陳彥猛

(河北省高速公路京衡管理處， 河北 衡水　053020)

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預應力長孔道循環(huán)智能壓漿技術(shù)研究

陳彥猛

(河北省高速公路京衡管理處， 河北 衡水053020)

摘要：預應力長孔道的壓漿工藝和材料質(zhì)量是關(guān)系到長孔道預應力長期耐久性的重要因素?？紤]到傳統(tǒng)壓漿技術(shù)難以確保長孔道預應力復雜體系的壓漿密實度，進行了智能壓漿循環(huán)技術(shù)下的預應力長孔道壓漿技術(shù)研究，研究了長孔道循環(huán)壓漿下孔道內(nèi)部漿液壓力沿程損失大小及流動度損失變化，研究結(jié)果表明：長孔道壓漿管道內(nèi)壁壓力的沿程損失大小受孔道長度、孔道彎曲度等因素的影響，大體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，建議對于長度大于90 m的預應力孔道應該考慮適當提高循環(huán)壓漿壓力和壓力持續(xù)循環(huán)的時間。最后根據(jù)長孔道壓漿壓力沿程損失的特點制定了針對性的循環(huán)壓漿工藝，即在長孔道兩端分別采用一套壓漿設備同時進行循環(huán)壓漿。

關(guān)鍵詞：預應力長孔道； 壓力沿程損失； 流動度； 循環(huán)壓漿

0引言

預應力壓漿質(zhì)量是保證橋梁預應力鋼絞線在高應力狀態(tài)下不被腐蝕的關(guān)鍵因素[1]。隨著大跨度橋梁的逐漸增多，利用傳統(tǒng)壓漿技術(shù)進行大跨度中長預應力孔道的壓漿已經(jīng)很難保證壓漿的密實性。由于長孔道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、預應力較大、壓漿漿液較多等因素，對壓漿料、壓漿設備及工藝要求均提出了比普通壓漿更高的要求。大量的傳統(tǒng)壓漿工藝現(xiàn)場壓漿質(zhì)量表明，盡管采用了符合規(guī)范要求的壓漿工藝進行壓漿，也很難保證預應力孔道有較好的壓漿密實度[2]。國內(nèi)外大量學者進行了超長管道壓漿工藝及影響因素研究，劉柳奇等[3]進行了超長孔道壓漿工藝及設備研究，開發(fā)了智能循環(huán)壓漿設備，并通過對超長孔道壓漿的實際工程運用，提出了超長管道壓漿過程中注意的問題和采取的工藝措施。張宏等[4]進行了超長大孔徑預應力管道真空輔助壓漿施工技術(shù)研究，以實際超長孔道壓漿為技術(shù)運用背景，說明了真空輔助壓漿在超長孔道壓漿過程中的優(yōu)點及施工方法。隨著智能循環(huán)壓漿技術(shù)的發(fā)展，利用智能循環(huán)壓漿技術(shù)進行長孔道壓漿技術(shù)的關(guān)鍵問題處理和研究成為當前研究的長孔道壓漿的一種方法[5]。

本文借助于智能循環(huán)壓漿工藝技術(shù)，研究長孔道壓漿過程中壓漿壓力沿程損失的特點，壓漿漿液受長孔道長度、彎起度等因素影響程度，最后根據(jù)循環(huán)壓漿工藝的特點，針對性地給出現(xiàn)場解決長孔道壓漿技術(shù)問題的壓漿工藝措施。

1循環(huán)智能壓漿技術(shù)

1.1循環(huán)智能壓漿技術(shù)及工藝設備

循環(huán)智能壓漿設備是一種半智能壓漿技術(shù)工藝設備，其設備開發(fā)思路源自于傳統(tǒng)壓漿工藝設備的缺陷和當前先進的測控系統(tǒng)。其主要的優(yōu)點是通過設置的軟件程序進行整個壓漿過程中的循環(huán)壓漿，其核心特點是變?nèi)藶椴僮骺刂茐簼{指標轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控系統(tǒng)自動控制壓漿指標，因此壓漿過程更加規(guī)范合理。循環(huán)智能壓漿設備在傳統(tǒng)壓漿設備的基礎上較好地實現(xiàn)了壓漿水膠比、壓漿量、壓漿壓力大小、壓漿時間的系統(tǒng)控制。該技術(shù)的原理是通過帶壓的循環(huán)漿液在預應力孔道內(nèi)持續(xù)循環(huán)，從而帶走預應力孔道中的雜質(zhì)和空氣，同時通過設備上的數(shù)據(jù)顯示可以發(fā)現(xiàn)壓漿過程中的孔道堵塞等問題。壓漿過程的壓漿指標通過壓漿設備中的進出口、水膠比測試儀，流量測控儀等實現(xiàn)[6]。

