橋梁預應力真空壓漿施工技術

隨著我國預應力橋梁的大量使用，對后張預應力孔道灌漿中采用真空輔助灌漿法施工的工藝也越來越重要，這就要求我們更加重視這項技術。

1．真空輔助灌漿的必要性

總結施工技術革新發展的一般情況，基本上由：施工中進一步提高經濟技術指標需要而改進而變革、或向著技術完善本身方面進一步發展、或是施工中及在交付使用后發生問題進行思考總結后的應對方法，真空輔助壓漿法的形成和發展（驗證）即屬于第三項。
在后張有粘接預應力混凝土結構中，預應力筋和混凝土之間的共同工作以及預應力筋的防腐蝕是通過在預埋孔道中灌滿水泥漿來實現的；另外，在預應力狀態下為防止預應力筋發生滑絲及長期放置發生預應力筋腐蝕，在一批預應力筋張拉完畢后，也要求立即對孔道灌漿。眾所周知，傳統的做法是采用壓漿法來灌漿，即在0.5-1.0Mpa的壓力下，將水灰比0.4-0.45的稀水泥漿壓入孔道壓入孔道。這種做法容易發生水泥漿離析、析水、干硬后收縮，產生孔隙，留下隱患。國內外就灌漿的工程實踐和經驗教訓，使人們一直憂慮傳統壓力灌漿的效果的問題。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工藝和漿體混合料配制不好造成的。傳統壓力灌漿中，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，存集氣泡會變為孔隙，成為自由水的聚集地。這些水可能含有有害成分，易造成預應力筋及構件的腐蝕；在北方嚴寒的地區，由于溫度低，這些水會結成冰，可能會脹裂管道、形成裂縫，造成嚴重的后果；另外水泥漿容易離析，析水、干硬后收縮，析水后會產生孔隙，致使漿體強度不夠，粘接不好，為工程留下了隱患。
為此有必要將傳統壓漿工藝進行改進，將真空輔助壓漿工藝等技術應用于預應力孔道施工中，使灌漿工藝更加完善合理。其基本原理為：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至0.1Mpa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≥0.7Mpa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。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。因此真空壓漿工藝是提高后張預應力混凝土結構安全度和耐久性的有效措施。

2．真空壓漿工藝特性及要求

2.1 減少孔道中阻力，加速了漿液的流動，形成一個連續且迅速的過程，縮短了灌漿時間，提高了生產工效；
2.2 強化了漿液的慣性流動與沖擊及對孔道的充盈。在真空狀態下，孔道內的空氣、水份以及混在水泥漿中的氣泡被消除，減少孔隙、泌水現象，確保了孔道灌注的密實性和漿體的強度，以及預防和克服對預應力筋的腐蝕，從而大限度地提高了結構的耐久性和安全性；
2.3 封錨與壓漿可分開進行，也可一次完成，保證了結構的整體性和美觀。
2.4 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。灌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。
2.5 對水泥漿液的配合比提出更高要求。
2.6 作為一個單項系統工程，在工序安排上，要從預應力孔道布置開始實施配套；作為一項操作性很強的項目，又要求操作人員工作流程清晰，技術全面，配合協調好。
2.7 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灌漿質量。
2.8 使用壓力水沖洗過管道后，應及時使用高壓風將孔道內的水分吹干凈。
2.9 真空壓漿的工藝流程：
開動真空泵抽真空       混合料攪拌成漿       壓漿       清洗配件

