预应力孔道智能注浆效果分析

浦绍迪

中国水电建设集团十五工程有限公司，  陕西西安  710065

【摘要】  海脉渡槽位于宁明县那堪镇海脉屯的明江左岸附近，与明江倒虹吸相连接，海脉渡槽全长440m。针对目前注浆工艺条件下采用人工注浆方式所导致的注浆质量无法保证的情况,渡槽预应力孔道注浆采用满足施工工艺要求的预应力孔道智能注浆控制仪。根据孔道智能注浆的具体情况，对智能注浆及人工注浆的效果进行了对比分析。对比分析的结果显示:采用人工注浆方法注浆的预应力孔道存在不同程度缺陷,通过智能注浆控制仪施工的预应力孔道注浆质量全部为优,注浆饱满。智能注浆控制仪注浆明显优于传统的人工注浆施工质量,设计先进,操作简单、运行稳定,采用智能注浆控制仪施工能够提高预应力孔道注浆施工质量,保证注浆密实。

【关键字】 渡槽；预应力；孔道智能注浆；效果分析

引言

孔道注浆作为后张法预应力混凝土桥梁施工中最重要的环节之一,其质量的好坏直接影响到桥梁在使用过程中的安全性和耐久性。孔道注浆的目的有三个：一是保护预应力筋不致锈蚀；二是使预应力筋束与混凝土粘结成为整体，从而减少预应力损失；三是提高构件的整体抗弯刚度。目前预应力孔道注浆不密实的问题在桥梁建设中十分突出,有的甚至没有注浆,存在严重的安全隐患。当孔道注浆质量存在严重问题时，可能在桥梁完工一段时间后发生质量安全事故。例如：

（1）国外案例：

英国的Ynas-Y-Gwas桥于1985年12月4日突然倒塌，经过英国运输与道路研究试验室(TRRL)对倒塌的桥梁进行分析，发现桥梁倒塌是由于预应力注浆不密实，使预应力筋锈蚀所致。

美国康涅狄格州的Bissel1大桥，因为预应力筋锈蚀导致桥梁的安全度下降，在1992年的常规质量检查中被发现部分预应力钢绞线已发生严重锈蚀原因也是孔道灌浆不密实导致桥梁的安全度下降,在使用了35年后也不得不炸毁重建。

（2）国内案例：

沪宁高速拓宽工程中，无锡段原来建造的几座悬浇连续梁因为注浆不密实导致梁体下垂，在拓宽中不得不拆除重建。

湖北武黄高速黄石长江大桥的悬浇连续梁也是预应力孔道注浆的施工质量问题，导致梁体下垂，影响了桥梁的使用功能，仅加固就花了近7000多万人民币。

1995年5月15日广东海印大桥的一根斜拉索锈断。

2001年11月7日四川宜宾金沙江拱桥因吊杆锈蚀造成部分桥面垮塌。

根据以上案例分析，传统注浆技术存在的问题：(1)制浆设备转速没达到要求或搅拌时间不够，浆液没有搅拌充分；(2)传统的设备均采用人工操作，人工称重配料，人工控制压力，人为记录数据，人为因素不可控，很难保证压浆质量；(3)压浆机性能不好，压力不够或无法保压持荷，导致浆液无法长距离传送，无法充盈孔道细微处。

针对目前注浆工艺条件下采用人工注浆方式所导致的注浆质量无法保证的情况,开发了适用于现场注浆工艺要求的预应力孔道智能注浆控制仪。预应力孔道智能注浆控制仪通过采用传感技术、微电子技术、无线传感网络技术及自动控制技术,根据高等流体力学浆体流动理论,对预应力孔道注浆进行智能监控,实现注浆的智能控制,确保预应力孔道注浆饱满,从而有效地提高桥梁在使用过程中的安全性和耐久性。

