毛 敏

（山西省交通科技研發(fā)有限公司 橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030032）

1 研究背景

在后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系中，預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后的孔道壓漿是其關(guān)鍵施工工序之一，一旦管道壓漿不密實(shí)（見(jiàn)圖1），預(yù)應(yīng)力筋逐漸銹蝕（見(jiàn)圖2），使得預(yù)應(yīng)力筋的使用壽命和使用效率下降，甚至在運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)因鋼絞線(xiàn)銹斷而導(dǎo)致橋毀人亡的重大事故。與此同時(shí)，孔道壓漿作為隱蔽工程，具有施工時(shí)間短、隱蔽性強(qiáng)，且發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題后難以修復(fù)的特點(diǎn)[1]。早在2001年交通運(yùn)輸部就將后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)問(wèn)題列為公路橋梁建設(shè)中的十大質(zhì)量通病之一[2]。

孔道壓漿的主要作用如下：把預(yù)應(yīng)力筋封閉在堿性環(huán)境中，避免銹蝕；填充孔道以避免內(nèi)部積水凍脹；形成有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，提高構(gòu)件剛度。因此，預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿質(zhì)量是保證PC梁橋長(zhǎng)期使用性能的重要影響因素之一。

圖1 剛建成橋梁孔道內(nèi)積水、梁體脹裂

圖2 運(yùn)營(yíng)數(shù)年橋梁鋼絞線(xiàn)銹蝕

隨著交通運(yùn)輸部品質(zhì)工程建設(shè)的推進(jìn)，PC梁橋孔道壓漿被確定為施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)之一。智能壓漿系統(tǒng)[3]、成品壓漿原料等新設(shè)備新材料的運(yùn)用提高了壓漿質(zhì)量。與此同時(shí)，施工質(zhì)量管控也離不開(kāi)先進(jìn)檢測(cè)手段的運(yùn)用?？椎缐簼{密實(shí)性檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、成熟，使得過(guò)去難以檢測(cè)的壓漿質(zhì)量如今逐漸成了一項(xiàng)常態(tài)化的檢測(cè)指標(biāo)，這也促使壓漿質(zhì)量管控向精細(xì)化方向發(fā)展。

2 孔道壓漿密實(shí)性檢測(cè)原理

目前橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量檢測(cè)方法主要有鉆芯法、超聲波法、探地雷達(dá)法、沖擊回波法、射線(xiàn)輻射法（χ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)）等。相較于其他方法，沖擊回波法具有可單面測(cè)試且快速簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為更具有應(yīng)用前景[4]。

沖擊回波法檢測(cè)常用的判斷依據(jù)主要為傳播聲時(shí)，傳播聲時(shí)主要取決于沖擊回波的傳播路徑。理想狀態(tài)下，沖擊回波在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的傳播路徑如圖3所示。在預(yù)應(yīng)力孔道位置處混凝土表面利用瞬時(shí)的機(jī)械沖擊產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波，應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，遇到聲阻抗有差異的界面如構(gòu)件底面或缺陷表面時(shí)將被反射回來(lái)，并在構(gòu)件表面、內(nèi)部缺陷表面或構(gòu)件底部之間來(lái)回反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出來(lái)，然后通過(guò)對(duì)反射回來(lái)的應(yīng)力波進(jìn)行時(shí)域分析與頻域分析，就能用于確定構(gòu)件厚度及其內(nèi)部缺陷的位置。沖擊回波法定位性檢測(cè)示意見(jiàn)圖4。

圖3 理想狀態(tài)下沖擊回波在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的傳播路徑圖

圖4 沖擊回波定位檢測(cè)示意圖

3 PC梁壓漿存在的主要質(zhì)量問(wèn)題

結(jié)合近幾年來(lái)省內(nèi)外十余條高速公路PC梁橋壓漿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果分析，目前存在的主要質(zhì)量問(wèn)題見(jiàn)表1。

表1 PC梁孔道壓漿質(zhì)量問(wèn)題一覽表

4 PC梁壓漿質(zhì)量問(wèn)題主要原因分析

4.1 壓漿原材料質(zhì)量問(wèn)題

4.1.1 壓漿漿液的性能特征

為了保證PC梁孔道壓漿的質(zhì)量和耐久性，所用壓漿漿液的性能應(yīng)具備如下特征：

a）有高流動(dòng)度。

b）適宜的凝結(jié)時(shí)間。

c）不泌水、不離析、不沉降。

d）塑性階段具有良好的補(bǔ)償收縮能力且硬化后產(chǎn)生微膨脹。

e）具有一定的抗折抗壓強(qiáng)度[5]。

4.1.2 不合格原材料情況

在某條高速公路橋梁交工驗(yàn)收檢測(cè)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，部分PC梁橋腹板順橋向沿預(yù)應(yīng)力孔道走向開(kāi)裂、伴白華?，F(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)鉆孔抽檢結(jié)果見(jiàn)圖5，孔道內(nèi)空管且壓漿料呈現(xiàn)灰白色片狀，強(qiáng)度較低。這說(shuō)明施工現(xiàn)場(chǎng)采用了不合格的壓漿料原材料。究其原因，不合格原材料分如下幾種情況：

a）原材料出廠質(zhì)量不合格。

b）現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)時(shí)間超過(guò)保質(zhì)期導(dǎo)致失效。