3．真空壓漿的理論形成

3.1   真空壓漿的漿體在管道內充盈程度
A、推拉理論：
在封閉的孔道中，我們把漿液視為一流動的液柱的話，進漿端的正壓力將液柱一方面源源不斷的壓注進入管道，一方面給液柱施加一強大的推力；另一方面，出漿口端的真空泵給液柱施加的拉力，這一真空作形成的拉力給傳統壓漿賦予神奇的變化：
1）使孔道內空氣的稀薄，液柱在相對于空氣中的表面張力及表面能減小，使漿液更容易填充預應力筋的間隙并帶走殘存在預應力筋間隙的水分，不易形成氣泡（氣泡較多也可影響過漿面積），密實填充成孔材料空間。
2）拉力形成液柱的導向，減少了液柱在孔道內的紊流情況，也就減小了孔道的阻力；
3）在真空作用下，液柱內的氣泡和富余的水分向液柱端部移動，并在后期的傳統補壓穩壓過程中排除。這種效應對于長孔道更明顯。但需要說明的是，對于孔道中的較多留存水分，單靠真空泵的作用，處理效果不明顯，必須靠高壓風吹干凈。
3.2  傳統成孔材料與真空壓漿技術的結合：
目前常用的成孔材料為金屬波紋管，而真空壓漿較理想的成孔材料為PT－PLUS?塑料波紋管（以較小的孔道摩阻力及電絕緣性能取勝），考慮目前的預應力結構設計及施工單位的成本承受力，這里對真空壓漿與金屬波紋管的結合使用做一個討論。
1）孔道摩阻方面：PT－PLUS?塑料波紋管雖然孔道摩阻較小，而且PT－PLUS?塑料波紋管在壓漿時的孔道摩阻也較小；但金屬波紋管的孔道摩阻依然能滿足現行規范要求；
2）保證預應力筋的耐久性：無疑PT－PLUS?塑料波紋管有著毋庸置疑的優勢；我們知道，預應力筋在張拉后，基本上是緊貼孔道。已壓注水泥漿的預應力筋的腐蝕，主要成因為電化學腐蝕。電化學腐蝕的要素除外電、感應電等存在的電流影響外，還需具備電解液（或有害氣體）。而真空壓漿技術恰恰在這方面從工藝上大限量地減小了電解液的存在（密實、氣泡少、填充預應力筋間隙密實、硬化漿液基本無自由水），也就是說基本杜絕了形成電化學腐蝕的條件，從而保證了預應力筋的耐久性。
3）金屬波紋管與混凝土及壓注漿液結合強度較好；
4）金屬波紋管較塑料波紋管成本節省接近一倍。

4．漿體的配合比設計

4.1 漿體配合比確定
漿體設計是壓漿工藝的關鍵之處,合適的水泥漿應是：1）和易性好（泌水性小、流動性好）；2）硬化后孔隙率低，滲透性小；3）具有一定的膨脹性，確保孔道填充密實；4）高的抗壓強度；5）有效的粘接強度；6）耐久性。 
為了防止水泥漿在灌注過程中產生析水以及硬化后開裂，并保證水泥漿在管道中的流動性，參加少量的添加劑。為使水泥漿在凝固后密實，則摻入添加劑如超塑劑。
1）改善水泥漿的性質，降低水灰比，減少孔隙、泌水，消除離析現象。
2）降低硬化水泥漿的孔隙率，堵塞滲水通道。
3）減少和補償水泥漿在凝結硬化過程的收縮和變形，防止裂縫的產生。
4.2  配合比的試拌及各項指標
1）流動度要求：攪拌后的流動度為小于60S。
2）水灰比：0.3～0.4，為滿足可灌性要求，一般選用水泥漿的水灰比好在0.3～0.38之間。
3）泌水性：小于水泥漿初始體積的2％；四次連續測試結果的平均值小于1％；拌和后24h水泥漿的泌水應能被吸收。
4）初凝時間：6h
5）體積變化率：0～2％
6）強度：7天齡期強度大于40Mpa
7）漿液溫度：5℃≤T漿液≤25℃，否則漿體容易發生離析。

