桥梁预应力施工的真空压浆技术探讨

(福建省高速技术咨询有限公司，福州350001)

桥梁预应力施工的真空压浆技术探讨

■杜海滨

(福建省高速技术咨询有限公司，福州350001)

总结了桥梁预应力施工的真空压浆物理原理和技术特点，从而归纳真空压浆工艺相对于传统压浆技术的优势和需要注意的问题。系统分析了压浆材料和压浆环境对孔道真空压浆质量的影响，阐述了其影响本质以及施工注意要点。梳理了真空压浆的施工工艺，对各工艺的技术要点、施工方法和质量管控进行了总结。最后，分析了真空压浆质量的检测技术及质量缺陷弥补方法。相关研究经验和结论可为预应力桥梁的孔道压浆施工提供参考。

桥梁预应力施工真空压浆二次压浆施工技术质量检测

1 前言

桥梁结构是联系区域交通与经济发展的生命线工程，对于确保人们的出行安全和质量具有重要意义。预应力技术显著地提高了桥梁的跨越能力，同时延长了其使用与耐久性能。为了保证预应力技术在桥梁结构中的施工质量，使预应力与混凝土更好地粘结形成变形与受力整体，需要确保预应力钢束的压浆施工质量。

传统的桥梁预应力压浆方法往往存在浆体饱满度和紧实度欠缺的问题，进而影响预应力的使用和耐久性能，造成运营使用中存在预应力的过度损失，对桥梁的运营寿命带来影响。真空压浆为预应力技术提供了很好的质量保证，通过抽取预应力孔道内的气体，使得压浆前在孔道内形成一定程度的真空状态，此后水泥浆压入孔道内能够极大提高密实度和饱满度，实现预应力与混凝土的良好粘结，才能共同受力和变形[1][2]。

本文将首先总结预应力真空压浆的物理原理和技术特点，从而系统归纳真空压浆技术相对于传统方法的优势及需要关注的问题；其次分析预应力真空压浆的主要施工流程及质量管控要点，并分析压浆质量的影响因素，从而为压浆施工质量的控制提供基础；最后为了跟踪和评价压浆施工质量，归纳各种质量检测方法及其应用技术要点：系统提升真空压浆的施工技术和质量，为预应力桥梁的运营使用提供保障。

2 预应力真空压浆原理与技术特点

2.1 真空压浆的基本原理

预应力真空压浆的基本工作流程如图1所示，首先通过封锚等手段将预应力管道进行密封处理，封锚应该能够承受得了真空负压和浆体正压力的组合作用；其次，利用右端的真空泵将孔道内的气体抽出，使得孔道真空度达到80%以上，并产生不低于0.07MPa的负压；最后，在孔道左端采用压浆机将水泥浆体压入孔道内部，在压浆机的正压力作用(一般不低于0.7MPa)及孔道真空负压力作用下，形成连续分布的密实浆体填充于孔道中。上述过程构成了真空压浆的基本原理。

图1 预应力真空压浆示意图

传统的预应力压力压浆技术，浆体常常带有气泡，而当混合料硬化后气泡就变成了孔隙，成为孔道内自由水汇集的地方，自由水本身含有有害物质容易对预应力钢筋和混凝土腐蚀，甚至还有冻融循环作用使得孔道开裂等病害，影响预应力的工作效率。真空压浆由于孔道内部有负压作用，就会减小浆体的水灰比，对浆体的泌水和干缩过程有效减缓，并影响气泡的形成，从而能够确保这种压浆模式下孔道的饱满性和密实性，确保预应力与周边混凝土能够非常紧实地粘结，在各种荷载组合作用下共同变形与受力。

