预应力混凝土梁真空压浆施工工法1.docx
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预应力混凝土梁真空压浆施工工法1
预应力混凝土梁真空压浆施工工法
1．前言
在后张法预应力混凝土结构施工中，预应力孔道灌浆施工由于受传统施工工艺的限制，孔道灌浆的饱满度和密实度难以达到设计要求，从而对后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性产生很大的隐患。
目前，传统的普通灌浆施工工艺在孔道灌浆中常见的质量问题主要有以下3点：
第一、孔道未被水泥浆完全充满，存在空隙；第二、水泥浆体由于硬化收缩过大而与预留孔道壁分离；第三、硬化后的水泥浆体硬度不满足规范要求。
造成孔道灌浆质量问题的因素主要有两方面：
即灌浆材料自身的性能和灌浆施工的工艺。
真空压浆技术的发明，完全克服了普通灌浆施工工艺的缺陷，使孔道灌浆施工质量有了彻底的保证，也大大提高了后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性。
2．工法特点
2.1钢绞线孔道选用内径50mm的HVMSBG高密度聚乙烯塑料波纹管，其弯曲特性、对局部载荷抵抗能力、柔韧特性、密封性、耐摩损性等性能远优于金属波纹管；
2.2在真空状态下，孔道内的空气、水汽以及混在水泥浆中的气泡被消除，减少孔隙、沁水现象；2.3灌浆过程中孔道具有良好的密封性，使浆体保持压力及充满整个孔道得到保证；
2.4灌浆工艺及浆液质量的提高，消除了裂缝的产生，使灌浆的饱满性及强度得到保证；
2.5真空灌浆过程是一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间；
2.6施工工艺简单、所用机具设备少，可操作性强。
2.7预应力钢束使用塑料波纹管与真空辅助灌浆的新工艺，能解决目前日益超长的预应力孔道成型、预应力张拉延伸不足和孔道灌浆难于饱满的问题。
3．工法适用范围
本工法主要适用于后张法预应力混凝土结构的钢绞线孔道灌浆施工。
由于真空压浆的孔道要求负压封闭状态，因此最适用于塑料波纹管孔道，对普通灌浆工艺使用的金属波纹管等目前尚不适用。
4．工法工艺原理
真空压浆是后张法预应力混凝土结构施工中的一项新技术，其基本原理是：
在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生-0.1Mpa左右的真空度，然后用灌浆泵将优化的特种水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以0.7Mpa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度，从而提高后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性。
5．真空压浆施工工艺
5.1工艺流程
成孔施工孔道密封机具设备检查试抽真空浆液搅拌压浆（灌浆）清洗结束
5.2成孔方法
5.2.1成孔材料
钢绞线孔道选用内径50mm的HVMSBG高密度聚乙烯塑料波纹管，其物理特性如表1所示。
表1高密度聚乙烯物理特性
项目
特性
备注
密度g/cm3
0.942以上
JT/T6-94
抗拉强度MPa
20以上
JT/T6-94
拉伸破断延伸率%
300以上
JT/T6-94
脆化温度℃
-60
JT/T6-94
热膨胀率deg-1
1.0×10-4
JT/T6-94
热老化抗残余应力%
80%以上
JT/T6-94
耐环境龟裂性hr
