苏州市高新区北环快速路西延工程3标高架预应力孔道真空压浆施工质量的控制
2017-05-15
1、工程概况
苏州市北环快速路西延伸工程三标西起珠江路，沿现有的鹿山路延伸至塔园路，沿途跨越珠江路、广州路、长江路、塔园路。本标段起止桩号为K4+289-K6+231，全长1942米，包括高架桥一座及六个匝道桥，其中高架桥均为预应力混凝土连续梁，共18联，采用满堂支架现浇施工。跨径包括27米、32米、 34米、 40米、45米、60米，有两跨一联、三跨一联、四跨一联；除第十三联（上跨长江路）外，其余梁高均为2米。根据设计要求：预应力孔道成孔方法为塑料波纹管，为提高预引力管道压浆质量、提高预引力钢束的耐久性，孔道压浆采用了真空辅助压浆工艺，就是在传统压浆的基础上将孔道系统密封，一端用真空机将孔道内80%以上的空气抽出，同时压浆端压入水灰比为0.35～0.40的水泥浆。
2、目前真孔压浆工艺常见的质量问题及对应控制措施
2.1、水泥净浆配合比不合理：
在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和水泥净浆配制不好的结果，配合比是影响水泥净浆内在质量的一个主要因素，配合比是否合理，直接影响到灰浆强度和灌注密实度是否达到预定的设计要求。传统的灌浆手段是压力灌浆，压入的浆体中常含有气泡，当混合料硬化后，气泡处会变为孔隙，成渗透雨水的聚积地，这些水可能含有有害成份，易造成构件的腐蚀；在严寒地区，这些水会结成冰，可能会胀裂构件，造成严重的后果；另外水泥浆容易离析、析水，干硬后收缩，析水会产生孔隙，致使强度不够，粘结不好，为工程留下了隐患目前国内外一些大桥就因为预应力筋被腐蚀而倒塌，事后的调查研究表明，该桥预应力筋的腐蚀与浆体材料、施工方法有较大的关系。目前，预应力混凝土结构中有平直束、弯束、U型束的布筋方法，为了防止预应力筋被腐蚀，提高结构的安全度和耐久性，确保工程质量，浆体的好坏直接影响真空压浆的最终效果，在确定浆体的配合比时，要因地制宜，结合本工程的所使用的材料，反复试验，确定符合本项目施工的最佳配合比，主要做到如下几点：
2.1.1浆体配比设计及试验
2.1.1.1．配制的基本原则
2.1.1.1.1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。
2.1.1.1.2降低硬化水泥浆的孔隙率，堵塞渗水通道。
2.1.1.1.3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。
这种高性能水泥浆与普通水泥浆相比，在原材料的配比方面主要差异为低水灰比和多成份，其目的是为了增加水泥浆的密实度，改善水泥浆性能，从而达到高强和耐久的目的。
2.1.1.2．浆体特性要求及对应配比试验
2.1.1.2.1流动度要求：搅和后的流动度为14～18s。
采流锥仪测定流动度，试验结果表明，配比和、水灰比不同，流动度也不同。水灰比越大，则流动度越大。
2.1.1.2.2水灰比：0.3～0.4
为满可灌性要求，一般选用水泥浆，水灰比应在0.3～0.4之间。
2.1.1.2.3泌水性：
2.1.1.2.3.1小于水泥浆初始体积的2%；
2.1.1.2.3.2四次连续测试结果的平均值小于1%；
2.1.1.2.3.3?拌和后24h水泥浆的泌水应能被吸收。
将搅拌好的水泥浆装入玻璃量筒内，稍加振动后，加盖玻璃板，防止水分蒸发。在室温下静置3h后测定其泌水性。试验结果：水灰比为0.33时，泌水性约3.3％～5％；水灰比为0.3时，泌水性约在0.02％～1％。
2.1.1.2.4初凝时间：3h
2.1.1.2.5体积变化率：0～2％
将搅拌好的水泥浆装入玻璃量杯内，在室温下静置3h后测定其体积变化率。试验结果：水灰比<0.3时，体积变化率<1％；水灰比>0.33时，体积变化率>4％。以上体积均呈收缩性。
2.1.1.2.6强度：7天龄期强度>40MPa
水泥浆试块采用70.7×70.7×70.7mm的钢模型，在常温下24h后拆模，进行试验室养护。试验结果表明：水灰比琥小，强度越高，用525#普硅水泥7天强度最大达到78MPa，大大超过所要求的强度。改选用425#普硅水泥，7天强度最大达到55MPa以上，因此，选用425#普硅水泥即可达到 要求。根据以上试验结果选出两组效果最好配比，进行现场灌浆试验。最后锯开试块检查，选择最优的配比用于真空灌浆，根据项目部多次试验，最终确定最佳浆体配合比。
2.2其他常见的质量问题及对应的措施
2.2.1以往的真空灌浆施工过程中，普遍还存在如下的质量问题：
2.2.1.1、现场实际施工时，现场浆体配合比与实验室的设计配合比有较大差距：主要体现在现场的称量设备（不齐全）及器具和容器没有统一标定，导致原料配兑误差较大。
