預(yù)應(yīng)力孔道真空壓漿工藝研究

梁治國 李吉勇

摘 要：預(yù)應(yīng)力真空壓漿是在孔道的一端用真空泵抽空氣，在另一端用螺桿式壓漿泵將水泥漿壓入孔內(nèi)，由于孔道內(nèi)的負(fù)壓力和壓入漿體的正壓力之間存在壓力差，可以很大程度地提高壓漿的質(zhì)量，使孔內(nèi)的飽滿密實(shí)度達(dá)到設(shè)計的要求。在國內(nèi)有很多道橋工程中均采取了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工，最大限度地提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，保護(hù)并延長了道橋的使用壽命。

關(guān)鍵詞：后張法預(yù)應(yīng)力箱梁；預(yù)應(yīng)力孔道；真空壓漿；施工技術(shù)

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在預(yù)應(yīng)力橋梁中，預(yù)應(yīng)力體系的質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的安全和使用壽命，是預(yù)應(yīng)力橋梁工程中最重要的工序之一。許多橋梁坍塌的事故是由于預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量問題引起的，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不實(shí)是其主要原因之一。

一、真空輔助壓漿普遍存在的問題

真空輔助壓漿是在壓漿端先將壓漿閥、排氣閥全部關(guān)閉。在排漿端啟動真空泵，使孔道真空度達(dá)到0.06MPa～-0.08MPa并保持穩(wěn)定。然后啟動壓漿泵開始壓漿。在壓漿過程中，真空泵應(yīng)保持連續(xù)工作，待漿液即將達(dá)到真空泵時迅速關(guān)閉通向真空泵的閥門，同時打開位于排漿端上方的排漿閥門，排出少許漿液后關(guān)閉。壓漿工作繼續(xù)按常規(guī)方法完成。真空輔助壓漿的設(shè)備通常一端為真空機(jī)，另一端為單作用的往復(fù)泵或螺桿泵等傳統(tǒng)的壓漿設(shè)備。

1 采用真空輔助壓漿工藝的目的：

（1）消除普通壓漿法引起的氣泡。

（2）消除混在漿體中的氣泡。

（3）孔道在真空狀態(tài)下，減小了由于孔道高低彎曲而使?jié){體自身形成的壓力差，便于漿體充盈整個孔道。

2 現(xiàn)場真空壓漿存在的主要問題有：

（1）密實(shí)度仍是主要問題，空洞難以完全消除，往往壓漿結(jié)束后幾分鐘內(nèi)，錨具端口的漿液出現(xiàn)回縮而不得不補(bǔ)漿。

（2）由于需抽真空，普通壓漿設(shè)置的透氣孔減少或取消。一旦中間形成空洞，夾在中間的氣體無法排除，增加了出現(xiàn)空洞的隱患。

（3）壓漿與抽真空端設(shè)備分開操作，屬于不同的工作系統(tǒng)，操作協(xié)調(diào)難。加之為防止?jié){液進(jìn)入真空泵要關(guān)閉閥門，施工過程繁瑣，操作過程往往手忙腳亂。

由于這些缺陷，現(xiàn)有的真空輔助壓漿工藝難以真正顯示其效果。

二、產(chǎn)生真空輔助壓漿問題原因分析

由于壓漿過程中，有兩套不同的系統(tǒng)同時作用于漿液上，這兩套系統(tǒng)并不協(xié)調(diào)一致。表現(xiàn)在作為真空抽吸系統(tǒng)提供的抽吸力始終穩(wěn)定作用，其產(chǎn)生的抽吸流量按其自身的規(guī)律變化；而壓漿系統(tǒng)則按壓漿泵的規(guī)律提供漿液。當(dāng)抽吸的流量與壓漿的流量不等時，尤其當(dāng)抽吸流量大于壓漿流量，壓漿系統(tǒng)的密封不可能完全避免泄漏時（即使是微量的泄漏），壓漿的間斷或空洞就會產(chǎn)生。因此產(chǎn)生真空輔助壓漿效果不佳的主要原因是壓漿設(shè)備不能滿足工藝的要求。