200hr以上
JT/T6-94
5.2.2高密度聚乙烯塑料波纹管技术要求
a.塑料波纹管的弯曲特性
塑料波纹管处于简支状态，给定瞬时受力P1时跨中点的挠度f=20mm，瞬时受力卸荷后跨中点的挠度f1，持荷2min的力P2，P2卸荷后的残余变形挠度f2。
f1/f≤0.05
f2/f≤0.1
P2/P1≤1.02
b.塑料波纹管对局部载荷抵抗能力
塑料波纹管有足够的刚性，承受横向载荷、受局部横向载荷的变形量不大于10mm。
波纹管与横向载荷的关系见表2。
表2塑料波纹管与横向载荷的关系
波纹管内径d（mm）
施加横向载荷量P（N）
35＜d≤55
550
55＜d≤85
600
85＜d≤130
800
130＜d≤160
1000
满足上述特性的波纹管具有足够的强度，不管是抽真空至-0.1Mpa，灌浆压至0.7Mpa，还是按常规方法浇筑混凝土，波纹管道在施工中均不出现变形。
c.塑料波纹管的柔韧特性
塑料波纹管达到表3曲率半径时，横向截面直径变化比应符合以下的规定。
表3塑料波纹管柔韧性
内径d（mm）
曲率半径r（mm）
试验长度L（mm）
直径变化比
（d长-d短）/d
≥85
1200
1100
≤5%
＞85
1500
1100
≤5%
d.塑料波纹管的密封性
塑料波纹管在曲率半径为4m的状态下，以0.05Mpa的压力水注入管内，保持2min，无明显的水渗漏现象。
e.塑料波纹管的耐摩损性
塑料波纹管成孔管道能承受穿束及张拉等工作对管壁的摩损，摩损后的剩余壁厚不小于1mm。
f.塑料波纹管的检验方法
塑料波纹管的质量应符合表4中的要求。
表4塑料波纹管检验方法
序号
检验项目
技术要求
1
尺寸（mm）
根据设计要求定
2
外观
内壁均匀光滑，无分解变色线及无明显杂质；外壁波纹管及颜色均匀一致，无气泡，裂口；内外壁紧密溶结，无脱开现象。
5.2.3高密度聚乙烯塑料波纹管优点
a、SBG塑料波纹管原材料是HDPE，耐腐蚀性能远优于金属波纹管，能有效保护预应力钢绞线不受腐蚀，从而保证了后张预应力结构具有更好的耐久性。
b、塑料波纹管预留孔道的摩擦系数明显小于金属波纹管，减少了张拉过程中预应力的摩擦损失，塑料波纹管摩擦系数一般为0.14，而金属波纹管的摩擦系数为0.25。
使用塑料波纹管减少了预应力钢绞线和孔道的摩阻力，从而减少预应力损失，保证施加的预应力满足设计要求。
c、塑料波纹管强度高，不怕踩压，不易被振捣棒凿破，其密封性能和抗渗性能都高于金属波纹管，更适合真空灌浆。
d、塑料波纹管不导电，可以防止杂散电流腐蚀。
e、塑料波纹管有更好的耐疲劳性能，能大大提高构件的抗疲劳能力。
5.3波纹管施工
5.3.1波纹管搬运、存放及接长
a.搬运与存放
塑料波纹管搬运时轻拿轻放，不得抛甩或在地上拖拉，防止尖锐物戳伤管壁。
塑料波纹管贮存在干燥通风的地方，不得靠近热源和长期受日光暴晒，并防止各种腐蚀性气体的影响。
b.连接，见附图1
波纹管接长：
用专用塑料波纹管连接管直接连接或将波纹管之间直接热熔焊接。
波纹管与锚垫板用连接：
用塑料连接头连接，并用粘胶带进行缠包，防止漏浆。
波纹管与排气管的安装：
灌浆孔和排气孔均设在锚垫板上，安装锚垫板时，同一孔道一端灌浆孔放置在下方，作为灌浆孔使用；另一端灌浆孔放置在上方，作为排气孔（抽真空端）。
连接后要仔细检查接头密封效果，并作好检查记录，避免在浇筑混凝土过程中，由于接头脱开漏浆，浆液流入孔道堵管。
5.3.2波纹管预埋
安装前按照设计图中的预应力筋坐标在箍筋上定出位置，固定采用Ф6.5U型定位钢筋，间距控制在500-600mm，波纹管与定位钢筋用细铁丝绑扎牢固，防止波纹管位置偏移或上浮，在曲线和波纹管接头处加密U型定位钢筋。