2.2 真空压浆的技术特点

根据预应力真空压浆的基本原理，相对于传统的压力压浆技术，本方法有很多显著的技术优势，总结为如下几点：

(1)通过孔道真空负压作用，水泥浆进入孔道的稠度及其连续性有保证，同时使得压浆过程快速、连续、均匀，既提高了水泥浆体的密实度和强度，有增加了施工效率。

(2)压浆过程孔道一直处于负压状态，这有利于减少水泥浆本身的压力差值，从而使得整个孔道内部都被浆体填塞，确保孔道的饱满度。孔道内部及混合料混合产生的气体也会被有效排除，使得孔道内难以形成气泡，保证了浆体的密实度。

(3)真空压浆工艺下所使用的水泥浆水灰比会比较小，这样可有效控制水泥浆的泌水问题，从而控制浆体的干缩变形，使得预应力钢束被浆体填充密实。

真空压浆方法具有上述技术优势，因此可以很好地应用于桥梁预应力施工中，然而，该技术方法对预应力孔道材料、浆体配比和施工质量等也有一定要求。

首先，传统的预应力孔道大多采用金属波纹管，而真空压浆比较理想的孔道材料是塑料波纹管，因而塑料波纹管：①不导电，可防止电流腐蚀；②强度好刚度大，不易在安装和混凝土振捣中损坏；③耐腐蚀，能有效防止氯离子侵蚀破坏；④接头连接好，有专用连接管确保密封性。

其次，真空压浆的浆体在材料配比上具有一定的要求：应使得混合料和易性好、泌水小且流动好，浆体硬化后孔隙率低且渗透性小；粘结强度高，与预应力握裹粘结好，且耐久性好；需要一定的膨胀性使得孔道填充密实，但不宜过大。

最后，真空压浆工艺对施工过程及其质量具有严格要求，需要严格按照本技术的工序流程展开工作，相关设备、材料、操作方法和质量检测评定等需要进行控制。

3 预应力孔道压浆质量影响因素分析

为了更好地控制预应力压浆质量，对各个工序进行施工质量管控，需要明确影响压浆质量的主要因素，从而为施工控制提供理论参考。除了施工操作质量对压浆质量产生直接影响外，压浆材料和压浆环境是两个主要影响因素。

3.1 压浆材料

水泥浆体的水泥种类及用量、减水剂、配合比是影响浆体质量的关键因素[3]。

水泥是孔道压浆主体材料，从水泥材料性能方面来说，如果浆体强度较低，则硬化浆体对钢束的握裹力达不到要求，使浆体与预应力钢束剥离，容易使锚具压力过大而失效。从水泥浆用量方面来看，由于堵塞而使浆体不能全部充满孔道现象时有发生，而这种情况施工人员也很难判断压浆是否密实性，孔道压浆不密实使得水泥浆等压浆材料中的氯化物、水份等不良物质进入孔道中，腐蚀预应力钢束。

减水剂能显著减少用水量、增加水泥浆体强度同时改善流动性。减水剂对水泥浆的作用主要表现在散和滑两个方面：散作用而言，减水剂分子可附着于浆体中的水泥粒表面，从而形成带电体且同种电荷容易排斥，使水泥颗粒分散开来，絮凝结构被破坏，释放出的水随之参与流动，这就增加了浆体的流动性。滑作用方面，减水剂附着于水泥颗粒表面与水分子发生作用形成一种膜，这种膜具有很好的润滑特性，大大降低滑动阻力使水泥浆流动性提高。

配合比是水泥浆混合料结构性能的决定参数，直接关系到体积收缩和泌水。由于水泥浆早期水化作用产生化学收缩变形，在中后期凝固也会产生显著的收缩，如果配合比不合适，这种收缩会直接产生结构性裂缝，使得压浆质量不能满足要求。

3.2 压浆环境

孔道类别、大气温度与湿度、人为因素等压浆环境也是对预应力真空压浆施工质量的重要影响因素。

孔道类别主要是预应力孔道材料的区别，金属波纹管由于自身材料与工艺的问题，使得其连接点往往成为压浆薄弱环节，受力易变形且密封性差。塑料管则很好地解决了这些问题，同时其强度、刚度和耐久性等均有一定的保障。如果需要采用金属波纹管，可以在金属波纹管内衬有孔径稍小的塑料管以防止其变形，并在接口处保证波纹管的管肋平整，防治预应力钢束穿过引起的金属波纹管翻卷问题。