循環(huán)智能壓漿設備主要由：循環(huán)壓漿系統(tǒng)、指標測控系統(tǒng)、系統(tǒng)控制主機等組成，通過該設備中的PLC控制系統(tǒng)發(fā)出無線指令實現(xiàn)整個壓漿過程。其具體的循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　循環(huán)智能壓漿設備原理圖

1.2循環(huán)智能壓漿設備的技術(shù)特點

相對于傳統(tǒng)壓漿工藝，循環(huán)智能壓漿主要技術(shù)特點有：

1) 漿液帶壓持續(xù)循環(huán)，排除管道空氣和雜質(zhì)。

通過壓漿螺桿泵使?jié){液帶壓持續(xù)在壓漿管、預應力孔道內(nèi)部循環(huán)，排除壓漿管道內(nèi)部空氣和雜質(zhì)，此過程中，漿液的流量可以實時調(diào)節(jié)，同時漿液的送壓大小也實時調(diào)節(jié)和穩(wěn)定。

2) 一次壓漿雙孔或多孔，工效提高1倍及以上。

循環(huán)壓漿工藝是通過2個或者多個壓漿孔道內(nèi)的漿液實現(xiàn)系統(tǒng)的循環(huán)。該過程相比于傳統(tǒng)的壓漿過程，自然功效提高1倍及以上。

3) 壓漿壓力精確控制。

將壓力測控儀安裝在循環(huán)壓漿設備的進、出口，因而可以方便地測得漿液在整個循環(huán)過程中的壓力沿程損失。同時，一旦發(fā)現(xiàn)出口漿液壓力不滿足規(guī)范要求，則立即進行持壓循環(huán)，從而確保了整個壓漿過程中壓力的保持。

4) 精確控制水膠比大小。

該循環(huán)壓漿設備是通過精確控制加水量來實現(xiàn)水膠比的準確控制的，同時也避免了漿液制備過程中的隨意加水對壓漿漿液性能的影響，從而可以準確地保證壓漿水膠比、流動性等指標滿足規(guī)范要求。

5) 保證漿液攪拌質(zhì)量。

采用高速制漿機，將水泥、壓漿劑和水進行高速攪拌，其轉(zhuǎn)速為1 420 r/min，葉片線速度>10 m/s，能完全滿足規(guī)范要求。

6) 規(guī)范壓漿過程，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

循環(huán)壓漿設備中安裝有無線指令傳播設備，能夠?qū)崟r的傳遞壓漿數(shù)據(jù)，方便業(yè)主對壓漿質(zhì)量的管理。同時該設備也保存了壓漿過程各個指標變化情況，方便后期對數(shù)據(jù)的檢驗。

2預應力長孔道壓漿技術(shù)研究

目前，大跨度橋梁由于其壓漿施工難度大，預應力體系水平高等特點使得其耐久性和安全保障方面更容易得到廣泛的關(guān)注。在大跨度長孔道壓漿方面，其技術(shù)特點和難點如下：

1) 長孔道下的壓漿料一次性需要高，因此對壓漿設備提出了較高的要求。

2) 長孔道管道過長，容易使壓漿漿液在壓漿過程中沉淀，因而會降低壓漿質(zhì)量，因此對壓漿設備的長距離輸送要求更高。同時需要關(guān)注壓漿過程中的漿液初凝時間、流動度等指標值變化。