在进行钢筋焊接时，用湿润的麻袋将波纹管覆盖，防止焊渣烧伤管壁。
波纹管安装后，仔细检查位置，直线（曲线）线形是否符合设计要求，使最终成型的预应力孔道线形与设计线形吻合，从而保证预应力摩阻损失接近设计计算值，保证预应力钢绞线的延伸率；检查波纹管固定是否牢靠，接头是否完好及密封效果，管壁有无破损。
预埋锚垫板时，同一直线（曲线）方向布置的孔道，灌浆孔集中安装在同一处，排气孔集中安装在另一处，减少施工时移动设备的工作。
灌浆管和排气管引出用镀锌水管。
浇注混凝土前将管孔堵上，防止漏浆，在灌浆前焊上引出管头，端部带螺纹并配上球阀外螺纹。
5.4真空灌浆前准备工作
5.4.1材料准备
施工前仔细检查材料种类、试验检测结果、材料数量是否足够，合格后方可使用。
将真空灌浆添加剂按照添加剂：
水泥=7.5：
100进行配浆，并按照每包水泥（50kg）计算外加剂的数量后，现场称量装入塑料袋。
拌合用水采用河水，将蓄水池抽满水。
5.4.2设备准备
按照真空灌浆设备要求，仔细检查设备名称、型号是否相符，检查设备部件及使用状态是否完好。
检查高强橡胶输浆管连接是否牢固，管道内是否有水泥干灰等杂质，若有必须拆管清洗干净。
灰浆搅拌机出浆口应配有1.2mm的网筛，清除大块水泥粘稠物等。
在使用真空泵时应先将水阀打开，再开泵；关泵时亦先关水阀，后停泵。
5.4.3封锚
张拉后切除外露多余的预应力钢绞线，采用早强型无收缩水泥砂浆（水泥：
砂=1：
1）封锚，将锚板及夹片、外露钢绞线全部包裹，覆盖层厚度不小于15mm。
灌浆管和抽真空管由镀锌水管引出，引出端带螺纹。
5.4.4孔道检查
检查灌浆孔、排气孔是否畅通，若堵塞，必须疏通后方能灌浆。
用水冲洗干净后，用高压风将孔道内水吹干，严禁在孔道内有水的情况下进行抽真空灌浆。
5.5真空灌浆
5.5.1设备连接
确定真空端和灌浆端，安装引出管、球阀和接头，按附图2所示连接设备。
5.5.2试抽真空
将灌浆阀、排气阀全部关闭，使整个孔道形成一个密封系统；给真空泵通水，将灌浆阀、排气阀全部关闭，抽真空阀打开，启动真空泵抽真空，观察真空压力表读数（即管道内的真空度），当管内的真空度维持在-0.06—-0.09MPa时，停泵约1分钟时间，若压力能保持不变时，即可认为孔道能够达到并维持真空，否则重新安装连接各连接部位。
5.5.3搅拌水泥浆
将事先计量好的水倒入搅拌机内，然后将水泥以每包为单位加入搅拌机内，同时加入20～30%的真空灌浆添加剂，启动搅拌机搅拌2～3min，然后缓慢将剩余添加剂加完，再搅拌约3min。
对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用加水的办法增加流动性。
拌合时注意观察水泥浆的稠度，灌浆过程中，水泥浆不间断进行搅拌，若中间接管停顿时，应使水泥浆在搅拌机和灌浆泵间循环流动，防止水泥浆沉淀堵管。
搅拌的水泥浆水灰比、流动度和沁水性应能达到技术要求的指标。
最佳的水泥浆配合比需根据具体采用的水泥和当地的气候条件进行配制。
在真空灌浆施工中，除作好施工记录外，还应同时制作至少6组7.07×7.07×7.07cm的试块。
根据不同批号（水泥、添加剂）或调整水灰比时进行取样，并根据现场施工情况增加取样。
5.5.3真空灌浆
关掉阀1、阀3，打开阀2，启动真空泵进行抽真空，真空度达到稳定时（-0.09MPa～-0.1Mpa），将水泥浆加到灌浆泵中。
先用泵打出一部分水泥浆，等浆液浓度与灌浆泵中浆液浓度一样时，将输浆管接到锚垫板上的引出管上，开始灌浆。
打开阀1，启动灌浆泵，开始灌浆。