大气环境中的温度和湿度也会影响压浆质量，冬季或炎热夏天施工时水泥浆体、孔道等在此环境下均表现出与常温不同的性质，需要特别关注。一般而言孔道压浆施工时，环境温度应维持在5℃～30℃，因而超过该范围水泥浆易发生离析，离析产生的水，一方面会产生孔隙，使浆体强度下降，另一方面在施工完成后，留在孔道中的水在低温环境下会胀裂管道。如果环境温度低于5℃，需对梁体和浆体进行保温；若白天最高气温超过30℃后，要避开白天炎热时段在夜间压浆。

人是压浆过程的主体，所有的操作过程均需人的参与，如果将上述称为技术因素的话，那么人为因素与技术因素一起决定了孔道的压浆质量。通过对现场施工状况的实际调查，发现在孔道压浆的施工过程中，造成压浆质量差的问题的原因主要是现场施工人员专业意识差，责任心不强和对孔道压浆缺陷所造成的严重后果意识不到位。如果人的责任心不强，则上述各种准备工作也失去了意义。

4 真空压浆施工技术及质量管控

桥梁预应力管道的真空压浆基本流程是[4][5]：施工准备→拌合水泥浆→抽真空→压浆泵灌浆→拆除真空设备并清洗，通过这几个主要流程的循环实现整个桥梁预应力管道的压浆。各个施工工序，也需要在明确施工技术的基础上注意相关事项，并对施工质量进行管控。

4.1 施工准备

在真空压浆前需要进行预应力孔道的处理和相关设备的连接。预应力孔道应该进行密封，确保孔道不出现裂缝或者其他缺陷，并进行预应力封锚，封锚前将预应力钢束外漏长度控制在25cm以内，封锚中确认锚板、夹片及钢绞线等均被包裹且厚度在15mm以上。压浆各种设备需要提前进行连接，各种设备的连接如下示意图。

图2 预应力真空压浆的设备连接

4.2 水泥浆的拌合

水泥浆体的拌合应该满足一定的施工性要求，使得真空压浆过程流畅连续。由于水泥含量、减水剂及浆体配比都会对水泥浆的施工性能产生显著的影响，因此都需要控制好这些质量。一般而言，水泥浆体的配比参数应该满足表1的要求，才能使得早期与中后期收缩变形较小，并配合早期掺入铝粉产生一定的膨胀工作，降低收缩产生的问题，使得真空压浆过程浆体流动性更好，施工更容易填满预应力管道。

表1 预应力真空压浆的水泥浆配比参数要求

4.3 抽取真空

施工准备完成后，在拌合水泥浆下可以抽取孔道内空气形成负压真空状态，通过打开真空阀门和真空泵就可以将孔道内气体排出，当压力表显示-0.07MPa左右即可关闭真空泵并对压力数值进行观察，1min内若压力值不变就可以认为孔道已经进入给定的真空状态。

4.4 压浆施工

抽取真空后即可进行压浆施工，将水泥浆压入灌浆机并打开进浆阀门进行压浆，压浆过程中将波纹管涵内部负压始终控制在-0.07MPa左右，并保持连续作业。当压浆泵的压力表数值在0.07MPa左右时，说明孔道内压浆基本饱满，此时如果2min内该压力数值不变，说明孔道已经完成了排气和泌水作业，孔道压浆的饱满度和密实度能够有效控制，此时即可结束压浆，将灌浆泵和压浆阀门关闭。

为了使得压浆质量得到保障，施工中应先压浆下层管道后上层管道，对曲线管道应该在最低点设置压浆孔在最高点设置排气孔；施工中发生机械故障需要及时采用高压水清洗；水泥浆质量应该及时抽检保证质量。

