜绝了形成电化学腐蚀的条件，从而保证了预应力筋的耐久性。
3）金属波纹管与混凝土及压注浆液结合强度较好；
4）金属波纹管较塑料波纹管成本节省接近一倍。

4．浆体的配合比设计

4.1 浆体配合比确定
浆体设计是压浆工艺的关键之处,合适的水泥浆应是：1）和易性好（泌水性小、流动性好）；2）硬化后孔隙率低，渗透性小；3）具有一定的膨胀性，确保孔道填充密实；4）高的抗压强度；5）有效的粘接强度；6）耐久性。 
为了防止水泥浆在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，参加少量的添加剂。为使水泥浆在凝固后密实，则掺入添加剂如超塑剂。
1）改善水泥浆的性质，降低水灰比，减少孔隙、泌水，消除离析现象。
2）降低硬化水泥浆的孔隙率，堵塞渗水通道。
3）减少和补偿水泥浆在凝结硬化过程的收缩和变形，防止裂缝的产生。
4.2  配合比的试拌及各项指标
1）流动度要求：搅拌后的流动度为小于60S。
2）水灰比：0.3～0.4，为满足可灌性要求，一般选用水泥浆的水灰比好在0.3～0.38之间。
3）泌水性：小于水泥浆初始体积的2％；四次连续测试结果的平均值小于1％；拌和后24h水泥浆的泌水应能被吸收。
4）初凝时间：6h
5）体积变化率：0～2％
6）强度：7天龄期强度大于40Mpa
7）浆液温度：5℃≤T浆液≤25℃，否则浆体容易发生离析。

5．真空压浆在分离立交现浇预应力混凝土连续箱梁及T梁的施工

5.1 工程简介
某立交桥，其上部结构为17+27+27+17米预应力混凝土连续结构箱梁，底板宽8米，顶板宽12米，有三道纵梁，每道纵梁分布6孔OVM15-7钢绞线束（管道孔径ф内80mm），底板分布8孔BM15-4钢绞线束（管道孔径：22х70mm）。预应力孔道长为89.3米，两张拉端曲线孔道部分切线的夹角之和为0.6845rad，两张拉端高差3米。长达89余米的管道上，没有预留任何排气管或排浆管。 
5.2 工艺及施工的确定
为确保压浆的安全及质量，我们采取了以下措施： 
1）真空泵端设在高端。压浆端设在底端，因高差3米引起的浆液静力压强为0.06-0.07Mpa，而柱塞式灌浆机的设备能力为0.8-1.0 Mpa，那末对因高差造成的影响基本可忽略，却有利于压浆质量的保证。 
2）管道密封及封锚。封锚做法：张拉完毕，将多余钢绞线切割，锚具端部留有3公分左右长度，用湿润水泥团封堵，为确保水泥团不掉落及养护期间不开裂，在水泥封锚作出后，又用双层塑料薄膜密封并绑扎固定在锚具上。对于其他可能漏气的连接点，采用玻璃胶及密封生料带进行密封，从而保证了管道的密封。封锚提前二天进行，在压浆之前进行检查，对有漏气的情况，再行用玻璃胶处理，以确保孔道密封。
为进一步验证孔道的密封和通畅情况，我们在抽取真空达到要求后，将进浆端球阀少许开启，则可听到气流的尖锐啸声，同时真空表读数下降。
3）工作水的循环：因真空泵工作用水不方便，我们准备了一个2立方米的水箱，与真空泵形成循环，从而节约了用水。 
4）施工时间。考虑浆体的稳定及对压浆的影响，我们将压浆时间安排在夜间进行。
5）浆体配比及指标，拌浆的连贯性。管道较长，且不能实现灌浆接力的情况，为减小孔道对浆体的阻力，我们修正了配比如下：水泥：水：高效减水剂  ＝  1：0.38：0.4％，使浆体流动度控制在22±2S，其他指标满足规范要求。为保证灌浆的连续性，根据和考虑储备，每拌和好0.5立方米后，才予以连续灌浆。 
6）工艺
A、检查设备连接及电源、水管路、材料准备到位情况，施工平台等措施，检查封锚及孔道密封工作，高压水洗孔并用高压风将孔内积水吹干。
B、每压浆二至三孔作为一组，每一组在灌浆之前先用水灰比0.45的稀浆压入孔道少许润滑孔道，以减小孔道对浆液的阻力。 
C、两端抽真空管及灌浆管安装完毕后，关闭进浆管球阀，开启真空泵。真空泵工作一分钟后压力稳定在-0.075 Mpa至-0.08 Mpa，继续稳压1分钟后，开启进浆管球阀并同时压浆。 
D、压浆：对于圆管，从开始灌浆至出浆口真空泵透明喉管冒浆历时5分钟零10秒左右，各管道比较一致；对于扁管，灌浆历时2分钟30秒左右，各管道也比较一致。 
E、补压及稳压：真空泵、灌浆机停机，将抽真空连接管卸下，将出浆端球阀关闭，用预先准备的4磅铁锤将出浆端封锚水泥敲散，露出钢绞线间隙。再用灌浆机正常补压稳压。此时，从钢绞线缝隙中会被逼出水泥浆，再持续补压稳压过程中，水泥浆由浓变稀，由稀变清，由流量大至滴出清水，此时灌浆及压力表稳定在0.8-1.0 Mpa。补压稳压结束，关闭球阀（这里需要说明的是，我们利用了水泥浆在高压下易泌水的特点，通过排除多余水分，降低孔道内浆液的实际水灰比，从而进一步提高孔道内浆液的物理化学性质）。补压稳压历时3分钟。球阀拆除清洗在半小时后至一个小时之间进行。 
F、转入下一孔道压浆。 
5.3 结果 
1）通过现场试验水泥净浆各项指标及送检水泥净浆试块，三天时间强度超过30 Mpa，认为水泥净浆合格。 
2）补压时，出浆端压力较大，通过钢绞线间隙泌出水分及稀浆，可喷出4米远。补压结束以泌水基本排空为度，稳压时间达到规范要求。
3）孔道清洗吹干较仔细，灌浆净历时较为均匀一致。
4）拆除两端球阀观察，锚垫板上进、排浆孔水泥浆较为硬实，不流淌，用手指按压，能够留下模糊指印。