预应力真空辅助压浆施工在城市立交桥梁的应用与研究

牛光耀 李凌

1. 西安曲江新区管理委员会 陕西 西安 710000；2. 西安航天城市政公用发展有限公司 陕西 西安 710000

引言

随着预应力技术的广泛应用，预应力构件向着长大化方向发展，预应力桥梁发生坍塌、未达到使用年限被迫拆除等质量问题中重要的因素之一，就是预应力孔道压浆不密实，造成预应力筋锈蚀。而传统压浆工艺中就存在一定缺陷，如：浆液的水胶比不可控、难以判断浆液是否充盈和密实、人为操作造成施工质量低下的因素大。在公路桥梁施工中，真空辅助压浆技术已经得到广泛应用，通过此项技术大大提高了压浆孔道的充盈与密实，城市桥梁的建设更应该跟上步伐，为创造优质的市政基础设施提供保障。

1 真空辅助压浆基本原理

在传统压浆工艺的基础之上，以塑料材质的波纹管代替金属材质的波纹管对孔道系统进行密封，并在一端利用抽真空设备将孔道当中80%左右的空气抽出。为了能抽吸干净孔道内的空气，通过采用真空泵从预应力孔道一端实施抽吸，直至真空度达到-0.1MPa[1]。随后从压浆端向孔道内压入水泥浆，当被压入孔道内部的水泥浆液由抽真空端流出且稠度与压浆端大致相同时，再通过特定位置的排浆和稳压来确保孔道内水泥浆液饱满。

压浆前采用密封罩和砂浆将孔道密封，在出浆口用真空泵将孔道内真空度抽至-0.1MPa左右，进浆口以0.7MPa压入，保证浆体不会形成气泡。此外，水灰比是影响灌浆质量的主要因素，新工艺整个过程通过自动制浆机控制平台输入制浆压浆参数，自动精确计量压浆料、水，控制搅拌时间，配合新型压浆料，采用真空加压灌入，用水量的降低会减少氯离子存在的可能，从而有效提高了压降质量。因此，真空辅助压浆是提高后张法预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。

2 真空辅助压浆应用

本次将真空辅助压浆技术应用在西安市某城市立交桥梁工程，项目包括2条主线桥、3条匝道桥，8条辅道及相应的排水管道。桥梁上部结构为现浇预应力混凝土连续箱梁，最长联为162m，预应力70束。施工过程中使用真空辅助压浆技术，严格控制各项技术指标，并重点监控其压浆质量。预应力孔道压浆完成后进行无损检测，评价新技术的实际应用效果。

2.1 设备及原材料

压浆设备采用JS-300型高速搅拌压浆台车。主要包括自动压浆机（自带控制平台）、真空泵、压浆泵、压浆管。自动压浆机连接压浆泵，压浆泵通过压浆管连接至压浆孔道，真空泵连接至出浆口。压浆台车中的高速搅拌部分，搅拌转速能够达到1000r/min，计量精度优于1%，进料容量2×0.4m3，单次搅拌量150～300kg；低速搅拌部分搅拌转速能达到70r/min，储料桶容量0.5m3。压浆材料采用成品预应力孔道压浆料。压浆料∶水=100∶26（质量比），搅拌转速不低于1000r/min。

2.2 主要步骤

2.2.1 准备工作。张拉施工完成后，要切除多余钢绞线，外露长度不小于30mm，上好压浆管，进行封锚，待封锚混凝土达到强度再进行压浆。压浆施工前将保护罩地面与橡胶密封圈安装在锚垫板处，用螺栓固定。检查孔道是否有残留水分或杂物，机具是否齐备、完好。

2.2.2 试抽真空。管路连接完成后，排气阀全部关闭，开启真空泵抽真空，待真空度达到-0.1MPa以上时，停泵，观察真空度是否迅速回落。正常三十秒以内孔道内真空度就能达到-0.1MPa以上，若迅速回落，则需要检查管道或者预应力孔道是否密封。

2.2.3 制浆。根据配合比在控制平台上输入水与压浆料的配比参数，启动压浆台车进行制浆。高速搅拌桶内注水，随后送入压浆料，经过3～5min充分搅拌后，打开高速搅拌桶的出料阀，搅拌好的水泥浆流入低速搅拌桶内，即完成一次搅拌过程，制浆完成。低速搅拌桶内浆体若不能马上泵送，需要不停搅拌，避免浆液凝固。

