浅谈真空灌浆工艺在后张预应力混凝土桥梁中的作用.pdf

第2 期 2 0 0 7 年2 月 广东土 木与建 筑 GUANGDONG ARC HI T EC T URE CI VI L EN GI NE ERI NG N 0 2 F E B 2 0 o 7 浅谈真空灌浆工艺在后张预应力混凝土桥梁中的作用 李志远 ( 广州市第二市政工程有限公 司 广州 5 1 0 0 6 0 ) 摘 要 ： 从分析传统预应 力筋防护的存在 问题入 手 ， 引入真 空灌浆施 工工法并提 出其顺利 实施的关键要点 ， 分析 表 明采 用真空灌浆工艺是提 高后张有粘接预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施 。 关键词 ： 真空灌浆 ：预应 力混凝土梁 1 前言 在后张有粘接预应力混凝土结构中 预应力筋 的防腐以及预应力筋与混凝土之 间的共同工作是通 过压力灌浆充满预埋孔道和预应力筋之间的空隙来 解决的 传统的预应力筋防护是通过成孔材料防护 和浆体防护来实现的 如灌浆不饱满则预应力筋易 发生锈蚀和应力损失 而预应力筋在高应力状态下 对腐蚀相当敏感 锈蚀极易发展 造成预应力筋锈蚀 部位断面损缺 直接威胁 到预应力混凝土结构和构 件的安全性和耐久性 1 9 9 1年英 国 Y n y s G w a s桥的跨塌直接原 因就 是灌浆不密实， 导致预应力筋失效而发生 ， 之后英国 对大批压力灌浆工程进行 了检查 发现 8 O 的工程 存在类似情况 ， 为保证工程质量 英国曾一度禁止使 用灌浆法后张预应力筋施工 并于 1 9 9 6年制定了国 家规范 T R 4 7 ( 1 9 9 6 ) ， 要求提高灌浆性能。 德 国、 比利时、 日本等国也 曾对压力灌浆工程进 行检查 发现压浆不饱满 的工程约 占 4 0 以上 ， 在 我国由于灌浆质量不良而导致 的工程事故也屡见不 鲜 ， 如广州海印大桥的斜拉索锈断等。 2 后 张预应 力筋传 统 防护方 法 的存在 问题 2 1 传统 的灌浆手段是压力灌浆 压入 的浆体 中易 含有气泡 ， 当混合料硬化后 ， 气泡处形成孑 L 隙， 成为 渗透水 的聚积部位 在严寒地区还会结冰而导致构 件胀裂 造成严重的后果 2 2 许多预应力结构承受着外界恶劣因素的影响 如除冰盐或盐水 采用金属波纹管进行防护 当后张 构件由于防水层的崩溃或微裂缝渗漏 时 预应力筋 就可能受到腐蚀作用 。( F I P施工指南 ( 1 9 9 0 ) ) 中的 “ 预应力筋的灌浆” 条款指出 ： “ 金属管没有永久的防 腐能力 不足以抵抗水渗漏到产生裂缝的浆体内的预 应力筋。” 2 _ 3 水泥浆容易离析和析水， 干硬后收缩 析水会产 生孔隙而致使强度不足和粘结不良， 留下事故隐患。 2 4 在具体工程施工中 张拉过程往往受到重点关 注 但其后的孔道压浆施工工艺往往受到忽略， 对浆 体材料选用和水泥浆配合 比的控制管理不严 ，施工 马虎 随机性大 容易导致孔道压浆质量差和预应力 结构过早开裂 尤其是承受动荷载的大跨度桥梁结 构 出现裂缝后会使预应力筋过早锈蚀 ， 严重影响结 构的耐久性和降低结构的安全度 3 真 空灌 浆施工 工艺 目前预应力筋的防护问题 日益突出有粘接预 应力混凝土工程的灌浆质量问题在我国引起了广泛 的重视 为了防止预应力筋被腐蚀 提高结构安全度 和耐久性 应倡导在后张法施工的预应力钢筋混凝 土结构中采用真空灌浆工艺新技术 3 1 真空灌浆工艺的基本原理 灌浆前先用真空泵抽吸预应力孔道中的空气， 使 其真空度达到负压约 0 0 8 0 1 MP a 然后在孔道另一 端用灌浆泵以一定压力将搅拌好的水泥浆体压入预 应力孔道并产生一定 的压力 ，同时孔道内和压浆泵 之间存在正负压力差 大大提高了孔道内浆体的饱满 和密实度 由于孔道 内只有极少空气 ， 浆体在负压环 境下流动时 混在浆体中的气泡将破裂而被抽出； 在 制备水泥浆 中 由于采用降低水灰比、 添加外加剂等 措施 ， 减少 了浆体 的离析 、 析水和干硬收缩 ， 提高了 浆体强度 同时通过采用配套的 S B G塑料波纹管及 5 5 维普资讯 