在灌浆中保持真空泵的开启状态，当观察到透明钢丝管有浆液流动，关掉真空泵和阀2。
打开阀3，观察抽真空端的透明网纹管中浆液流出情况，，关掉空气滤清器前的排气阀3，稍后打开排气阀。
当水泥浆从排气阀顺畅流出且流出浆液稠度和灌浆稠度一样时，关闭抽真空端所有阀门，仍继续灌浆使管道内有0.5～0.6Mpa的压力，保持压力1～2min后，再关闭阀1。
拆卸输浆管和活接，清洗空气滤清器，然后接到另一组孔道，重复上述步骤，重新开始灌浆。
真空灌浆工作要连续，一次完成。
在移动设备时，应继续启动灌浆泵，使浆液循环流动，防止停留时间较长后，浆液沉淀而堵管。
灌完一条孔道后，将活接拆下清洗干净，然后接到另一条孔道上进行灌浆，其余接头不要拆动。
真空灌浆后10小时可以将阀拆下，清洗干净后存放好。
灌浆完成，必须当日将沾有水泥浆的输浆管、灌浆泵、搅拌机、阀门、空气滤清器等清洗干净。
6．工法主要材料
本工法使用的钢绞线孔道材料为内径50mm的HVMSBG高密度聚乙烯塑料波纹管；
本工法使用的真空灌浆浆体材料有：
普通硅酸盐水泥；真空灌浆用混凝土添加剂及掺和料（膨胀剂、减水剂、粉煤灰等）；河水。
浆体材料宜符合下列要求：
6.1水泥技术要求
6.1.1采用旋窑生产的水泥。
水泥袋装标识明显，防止水泥结块或污染。
6.1.2各项指标除完全达到国家指标外，尚应满足以下要求：
a.采用天然二水石膏作为缓凝剂，杜决用化学石膏或硬石膏作为缓凝剂，以保证凝结时间的稳定性。
初凝时间控制在2.00~3.30h；
b.水泥熟料中C3A≤8%;水化热3d≤251kj/kg,7d≤293kj/kg；C3A≤6%；安定性用沸煮法检验必须合格；其碱含量<0.6%；
c.水泥厂保证用均匀一致的粒化高炉矿渣作为水泥的掺合料；
d.进场的水泥必须有正规的3天出厂合格证，每批号水泥必须经过复检合格后方可使用，使用时水泥温度应在60度以下，宜于30~40度。
6.2外加剂技术指标
6.2.1采用高浓缩型外加剂；
6.2.2含气量≤4%；
6.2.3常压泌水量≤100%；
6.2.4压力泌水量≤95%；
6.2.5坍落度增加值≥10cm；
6.2.6抗压强度比3d≥85%7d≥85%28d≥85%；
6.2.7坍落度保留值30min≥12cm60min≥10cm；
6.2.8进场的外加剂应具有质量说明书，标识清楚，每批外加剂在使用前作相容性试验。
6.3掺和料技术指标
6.3.1采用高性能掺和料；
63.2烧失量宜不大于3%；
6.3.3三氧化硫不大于4.0%；
6.3.4.流动度不小于95%；
6.3.5.活性指数7天不小于55%；28天不小于75%；
6.3.6.需水量比宜不大于105%；
7．工法主要机具设备
表5真空压浆施工主要机具设备表
序号
机具设备名称
型号
数量
1
水环式真空泵
SZ-2型
1台
2
空气滤清器及配件
QSL-20型
1套
3
灌浆泵
UBL3螺杆式
1台
4
塑料焊接机
PHJ塑料焊接机
1台
5
灰浆搅拌机
JW180强制式
1台
6
自制储浆罐
2m3
1个
7
拌灰桶
5个
8
计量设备（台秤）
500kg
1台
9
高强压浆管（橡胶管）
10根
10
连接头、DN20mm控制阀、扳手等配件
1套
8．工法劳动力组织
表6真空压浆施工劳动力组织
序号
工种
数量（人）
备注
1
指挥
1
现场指挥协调
1
焊接工
2
塑料波纹管热熔焊接连接
2
真空泵司机
2
真空泵操作
3
灌浆泵司机
1
灌浆泵操作
4
灰浆搅拌机司机
1
灰浆搅拌机操作
5
修理工
2
机具设备维修，孔道两端进、出浆观察
6
杂工
6
材料、水电供应，管线布设、水泥及外加剂及水计量及上料等