2.2.1.2、真空度不足，造成真空度不足的原因很多，主要有这些方面的原因：现场抽真空设备（真空泵）达不到规定要求，由于目前国内很多地方，在对预应力的张拉压浆的设备标定上还存在不足。通常相关的检验部门只是对张拉的油顶、压力表进行标定，而对真空泵的标定没有，造成施工现场使用的许多真空设备达不到设计要求，使真空压浆流于形式；现场抽真空的时间不足；封锚未封好及管道漏气等这些都是施工常见的造成真空度不足的原因。
2.2.1.3、压浆后稳压时间不足：压浆后，稳压时间不足也会造成孔内压力不够，影响到浆体的密实度，降低了真空压浆的效果。
2.2.2：结合本工程的现场实践，建议采取的措施
2.2.2.1、现场浆体配料误差控制：一般来说此项工作由项目部现场技术人员配合相关的试验人员严格认真按照下列程序控制：
2.2.2.1.1、对所有称量器具、容器进行统一率定，并在现场调试好。（如图1）
2.2.2.1.2、称量好每盘浆体所用的水、水泥、外加剂，作好相应的记录，水的份量必须扣除用于溶化固态外加剂的那一部分
2.2.2.1.3、拌前搅拌筒内先加水空转数分钟，使搅拌机内壁充分湿润，将积水倒净，倒入施工用水，之后边搅拌边倒入水泥，在搅拌3－5min直至均匀后将外加剂倒入搅拌筒，再搅拌5－15min，然后倒入储浆筒。其中在搅拌水泥浆应注意如下事项：
2.2.2.1.3.1搅拌水泥浆之前要求，加水空转数分钟，将积水倒净，使搅拌机内壁充分湿润。搅拌好的灰浆要做至基本御尽。在全部灰浆泄出之前不得再投入未拌和的材料，更不能采取边出料这进料的方法。
2.2.2.1.3.2装料注意事项
a.首先将称量好的水（扣除用于溶化减水剂的那部分水）、水泥、膨胀水泥、粉煤灰倒入搅拌机，搅拌2分钟；
b.将溶于水的减水剂倒入搅拌机中，搅拌3分钟出料；
c.水泥浆出料后应尽量马上进行泵送，否则要不停地搅拌；
d.必须严格控制用水量，否则多加的水全部泌出，易造成管道顶端有空隙；
e.对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用增加水的办法来增加灰浆的流动性。
d、进入储浆筒的浆体还需不停的搅拌，防止沉淀使浆体质量不均匀。
e、从储浆筒出浆口取液现场对其流动度、稠度进行检测，其它几项指标送试验室进行试验。
2.3从本项目的施工情况来看
经过对原材料重量进行抽样检查，浆体原料每份重量均未超过1%标准，对干燥的浆筒均采用了预先加水湿润的方法，对原材料的准确称量、投料顺序正确，搅拌均匀，解决了原料配兑问题，经测试，其稠度平均为30s，流动度为35s，满足技术参数要求，浆体质量得到了保证。（如图2）
针对真空度不足的问题：根据设计要求压入水泥浆时孔道真空度必须达到-0.08Mpa,因此抽真空的真空泵要在施工前进行调试，并随时在施工过程中进行检核，要确保真空泵设备本身能达到要求。其次要确保孔道本身密封正常，基本不漏气；此处重点检查封锚端的密封情况，在以往的施工过程中，存在现场工人在张拉后，没有及时将钢绞线切除（一般应切除后，预留3公分在锚具外）就用砂浆进行封锚，这样砂浆无法将钢绞线完全包裹，极易在砂浆和钢绞线之间留有空隙；另外还要仔细检查出浆管的密封情况。在上述情况检查后按如下的操作程序进行真空压浆：
2.3.1、试抽真空：将灌浆阀、排气阀全都关闭，抽真空阀打开；启动真空泵抽真空，观察真空压力表读数负压表（-0.08Mpa），即管内的真空度，当管内的真空度维持在时-0.08Mpa（压力尽量低为好），停泵约2分钟时间，负压表读数下降范围在0.005mpa范围内，证明孔道密封正常，基本不漏气。
2.3.2、继续启动真空泵并使负压保持在-0.08Mpa位置，开启压浆孔道阀门，向孔道内压入水泥浆，同时继续要求真空泵抽空并呈稳压状态，通过过程控制和最终确认这一程序，确保了在水泥浆体送入孔道前真空度达到设计标准-0.08Mpa，并在持压状态下将浆体缓缓压入孔道内，观察排气管的出浆情况，当浆体稠度和灌入之稠度一样时，达到正常标准后将真空泵关闭，防止过早关闭真空泵使孔道负压值逐渐变小这一状况。
3、结束语
苏州高新区北环西延工程3标高架桥预应力施工采用真空压浆共计30联，经苏州市质检站和监理共同组成的质量监督检查小组对整个施工过程各步骤进行综合评价，认为该施工工艺控制到位、操作符合技术规范要求、水泥浆强度合格、孔道内浆体填充饱满。我们在本项目将真空压浆这一工艺在施工中得到很高实施，取得宝贵经验。
参考资料
[1] 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）.
[2] 《公路施工手册（桥涵）》（人民交通出版社）.
[3] 现场施工技术方案.