1.概述

1.1工程概况

海脉渡槽位于明江左岸的海脉屯附近，与明江倒虹吸相连接。工程所在区域属亚热带季风气候区，年内四季分明，春季低温阴雨，雨日较多；夏季高温湿热，暴雨频繁集中；秋季降雨渐少，气温适宜；冬季无严寒，气温较高，雨量稀少，常年不见霜雪。是广西三大少雨区之一，年降雨量约为 1200mm；雨量年内分配不均，一般集中在5～10月，约占全年降雨量的 80％～85%，尤其是6～8月，降雨量更为集中，占年降雨量的 50％～60％。

海脉渡槽全长440m，共11跨，其中预应力槽身段10跨每跨40m，普通槽段1段15m，进出口连接段各一段分别为10m、15m。槽墩共12个，其中薄壁空心墩10个（A型、B型），重力墩2个，最大墩高48m。

1.2传统注浆工艺

注浆前，应对孔道进行清洁处理，清除梁体孔道内的杂物和积水。首先启动注浆泵排除注浆管路中的空气、水和稀浆。当排出的浆体稠度和流动度与储料罐中的浆体一致时，关闭出浆端的控制阀进行屏浆，开始压入梁体孔道。注浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，注浆的最大压力宜为0.5-07MPa稳压期不宜少于3-5min，压力不小于0.5MPa。

1.3智能注浆

智能注浆系统是针对桥梁建设所设计的专用系统，该系统将注浆分为配料注浆两个部分，两个独立的过程。配料过程通过采集称重传感器采集到的质量值自动控制各个电机的启停，真正做到了智能化，自动化。注浆过程通过采集出入口压力，智能判断注浆以及保压。本系统与注浆台车结合，可实现自动上料、自动计量、高速搅拌、低速搅拌储浆、泵送浆液（选装）、抽吸真空（选装）、自动记录数据一体化，应用于铁路、公路桥梁建设工程中的预应力施工及部分化工企业生产。

2.智能注浆工作原理

预应力孔道智能注浆控制仪主要由进浆口测控箱、出浆口测控箱及主控机三部分组成, 通过在桥梁预应力孔道进浆口安装流量、压力传感器, 出浆口安装流量、压力传感器、密度传感器, 实时监测注浆流量、压力及密度参数, 同时通过控制模型计算, 自动判断关闭出浆口阀门时间, 及时准确地关闭出浆口阀门, 自动完成保压, 自动完成注浆, 不需人工干预。该仪器具有注浆智能控制、异常报警、注浆历史回放及实时监控等功能特点。

3.智能注浆系统功能

(1)自动配料：使用前只需设定粉料(即水泥和添加剂）与水的单项重量以及一次与二次搅拌时间，便可一键操作实现整个配料过程。

图3.1系统页面

“配料”键按下后，系统先判断设备当前配料状态，若当前状态为“等待”，则开启高速搅拌电机，并自动上水 90%，依次添加压浆剂、水泥，之后计时搅拌，再补加剩余的 10%的水，接着二次计时搅拌，搅拌完成后，方可排入含搅拌功能的储浆桶备用；若当前状态为“暂停”，则恢复先前的工作状态；若当前状态为任意一个工作状态，则配料暂停。（当二次搅拌时间为 0 时，配料过程与上述过程有所不同，其过程为：“上水”→“加添加剂”→“上水泥”→“计时搅拌”→“搅拌完成”）

图3.2配料参数

（2）智能注浆：根据设定的压力上下限以及压力传感器采集到的压力值，智能判断注浆以及保压。

图3.3校准页面

（3）自动记录数据：配料以及注浆完成后，自动存储配料以及注浆结果。

（4）记录查看：可在历史数据页面翻看配料以及注浆数据。

（5）数据导出：可通过 U 盘导出存储数据，转移到管理微机，通过管理微机可查询打印压浆报表。

4.智能注浆工艺流程

开启现场注浆控制仪设备后, 自动采集注浆过程的流量、压力、密度数据, 当检测到孔道内的水泥浆充满孔道后, 达到屏浆保压要求时, 自动关闭出浆端阀门, 进入屏浆保压状态, 当满足工艺要求的保压时间后停止保压, 注浆结束。在此过程中, 通过移动通信方式将注浆数据实时上传给远程监控中心。