合计
15
9．真空压浆施工注意事项
9.1真空灌浆环境温度范围：
-10℃～50℃。
9.2输浆管选用高强橡胶管，不易破裂；注意检查连接要牢固，不得脱管。
9.3水泥浆进入灌浆泵前，应先通过1.2mm的筛网进行过滤。
9.4搅拌的水泥浆严格进行流动度和沁水试验，制作试件检查强度。
9.5灌浆工作在水泥浆流动度下降前完成（约30～45min），孔道灌浆连续不得停顿。
9.6中途换管时，启动灌浆泵，保持浆液流动，防止沉淀堵管。
9.7作好灌浆记录。
10．工法质量标准
10.1真空压浆质量控制要点
10.1.1塑料波纹管或可形成密封的孔道；
10.1.2浆体的专用添加剂及配合比；
10.1.3专用的真空灌浆设备；
10.1.4施工控制。
10.2技术要求
10.2.1孔道及两端必须密封，且孔道内无杂物，孔道畅通；
10.2.2抽真空时真空度（负压）控制在-0.06～-0.1Mpa之间；
10.2.3水灰比控制在0.3～0.4之间；
10.2.4浆体流动度30～50秒；
10.2.5浆体沁水性小于水泥浆初始体积的2%，四次连续测试的结果平均值＜1%，拌合后24小时水泥浆的沁水应能吸收；
10.2.6浆体初凝时间至少6小时；
10.2.7浆体体积收缩率＜2%；
10.2.8浆体7天龄期强度≥40Mpa；
10.2.9浆体对钢绞线无腐蚀作用。
11．工法效益分析
11.1经济效益
真空灌浆钢绞线孔道材料选用塑料波纹管比金属波纹管的成本低廉，采用真空灌浆技术灰浆损失少，灌浆速度快（真空压浆是连续且迅速的过程，正常情况下，较普通灌浆工艺节约了至少一半灌浆时间），因此能一定程度上缩短制梁周期，节约施工成本。
11.2社会效益
真空灌浆提高了预应力孔道灌浆的饱满度和密实度，从而提高了后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性。
通过采用真空灌浆技术，使后张预应力混凝土空心板梁的工程质量有较大的提高，不但安全便捷，而且工效很高，得到了业主和监理单位的好评，其社会效益显著。
12．工程实例
贵州崇（溪河）至遵（义）高速公路第十三合同段费家院子中桥全长82.105m，桥梁中心桩号K87+620.865，桥梁上部结构采用3跨20m装配式后张法预应力混凝土空心板梁，共54片梁，预应力钢筋采用Фj15.2（7Ф5）钢绞线，每片梁4束、每束6根钢绞线；下部结构采用钻孔桩基础，重力式U型桥台，圆柱式桥墩。
为确保崇遵公路桥梁结构的安全和耐久性，根据贵州省交通规划勘察设计研究院和崇遵高速公路总监理工程师办公室文件精神，桥梁上部构造后张法预应力混凝土梁一律采用真空压浆新工艺进行灌浆。
通过采用真空灌浆技术，大大提高了预应力孔道灌浆的饱满度和密实度，从而提高了后张预应力混凝土结构的安全度和耐久性，使后张预应力混凝土空心板梁的工程质量有了很大的提高。
附件——工法附图：
图1、塑料波纹管构造及连接示意图
图2、真空泵使用连接图
图1塑料波纹管构造及连接示意图
1.内接DN20mm2.活接头DN20mm3.异径三通DN20×15mm4.阀DN15mm5.水管DN15mm6.排水管
7.内接DN15mm8.内接DN20mm9.阀DN15mm10.水管DN20mm11.钢丝透明水管12.空气滤清器
13.真空压力表14.异径弯头DN40×20mm15.水管DN40mm16.真空泵体17.异径接头DN15×10mm
18.阀DN15mm19.网纹水管DN15mm
图2真空泵使用连接图
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