5．真空壓漿在分離立交現澆預應力混凝土連續箱梁及T梁的施工

5.1 工程簡介
某立交橋，其上部結構為17+27+27+17米預應力混凝土連續結構箱梁，底板寬8米，頂板寬12米，有三道縱梁，每道縱梁分布6孔OVM15-7鋼絞線束（管道孔徑ф內80mm），底板分布8孔BM15-4鋼絞線束（管道孔徑：22х70mm）。預應力孔道長為89.3米，兩張拉端曲線孔道部分切線的夾角之和為0.6845rad，兩張拉端高差3米。長達89余米的管道上，沒有預留任何排氣管或排漿管。 
5.2 工藝及施工的確定
為確保壓漿的安全及質量，我們采取了以下措施： 
1）真空泵端設在高端。壓漿端設在底端，因高差3米引起的漿液靜力壓強為0.06-0.07Mpa，而柱塞式灌漿機的設備能力為0.8-1.0 Mpa，那末對因高差造成的影響基本可忽略，卻有利于壓漿質量的保證。 
2）管道密封及封錨。封錨做法：張拉完畢，將多余鋼絞線切割，錨具端部留有3公分左右長度，用濕潤水泥團封堵，為確保水泥團不掉落及養護期間不開裂，在水泥封錨作出后，又用雙層塑料薄膜密封并綁扎固定在錨具上。對于其他可能漏氣的連接點，采用玻璃膠及密封生料帶進行密封，從而保證了管道的密封。封錨提前二天進行，在壓漿之前進行檢查，對有漏氣的情況，再行用玻璃膠處理，以確保孔道密封。
為進一步驗證孔道的密封和通暢情況，我們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。
3）工作水的循環：因真空泵工作用水不方便，我們準備了一個2立方米的水箱，與真空泵形成循環，從而節約了用水。 
4）施工時間。考慮漿體的穩定及對壓漿的影響，我們將壓漿時間安排在夜間進行。
5）漿體配比及指標，拌漿的連貫性。管道較長，且不能實現灌漿接力的情況，為減小孔道對漿體的阻力，我們修正了配比如下：水泥：水：高效減水劑  ＝  1：0.38：0.4％，使漿體流動度控制在22±2S，其他指標滿足規范要求。為保證灌漿的連續性，根據和考慮儲備，每拌和好0.5立方米后，才予以連續灌漿。 
6）工藝
A、檢查設備連接及電源、水管路、材料準備到位情況，施工平臺等措施，檢查封錨及孔道密封工作，高壓水洗孔并用高壓風將孔內積水吹干。
B、每壓漿二至三孔作為一組，每一組在灌漿之前先用水灰比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。 
C、兩端抽真空管及灌漿管安裝完畢后，關閉進漿管球閥，開啟真空泵。真空泵工作一分鐘后壓力穩定在-0.075 Mpa至-0.08 Mpa，繼續穩壓1分鐘后，開啟進漿管球閥并同時壓漿。 
D、壓漿：對于圓管，從開始灌漿至出漿口真空泵透明喉管冒漿歷時5分鐘零10秒左右，各管道比較一致；對于扁管，灌漿歷時2分鐘30秒左右，各管道也比較一致。 
E、補壓及穩壓：真空泵、灌漿機停機，將抽真空連接管卸下，將出漿端球閥關閉，用預先準備的4磅鐵錘將出漿端封錨水泥敲散，露出鋼絞線間隙。再用灌漿機正常補壓穩壓。此時，從鋼絞線縫隙中會被逼出水泥漿，再持續補壓穩壓過程中，水泥漿由濃變稀，由稀變清，由流量大至滴出清水，此時灌漿及壓力表穩定在0.8-1.0 Mpa。補壓穩壓結束，關閉球閥（這里需要說明的是，我們利用了水泥漿在高壓下易泌水的特點，通過排除多余水分，降低孔道內漿液的實際水灰比，從而進一步提高孔道內漿液的物理化學性質）。補壓穩壓歷時3分鐘。球閥拆除清洗在半小時后至一個小時之間進行。 
F、轉入下一孔道壓漿。 
5.3 結果 
1）通過現場試驗水泥凈漿各項指標及送檢水泥凈漿試塊，三天時間強度超過30 Mpa，認為水泥凈漿合格。 
2）補壓時，出漿端壓力較大，通過鋼絞線間隙泌出水分及稀漿，可噴出4米遠。補壓結束以泌水基本排空為度，穩壓時間達到規范要求。
3）孔道清洗吹干較仔細，灌漿凈歷時較為均勻一致。
4）拆除兩端球閥觀察，錨墊板上進、排漿孔水泥漿較為硬實，不流淌，用手指按壓，能夠留下模糊指印。