5.渡槽预应力孔道智能注浆注意事项

（1）压注以前用压力水冲洗每个孔道，排除孔道内粉渣和污物。同时检查槽体各处堵塞冒水的漏洞，然后吹风把积水排除。压浆前先将锚塞周围钢丝间隙用水泥浆堵塞，防止冒浆。

（2）各预应力束张拉完成后，在24小时内压浆，压浆采用专用压浆料。

（3）压浆前将孔道冲洗，并排除积水，检查每个排气孔是否畅通。压浆采用真空压浆机，压浆须达饱满，即由一端压入，至另一端冒出均匀浓浆时停止，压入端持压0.5～0.7Mpa5min，压浆时，不得停止搅拌。压浆设备每天使用结束后应清洗一次。

（4）施工过程中详细记录（包括管道的压浆日期，压浆料规格、压浆压力等），并由监理工程师现场签认。

（5）压浆前用高压水充分湿润波纹管道。排气管设在管道曲线的最高处，压浆排气管出口在压浆过程及浆体初凝前应高于管道不小于50厘米。

（6）压满浆的管道应进行保护，在一天内不受振动，管道内压浆料在注入48小时内砼温度不得低于5℃，否则应采取保温措施；当白天气温高于35℃时压浆宜在夜间进行。

（7）曲线和竖向孔道均从最低点的压浆孔压入，并由最高点排除空气和泌水。在长束压浆时，依次打开和关闭排气孔，使孔道内排气通畅，直到出浆口流出与规定稠度相同的压浆料，关闭出浆口，并保持压力不小于0.5Mpa，稳压期不小于2min，以保证压浆饱满。压浆结束后，应尽快封锚。需长期外露的锚具应采取防锈措施。封锚时应对梁端凿毛，放置钢筋网片，浇筑砼。

6.智能注浆现场应用及注浆效果

智能注浆控制仪已在多个高速公路项目不同梁型(如T梁、箱梁、空心板梁等) 、多种复杂施工环境下(梁场多工作面同时施工,大型机械、车辆振动扰动, 信号干扰等情况)使用,该仪器运行稳定, 体现了优秀的可靠性。

权威检测单位对智能注浆及人工注浆的效果进行了对比检测。对比测试的结果显示:所测试的采用人工注浆方法注浆的预应力孔道存在不同程度缺陷, 通过智能注浆控制仪施工的孔道注浆质量全部为优,注浆饱满。智能注浆控制仪注浆明显优于传统的人工注浆施工质量,采用智能注浆控制仪施工能够提高预应力管道注浆施工质量,保证注浆密实。

7.结语

预应力孔道智能注浆控制仪设计先进, 操作简单、运行稳定、适用于现场注浆工艺要求, 实现了由人工控制向智能控制的转变, 对预应力孔道注浆进行智能监控, 实现注浆的智能控制, 确保预应力孔道注浆饱满, 从而有效地提高桥梁在使用过程中的安全性和耐久性。通过对智能注浆及人工注浆的效果进行了现场对比检测, 对比测试的结果显示:所测试的采用人工注浆方法注浆的桥梁预应力孔道存在不同程度缺陷, 通过智能注浆控制仪施工的桥梁孔道注浆质量全部为优, 注浆饱满。智能注浆控制仪注浆明显优于传统的人工注浆施工质量, 采用智能注浆控制仪施工能够提高桥梁预应力孔道注浆施工质量, 保证注浆密实。

8.参考文献

【1】林同炎.预应力混凝土结构设计[M].北京：中国铁道出版社,1983.

【2】冯大斌，董建伟，孟履祥.后张拉预应力孔道灌浆现状及改进研究[C].第九届后张拉预应力学术交流会论文集,2006.

【3】预应力智能压浆系统使用说明.