5 真空压浆质量检测技术及应用要点

预应力孔道压浆后孔道内的压浆质量属于隐蔽工程，但其质量对于预应力构件运营与安全影响显著，因此需要采取相关检测技术评估压浆施工的满意度。压浆质量传统的检测方法是利用超声波理论进行无损评判，但是由于超声波频率过高(大于20000Hz)，使得其能量衰减过快，因而只适用于厚度不大的混凝土结构，很难检测长度较长的预制梁体，同时超声波信号受到噪声等其它因素影响较大，在嘈杂的施工环境这中，很难接受到良好信号，从而影响判别的准确性。

弹性波检测是目前逐渐推广应用的压浆质量检测方法[6]，由于弹性波①能量大，能穿越尺寸较大较长结构；②对噪声敏感性远小于超声波；③采用加速度接受器接受信号，对频谱和能量分析有利。弹性波理论中，根据梁体混凝土速度Cm、钢绞线速度Cb、孔道现场检测速度Ct三者之间的关系模型计算压浆饱满度指标D值，其中α是检测刚度系数。

根据弹性波在不同介质中的传播理论，上述在三种介质中速度有：Cb＞Cm＞Ct。孔道压浆越饱满，Cm与Ct越接近，Cb与α一定，则D趋于1，如图3所示。

图3 灌浆密实度与弹性波速度关系曲线

如若通过弹性波检测发现预应力管道真空压浆质量不能满足要求，则根据情况可以采用二次压浆工艺弥补相关缺陷。依据压浆时间的间隔性，孔道二次补浆可以分为连续性二次补浆与间断性二次补浆两种方法。连续性二次补浆是在发现压浆缺陷后直接将相同的水泥浆悬挂梁体上部，通过引出导浆软管进行压浆，补充孔道端空缺或者是将孔道端处泌出的水分及部分水泥浆挤掉。待孔道内浆体达到预定强度后，撤掉软管。间断性二次补浆则是在水泥浆初凝泌水后，即压浆后2～10h内，采用自制漏斗将新配制的浓浆灌到梁板两端压浆口内，在重力作用下，浓浆会渗入到下层，将上层泌出的水或较稀的浆液排出，从而使梁板两端密实。二次压浆大多适用于梁端压浆缺陷，对于梁段中间孔道的压浆质量问题弥补能力不大。

6 结论

孔道压浆是预应力混凝土桥梁工作性能的重要影响因素，需要保障其施工质量，使设计永存预应力在长期运营使用中仍然能够满足使用需求。真空压浆相对于传统预应力孔道压浆方法不仅操作简单且施工质量能够有效保证，论文详细探讨了桥梁预应力施工的真空压浆技术，从物理原理、技术特点、压浆质量影响因素等方面进行了系统分析，从而总结和归纳出真空压浆施工的工艺流程、技术要点和质量控制方法，为真空压浆技术的工程实践提供参考与标准，最后分析了真空压浆质量的检测技术，针对部分质量缺陷问题提出二次压浆弥补方法，相关研究经验可为类似工程提供参考。

[1]田荣.预应力混凝土桥梁施工中真空压浆技术的应用探析[J].公路交通科技(应用技术版),2014,6:094.

[2]邹建风.预应力管道真空压浆技术在杭州湾大桥的应用[J].混凝土, 2008(7):94-96.

[3]刘敏.浅谈预应力管道专用压浆材料的应用[J].福建交通科技,2016 (4):98-99.

[4]喻永华.桥梁预应力真空压浆施工技术[J].北方交通,2010(2):51-53.

[5]甘军,杨超,季文洪.桥梁预应力管道压浆施工质量控制技术及应用[J].四川理工学院学报(自然科学版),2010,6:627-629.

[6]余支福.基于冲击弹性波法的预应力孔道灌浆密实度检测技术及其应用[J].福建交通科技,2016(2):55-57.