3) 長孔道由于孔道內(nèi)壁沿程阻力更大，對壓漿設備的壓力配置要求更高。

目前采用傳統(tǒng)壓漿導致的長孔道壓漿出現(xiàn)的主要問題如下：

1) 長孔道壓漿工藝不合理，即采用傳統(tǒng)壓漿工藝無法實現(xiàn)較好的壓漿密實度。

2) 人為因素影響。即傳統(tǒng)壓漿工藝全過程人工操作，人為因素影響極大。

3) 壓漿材料的不合格。即在壓漿過程中采用壓漿材料性能指標不達標的材料，容易造成壓漿漿液因其泌水等原因?qū)е碌膲簼{不密實。

盡管目前出現(xiàn)的循環(huán)智能壓漿工藝有效地解決了傳統(tǒng)壓漿工藝存在的多數(shù)缺陷，但是對于長孔道壓漿而言，由于長孔道內(nèi)部復雜特性，采用循環(huán)智能壓漿設備也可能出現(xiàn)壓漿不密實狀況，因此有必要進行其長孔道壓漿技術(shù)的壓漿過程技術(shù)指標參數(shù)研究，用以指導后期長孔道壓漿施工，同時針對長孔道技術(shù)難點，制定合理的壓漿工藝，以適應不同環(huán)境下的長孔道壓漿施工。

2.1依托工程概況及研究方案

某市政現(xiàn)澆箱梁工程某聯(lián)為4跨30 m長，預應力筋分布有橫梁、頂板、底板、腹板、長短束預應力筋共258孔，其中最長的預應力達到120.5 m，全聯(lián)采用循環(huán)智能壓漿技術(shù)，壓漿過程中嚴格控制各項壓漿指標值。

在此壓漿過程中，選取部分長、短孔道進行循環(huán)智能壓漿設備下的壓漿壓力沿程損失、漿液出口流動度損失研究。主要的研究變量如表1所示。

表1 長孔道壓漿技術(shù)指標研究研究指標內(nèi)容預應力孔道長度/m預應力孔道累計彎曲弧度/rad進漿口壓力值/MPa壓漿壓力沿程損失、30min漿液流動度26.80.67227.21.5828.62.560.81.5690.21.6121.20.81201.651202.61203.20.5、0.7、1.0 注:所有的預應力孔道直徑均一致,壓漿壓力沿程損失可由循環(huán)智能壓漿設備的進、出口測控儀直接讀出,出口壓力值讀數(shù)取壓漿漿液剛剛達到出漿口值,漿液流動度測試為開始壓漿和壓漿漿液剛剛達到后各取一組進行流動度試驗。同時取循環(huán)壓漿完畢后的出口壓力值和漿液流動度。

2.2研究結(jié)果

1) 壓力沿程損失規(guī)律。

考察預應力孔道長度、累計彎曲弧度對壓漿漿液孔道內(nèi)壁摩擦損失的影響。具體的結(jié)果如表2所示。

由表2可知，對于短孔道，管道摩擦、彎起等影響因素下孔道內(nèi)壁壓力沿程損失較小，但當孔道長度達到60 m時，壓力沿程損失開始變大，當孔道長度達到120 m，最大彎曲弧度時，當進口施加1 MPa壓力時，壓力沿程損失達到0.58 MPa，剩余管道內(nèi)壓力只有0.42 MPa。而《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，關(guān)閉出漿口后宜保持管道內(nèi)不小于0.5 MPa的穩(wěn)壓期，來保證孔道內(nèi)部空氣和雜質(zhì)的排除。顯然，孔道過長，累計孔道彎曲弧度過大，漿液壓力沿程損失過大，無法保證其漿液孔道內(nèi)部壓力穩(wěn)壓0.5 MPa的環(huán)境，容易造成壓漿不密實。

當進口壓力為0.7 MPa時，長度大于90 m的出漿口壓力值將很難保證規(guī)范要求，因此，建議對于長度大于90 m的孔道進行壓漿時，應采用較大的壓漿壓力值。

表2 壓力沿程損失統(tǒng)計結(jié)果研究指標內(nèi)容預應力孔道長度/m預應力孔道累計彎曲弧度/rad出漿口壓力值/MPa進漿口壓力值0.5MPa進漿口壓力值0.7MPa進漿口壓力值1.0MPa壓漿壓力沿程損失26.80.6720.45(0.05)0.65(0.05)0.94(0.06)27.21.580.43(0.07)0.62(0.08)0.91(0.09)28.62.50.42(0.08)0.6(0.1)0.9(0.1)60.81.560.38(0.12)0.58(0.12)0.85(0.15)90.21.60.22(0.28)0.41(0.29)0.7(0.3)121.20.80.23(0.27)0.4(0.3)0.68(0.32)1201.650.18(0.32)0.29(0.31)0.66(0.34)1202.60.1(0.4)0.28(0.42)0.53(0.47)1203.20.02(0.48)0.16(0.54)0.42(0.58) 注:括號內(nèi)為進出口壓力差值。