三、真空壓漿系統(tǒng)簡介

針對現(xiàn)在真空輔助壓漿現(xiàn)在存在的主要問題：一是壓漿泵的流量固定且隨時間的脈動變化，與真空呈現(xiàn)不匹配造成不密實(shí)或空洞；二是壓漿泵和真空泵作為二套單獨(dú)的系統(tǒng)又同時工作，給工人的操作困難。三是由于排氣管的取消或減少壓漿的充盈度不能保證。

四、射流壓漿泵的優(yōu)點(diǎn)

1 實(shí)現(xiàn)了真空壓漿系統(tǒng)的統(tǒng)一

真空射流泵吸入口因直接和水泥漿儲漿筒聯(lián)通，在射流泵的抽吸下，水泥漿源源不斷的進(jìn)入波紋管。這樣就徹底消除了因不同系統(tǒng)不協(xié)調(diào)可能產(chǎn)生缺陷的隱患。

2 兩泵合一 ，操作簡單方便，能大大提高壓漿效率和水平

原來的真空輔助壓漿需要真空泵和壓漿泵同時工作，這在操作上給工人帶來了很多麻煩，操作現(xiàn)場也常常很混亂，壓漿過程中工人們往往手忙腳亂。真空射流泵原理簡單，操作也方便，只需進(jìn)行射流泵的操作。

3 射流泵可通過一個閥門的轉(zhuǎn)換，十分方便將真空抽吸工藝轉(zhuǎn)換成壓漿工藝。抽吸和壓漿的交替轉(zhuǎn)換可確保整個管道的漿液連續(xù)密實(shí)。

4 真空射流泵結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低廉，市場前景廣闊。

真空射流泵設(shè)備簡單，造價低廉。且真空系統(tǒng)無運(yùn)動部件，工作壽命長。真正實(shí)現(xiàn)了一機(jī)二用，大大降低了施工成本。由于成本低廉，其市場前景肯定很廣闊。

五、射流泵抽吸能力的理論分析

在壓漿過程中壓力是個變化值，2#節(jié)段（波紋管長17.03m）的壓力值在0.1-0.6MPa范圍內(nèi)，4#節(jié)段（波紋管長29.1m）壓漿過程中的壓力值在0.1-0.4MPa范圍內(nèi)。根據(jù)達(dá)西定律可得壓力值是和管道長度成正比，按理論2#節(jié)段的管道長度比4#節(jié)段的管道長度短其壓漿時壓力也應(yīng)比4#節(jié)段的小。因此我們們保守取4#節(jié)段壓漿時管道壓力為0.4MPa，2#壓漿時管道壓力為0.3MPa。

又根據(jù)達(dá)西公式得：

▽P=αlV2 ▽P=（αV2）l=kl

所以：k= αV2=α×0.1782=0.0147

延程阻力綜合因子

α=k/V2=0.0147/0.1782=0.46

通過延程阻力綜合因子，我們可以求出在一定速度下不同長度管道壓漿所要提供的壓力，以及在一定壓力下不同長度管道的壓漿速度，和在一定壓力和壓漿速度下管道壓漿能達(dá)到的最大長度。

根據(jù)綜合延程阻力因子計算，在最大真空壓力0.08MPa壓力下管道壓漿的速度分別為0.10m/s，0.08m/s>0，說明在此壓力下能抽動水泥漿。

本試驗(yàn)是針對真空壓漿中常用波紋管直徑90mm，鋼束規(guī)格12-s15.2進(jìn)行的。通過對不同管道長度壓漿的壓力測試，推算處其壓漿時的延程阻力綜合因子α。再通過得到的延程阻力綜合因子以最大真空壓力得出在其壓力壓漿的漿體的速度和能達(dá)到壓漿的最長管道。雖然不同管道直徑、形狀的延程阻力綜合因子不一樣，但流體計算通常是十分復(fù)雜，更多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計算和實(shí)際情況得出。通過試驗(yàn)，我們也可以有代表性的得出，在真空壓力下和一定管道長度下，可以抵抗管道的延程阻力拉動漿液運(yùn)動。

結(jié)論

在0.08MPa的壓力下可以抽吸漿液，只是漿液的流動速度減慢，這種速度是可以接受的。而較慢的流動速度有利于漿液的密實(shí)，也是壓漿所追求的目標(biāo)。

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