http:/ 2 0 0 7 年2 月 第2 期 李志远： 浅 谈真空 灌浆 工艺 在后张 预应力混 凝土 桥梁中 的作用 F E B 2 0 0 7 N o 2 连接套 ， 可确保预应力管道的密封性 有效保护预应 力筋不受腐蚀 3 2 真空灌浆施工工序 清理锚垫板上的灌浆孔 ， 以保证灌浆通道畅 通 ； 按图纸将真空灌浆设备连接好 ： 搅拌水泥浆 使其水灰 比、 流动度 、 泌水性达到浆体技 术要求 指 标 ： 启动真空泵 ， 使真空度达到( 一 0 0 8 0 1 ) MP a 并保持稳定： 配制与预应力构件相同标号的纯水泥 浆 ： 启动灌浆泵 ， 灌浆过程 中真空泵保持 ( - 0 0 8 - 0 1 ) M P a连续工作 ： 待水泥浆从 出浆端负压容器 上透明喉管压出时 ， 检查是否为标准水泥浆 ： 关闭 出浆端阀门 开启进浆端盖帽上出气孔 将盖帽内压 满水泥浆 ， 密封出气孔 ： 开启出浆端盖帽上的出气 孔 ， 将盖帽内压满水泥浆 ， 密封出气孔 ， 孔道加压至 0 7 M P a并持压 3 m i n ： 关闭灌浆泵及灌浆端 阀门 ， 完成灌浆； 拆卸外接管路、 附件， 清洗空气滤清器 及阀等 ， 接到另一孔道重复以上步骤继续压浆 3 3 真空灌浆施工控制要点 ( 1 )水泥浆的配制要点 改善硬化水泥浆的性质， 降低水灰比， 减少孔 隙、 泌水， 消除离析现象； 降低硬化水泥浆的孔隙 率 ， 堵塞渗水通道 ： 减少和补偿水泥浆在凝结硬化 过程中的收缩变形 ， 防止裂缝的产生 。 ( 2 )对波纹管的要求 针对金属波纹管易受酸 、 碱 、 盐腐蚀 ， 不能阻隔 杂散 电流对预应力筋腐蚀 金属波纹管之间接头密 封性一般 电焊渣落到波纹管上易将其熔穿 管壁较 薄 踩压后易变形 金属波纹管孔道 的摩擦 系数过 大 ， 会造成预应力筋损失等缺点 采用新型塑料波纹 管替代金属波纹管 可克服上述不足 满足设计和工 程需 要 a 塑料波纹管的优点 以 H D P E为原料 ， 其耐腐蚀性能远优 于金属材料 ， 能有效保护预应力筋不受腐蚀： 密封性好 ， 荷载作用下不渗透和无弯 曲， 对 保护钢绞线束极为有利 ： 耐温性和阻燃性 好。 电焊渣落至管上不会引燃和熔穿： 在同 等条件下 塑料波纹管预 留孔道的摩擦系数 明显小于金属管可减少张拉中的预应力摩 擦损失 。 提高有效预应力 减少锚具和预应力 筋用量 ， 降低工程造价 ： 管体不导电 。 可阻 隔杂散 电流对预应力筋的腐蚀 ： 运输方便 。 弯曲半径可小至 3 0 c m。 可成盘运输 ： 强度 56 高 ， 刚度大 ， 在施工现场不会被踩压变形 浇筑时不 易被振捣棒凿破 b 塑料波纹管的连接 通常采用专用塑料焊接机热熔焊接或使用专用 的连接套 ， 在特殊情况下也可采用热缩套筒 连接套 起到连接塑料波纹管与锚垫板 、塑料波纹管与塑料 波纹管的作用 它由塑料制成两半式 使用时通过楔 子把两半连接合拢 也可用塑料焊接机在施工现场 焊接 ， 接头与整根质量一致 ， 牢 固可靠 ， 接 口平滑 ， 利 于钢绞线穿束 4工程 实例 广州某分离立交桥为四跨一联( 1 8 m + 2 x 2 5 m + l 8 m) 等截面预应力混凝土现浇箱梁桥 箱梁 由单箱三室 箱型截面组成 ， 桥面宽 3 5 m( 人行道 ) + 1 3 O m( 车行 道) + 3 5 m( 人行道 ) ， 横坡 2 ， 采用变腹板高度形成 ， 腹板高 1 4 m， 两侧腹板高 1 3 m， 箱梁顶板宽 2 0 m 底 板宽 1 5 m， 墩顶横梁厚 1 8 m， 主墩为 1 3 m三柱墩 ， 基础采用 9根 1 5 m、 1 2根 1 2 m钻孔灌注桩 ， 荷 载等级按照汽一 超 2 0级 、 挂一 1 2 0设计 、 人群荷载为 3 0 k N m 在预应力混凝土施工中采用了真空灌浆 工艺 通过工程实践总结和积累了许多工程经验 特 别是在水泥浆技术指标要求方面为该工艺下一步 大面积推广奠定 了坚实的基础 4 1 水泥浆体的技术指标要求 ( 见表 1 ) 4 2 真空灌浆工艺所需材料及配套设备 S B G塑料波纹管及连接套 ： 真空辅助压浆 系统 由标准压浆设备 ( U B L 一 3型螺杆式灌浆机 、 高压喉 管 、 隔离式压力表 、 密封球阀、 水泥浆测试用具等 ) 和 抽真空设备 ( S z 一 2型真空泵 、 负压容器 、 1个三通连 接管、 密封球阀、 加 固透明喉管等 ) 两大部分组成。 