所以，盡管采取了循環(huán)智能壓漿工藝，當壓漿孔道較長時，也難以保證管道內(nèi)部0.5 MPa以上的穩(wěn)壓環(huán)境。故而建議改進長孔道壓漿下的循環(huán)智能壓漿工藝。

2) 漿液流動性變化。

考察預應力孔道長度、累計彎曲弧度對壓漿漿液流動性的影響。具體的結(jié)果如表3所示。

由表3可知，預應力孔道越長，漿液經(jīng)過孔道端口達到另一端端口后，其流動度值變化越大，長度相同時，孔道彎曲累計弧度越大，流動度變化值也越大。主要原因是孔道內(nèi)壁的吸附作用帶走了漿液部分水分，因而其流動度增加，《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了30 min漿液流動度在10～20 s，則采用傳統(tǒng)的壓漿工藝，很難保證管道內(nèi)漿液的流動性滿足要求。當采用循環(huán)智能壓漿工藝后，則管道內(nèi)的漿液重新循環(huán)到制漿筒內(nèi)，則保證了漿液在管道內(nèi)壁的流動性能。

因此，采用循環(huán)智能壓漿克服了傳統(tǒng)壓漿在長孔道壓漿過程中漿液流動性變差的問題。建議在長孔道壓漿中采用循環(huán)智能壓漿工藝。

表3 進、出口漿液30min流動度(25℃)統(tǒng)計結(jié)果研究指標內(nèi)容預應力孔道長度/m預應力孔道累計彎曲弧度/rad進漿口壓力值為1MPa時進漿口漿液30min流動度/s出漿口漿液30min流動度/s30min漿液流動度26.80.672181927.21.58171928.62.5172060.81.56162190.21.62025121.20.817261201.6518281202.619301203.21832

2.3長孔道壓漿技術(shù)方法

由2.2可知，長孔道壓漿中，僅僅采用常見的智能循環(huán)壓漿工藝模式也存在一些問題。因此有必要進行循環(huán)智能壓漿工藝的改進。

為了彌補壓漿壓力在孔道內(nèi)的沿程損失量和漿液的水分流失量，可以采用2臺智能壓漿設備對稱壓漿，壓漿示意圖如圖2所示。

2臺循環(huán)智能壓漿設備壓漿具體工藝流程為：

1) 2臺壓漿設備同時制漿；

2) 漿液由其中一臺壓漿設備的低孔道進入，循環(huán)至另外一臺壓漿設備中；

圖2　2孔2臺設備壓漿示意圖

3) 漿液在另外一臺壓漿設備中攪拌，保持其流動性能，再另外一臺壓漿設備由高孔道將漿液壓入；

4) 持續(xù)循環(huán)規(guī)定時間。

當采用2臺循環(huán)智能壓漿設備后，檢測進、出口壓力值，同時測定漿液的流動度，其結(jié)果均能夠保證規(guī)范要求，彌補了沿程損失的壓力。同時，壓漿完畢后的無損檢測結(jié)果顯示，該壓漿工藝壓漿密實度100%。因此，通過改進后的循環(huán)智能壓漿工藝較好地保證了長孔道壓漿。

3結(jié)語

通過對現(xiàn)澆梁單箱式的智能壓漿和傳統(tǒng)壓漿的技術(shù)對比，基本結(jié)論如下：

1) 長孔道壓漿管道內(nèi)壁壓力的沿程損失大小受孔道長度、孔道彎曲度以及孔道直徑大小的影響，大體呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，建議對于長度大于90 m的預應力孔道應該考慮適當提高循環(huán)壓漿壓力和壓力持續(xù)循環(huán)的時間。

2) 基于長孔道沿程壓漿壓力損失大，漿液流動性降低的缺點，改進智能循環(huán)壓漿工藝，將原來的單臺循環(huán)智能壓漿設備改為2臺智能壓漿設備同時壓漿，壓漿過程中壓力、漿液流動度監(jiān)測結(jié)果表明了該技術(shù)的可行性，同時壓漿后壓漿密實度達到了100%。

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文章編號：1008-844X(2016)02-0196-04

收稿日期:2016-05-09

作者簡介:陳彥猛( 1975-) ，男，高級工程師，主要從事道橋施工與養(yǎng)護。

中圖分類號：U 445

文獻標識碼：A