2.2.4 压浆。再次启动真空泵，知道真空度达到并维持在-0.1MPa时，启动压浆泵开关，控制器将显示稳压时间设置为3min，压浆泵开始工作，将低速搅拌桶内的浆料抽出。当灌浆压力达到设定的上限值（由压力表红针设定，设置为0.6MPa）时，开始稳压。在稳压期间，如果灌浆压力低于设定的下限值（由压力表蓝针设定，设置为0.5MPa）时，控制器将再次启动压浆泵，使灌浆压力保持在规定的范围内，直到稳压时间达到规定的时间后压浆泵停止工作，控制器上的“设置”灯熄灭，完成压浆过程。过程中应观察排气管浆液流出情况，当浆液稠度与灌入前一样时，关掉排浆阀持续压浆2～3min，使管道内持压。浆液加压过程可以通过泌水孔观察压浆情况，双阀三通接头应在浆液无流动性的情况下才可取下。

2.2.5 清理拆卸。关闭压浆泵及压浆端阀门，完成压浆。拆卸外接管路、附件。完成当日压浆后，必须将所有压浆液的设备清洗干净，安装在压浆端及出浆端的球阀，应在灌浆后2小时内拆除并进行清理。

3 压浆效果检测

3.1 现场观测

通过多个点位进行观察，通过该技术施工的预应力孔道、排气孔均被压浆液填满，且无空洞。压浆过程通过对“压力、流量、水胶比”三参数监测，控制压力以保证灌浆的密实度，测量流量以校核排气效果和计算充盈程度，监测水胶比以保证浆液性能符合要求。

3.2 试件制作

通过出浆口浆液制作试件，每班组制作3组7.07cm×7.07cm×7.07cm的立方体试件，标准养护28d后抗压强度、抗折强度均符合要求。

3.3 无损检测

为了准确测试纵向预应力孔道（双端锚头露出）的压浆缺陷，同时兼顾测试效率，采用基于冲击弹性波的多种方法进行测试。为了定性测试的结果定量化，引入了灌浆指数If。当灌浆饱满时，If=1，而完全未灌时，If=0。因此，可得到相应的灌浆指数IEA（全长衰减法），IPV（全长波速法）和ITF（传递函数法）。同时，综合灌浆指数可以定义为：

只要某一项的灌浆指数较低，综合灌浆指数就会有较明显的反应。通常，灌浆指数大于0.95一般意味着灌浆质量较好，而灌浆指数低于0.85则表明灌浆质量较差。

对孔道的测试结果进行处理，分别给出各孔道按照全长波速法、全长衰减法、传递函数法的测试结果：

表1 主线桥第五联箱梁测试结果一览表

由检测结果可知，预应力孔道压浆质量综合灌浆指数介于0.906～0.944之间，表明该箱梁的预应力管道压浆质量良好。

4 技术总结

通过本次真空辅助压浆技术的应用与研究，其质量控制的关键要素主要包括：

4.1 压浆设备要求

搅拌设备采用转速1000转/min以上的高速循环搅拌机[2]，以保证新型压浆料与水充分搅拌。压浆台车采用计算机程序自动控制，满足计量的精确度。

4.2 压浆料性能要求如表2[3]

表2 压浆料参数表

4.3 补压及稳压

真空泵、压浆泵关闭，将抽真空连接管拆卸，出浆端关闭，用铁锤将出浆端封锚水泥敲碎，露出钢绞线间隙。随后用压浆泵正常补压稳压。此时刚艰险缝隙中会逼出浆液，在持续补压稳压过程中，浆液由稠变稀。由稀变清，逐渐滴出清水，此时压浆压力表稳定在1.0MPa，则补压稳压结束。

4.4 其他控制要点

施工前，制浆机和压浆泵必须试运行；连通管路气密性必须认真检查，在真空辅助压浆过程中，锚头封裹起到至关重要的作用，若封锚不够密实，则容易导致孔道内的真空度不足，从而无法顺利完成压浆作业[4]；制浆前确认施工配合比；必须保证出浆浓度和孔道内浓度一致再关闭出浆阀持压；持压时现场技术员必须检查底板、腹板有无漏浆。

随着西安城市交通事业的发展，大型立交桥梁的建设速度会进一步加快，采用这种施工技术能为市政建设减少不必要的浪费，缩短工期，提高桥梁寿命。将会推动西安市政工程建设朝着更专业化、技术化、更具创新性的层次发展。