表1 水泥浆体的技术指标要求 ( 下转第 5 4页) 浆体凝固后体积缩小会引起浆体与管道之间形 体积变化率 成空隙 故其值越d , tJ 体积收缩越小。 浆体越密 1 实， 最好具有微膨胀性。 维普资讯 http:/ 2 0 1 1 7 年2 月 第2 期 广 东土 木与建筑 F lE B 2 0 0 l7 N o 2 ( 4 )优点 ： 成孔速度快 ， 施工质量可靠 不需考虑 排污 场地清洁干净 ( 5 ) 适用范围： 不宜采用水循环成孔的土质边坡。 ( 6 )锚孔定位偏差不宜大于 2 0 mm 偏斜度不应 大于 5 钻孔深度超过锚杆设计长度 0 5 m以上 4 3 当钻孔到达设计深度后 用高压风清孔和测量 孔深 遇局部松散土质无法成孔或有障碍物难以继 续成孔时 可用锚管锚杆代替钢筋锚杆 4 4 锚杆机孔经检查满足要求后开始安放锚杆 为 保证其准确居中 每隔 2 m左右焊接定位钢筋 锚杆 外露长度为 3 5 0 m m 以保证和框架梁的连接 4 5 在高边坡进行锚杆施工时 若锚杆长度在 1 0 m以 上 工作平台狭窄而不满足施工条件时 应优先采用 机械连接 本工程采用钢筋等强度直螺纹连接技术 具有接头强度高、 施工速度快、 受外界条件干扰小等 优点。 4 6 锚杆安放后及时用注浆机进行注浆 为保证锚 杆与周围土体紧密结合 在孔1 ：3 处设止浆塞 注浆管 插至距孔底约 0 5 m处 边注浆边拔管直至注满为止 在注浆后 1 h左右进行第 2次注浆 采用水泥砂浆并 掺人少量膨胀剂 以保证与土体的密实性。 4 7 钢筋混凝土框架梁宜就地立模浇筑 可确保竖 肋与横梁的整体性 同时使框架梁与岩土良好接触。 4 8 雨季施工时 地表水不断下渗侵蚀 使土体饱 和软化 容易失稳从而导致塌滑 为减少地表水渗入 边坡坡体内应在边坡潜在塌滑区后缘设置截水沟 边坡表面应设地表排水系统 其设计应考虑汇水面 积 、 排水路径 、 沟渠排水能力等因素， 不 宜在边坡上 或边坡顶部设置沉淀池等可能造成渗水的设施 必 须设置时应做好防渗处理 5 试 验 及监测 在施工前进行了锚杆抗拔力试验施工中又对 锚杆抗拔力进行 了检测 结果表明锚杆实际抗拔力 值均大于锚杆抗拔力设计值 且位移很小 其外观也 无明显变化 因此本工程锚杆施工是满足设计要求 的 锚杆框架施工后经受 了台风及雨季的考验 坡顶 沉降 、 位移 、 测斜 、 水位等监测结果均未超过设计允 许值 边坡完整且坡体稳定。 6结语 锚杆框架支护是采用分层开挖加固支护的施工 工序 改变了传统的先开挖成型后设支挡 的施工方 法 ， 并 以其施工速度快、 造价低 、 对场地要求低 、 安全 可靠等特点， 逐渐得到工程技术界的认同， 具有广阔 的发展应用前景。 ( 上接第 5 6页) 5施工 体会 5 1 输浆管应选用高强橡胶管 抗压 能力 2 MP a 带压灌浆时不易破裂 连接要牢固 不得脱管。 5 2 浆体进入灌浆泵前必须通过 7 0目筛网进行过 滤再进入储浆罐 5 3 对灌浆孔数和位置必须做好记录 以防漏灌 5 4针对曲线孔道的特点 在波纹管各波峰的最高 点靠 同一端设立泌水管 管顶高出混凝土 2 0 0 m m。 5 5 抽真空施工后要及时排空泵内余水 并注意确 保水泥浆不得进入真空泵内。 5 6 施工人员要求坚守工作岗位 严格履行工作职 责 按照规范操作， 确保施工安全。 5 4 6结语 真空灌浆工艺是提高后张有粘接预应力混凝土 结构安全度和耐久性的有效措施 该技术与 S B G塑 料波纹管配套使用 可以为后张预应力体系提供一 种更可靠的保护措施 该工艺在预应力混凝土桥梁 中将有着广阔的应用前景。 参考文献 1 杨文灿 ， 钟永 刚 ， 付金龙南京长江第二大桥主塔真空辅 助压 浆技术 C 2 0 0 0年 桥梁学术 论文集 北京 ： 人 民 交通出版社 2 0 0 0 维普资讯 http:/