c）現(xiàn)場(chǎng)保管不當(dāng)導(dǎo)致失效。

圖5 腹板波紋管空且壓漿料成片狀

4.2 壓漿料水膠比問(wèn)題

如今，在交通運(yùn)輸部、質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)以及項(xiàng)目業(yè)主的大力推動(dòng)下，成品壓漿原料已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了實(shí)際工程中。這使得現(xiàn)場(chǎng)制漿環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制變得相對(duì)簡(jiǎn)單，投料過(guò)程中按照要求控制水和成品壓漿原料的比例（簡(jiǎn)稱(chēng)水膠比）即可。但是在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)部分預(yù)制梁孔道內(nèi)壓漿料壓注一周后并未凝固（見(jiàn)圖6）。為了分析水膠比變化對(duì)壓漿料硬化質(zhì)量的影響，現(xiàn)場(chǎng)制作了一組對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水膠比偏大后，拌制后的壓漿料出現(xiàn)明顯的分層離析、漿液泌水性提高、保水性下降的現(xiàn)象，且上層未凝固段壓漿料終凝后幾乎沒(méi)有強(qiáng)度。該對(duì)比試驗(yàn)也正好解釋了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的壓漿料難以硬化的現(xiàn)象。

表2 壓漿料水膠比試驗(yàn)結(jié)果一覽表

圖6 孔道內(nèi)壓漿料未硬化

圖7 現(xiàn)場(chǎng)配合比驗(yàn)證試驗(yàn)

綜合分析現(xiàn)場(chǎng)水膠比超限的原因，可能主要存在以下幾方面問(wèn)題：

a）投料攪拌時(shí)，計(jì)量器具計(jì)量不準(zhǔn)確等原因?qū)е聰嚢栌盟砍鲈O(shè)計(jì)值。

b）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急準(zhǔn)備工作不到位。如夏季壓漿過(guò)程中突降大雨，而現(xiàn)場(chǎng)未能及時(shí)遮蓋壓漿設(shè)備投料罐、儲(chǔ)漿罐；導(dǎo)致大量雨水進(jìn)入使得壓漿料水膠比變大。

c）壓漿時(shí)，孔道內(nèi)積水未清除干凈，使得壓漿過(guò)程中管內(nèi)積水稀釋壓漿料，導(dǎo)致水膠比變大。

4.3 壓漿設(shè)備的選用

采用性能良好的壓漿設(shè)備是保證壓漿質(zhì)量的重要手段和前提。目前壓漿泵有風(fēng)壓式和活塞式兩類(lèi)。鑒于風(fēng)壓式設(shè)備有使空氣串入壓漿漿液中產(chǎn)生氣孔的風(fēng)險(xiǎn)，推薦采用可連續(xù)壓漿的活塞式壓漿設(shè)備。為了保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)漿液攪拌均勻的要求，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于1 000 r/min。為了保證壓漿漿液的流動(dòng)性，用于臨時(shí)儲(chǔ)存漿液的儲(chǔ)料罐也應(yīng)具備攪拌功能，且應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格尺寸小于3 mm的過(guò)濾網(wǎng)。

4.4 忽視現(xiàn)場(chǎng)操作細(xì)節(jié)

除了性能優(yōu)異的壓漿設(shè)備、質(zhì)量合格的壓漿料外，壓漿質(zhì)量的好壞還有待于現(xiàn)場(chǎng)操作細(xì)節(jié)的把控。如圖8所示，某預(yù)制梁拆模后發(fā)現(xiàn)腹板存在一處空洞，且波紋管外露，當(dāng)時(shí)施工單位簡(jiǎn)單處理后開(kāi)始?jí)簼{。從圖9可以看出，壓漿過(guò)程中漿液從空洞處冒出，由于漿液壓力較大，土工布、模板封堵效果并不理想，這也導(dǎo)致整個(gè)壓漿過(guò)程持續(xù)時(shí)間大幅延長(zhǎng)。

圖8 梁體腹板空洞波紋管外露

圖9 壓漿過(guò)程中腹板 空洞區(qū)域冒漿

5 PC梁壓漿質(zhì)量控制措施

本文依托現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，從檢測(cè)人員視角展開(kāi)了壓漿質(zhì)量問(wèn)題成因分析。為了進(jìn)一步提高PC梁的壓漿質(zhì)量，建議從以下幾個(gè)方面展開(kāi)工作：

a）確保壓漿前的準(zhǔn)備工作充分。檢查設(shè)備工作正常，材料配備齊全，確保整個(gè)壓漿管路連接暢通、密封；確保計(jì)量工具檢定合格。

b）正確估計(jì)投料數(shù)量。由于現(xiàn)場(chǎng)各環(huán)節(jié)配合不到位，使得可能出現(xiàn)管道內(nèi)部還沒(méi)有灌滿(mǎn)時(shí)儲(chǔ)漿桶內(nèi)的壓漿料就已經(jīng)用完的情況，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)中斷壓漿。再次拌制后還需將原先壓入漿體排空后重新壓漿。

其中：壓漿料的凈用量=（預(yù)留孔道截面積-預(yù)應(yīng)力筋材截面面積）×孔道長(zhǎng)度×（1+現(xiàn)場(chǎng)損耗率）。

c）考慮溫度的影響。溫度對(duì)壓漿的影響主要體現(xiàn)在兩方面：（a）影響漿液的流動(dòng)性；（b）影響漿體強(qiáng)度。在冬季施工時(shí)如果壓漿料在未凝固前發(fā)生冰凍會(huì)造成波紋管脹裂，漿體材料強(qiáng)度降低，壓漿料和預(yù)應(yīng)力筋間的黏結(jié)力降低。在低溫冰凍天氣壓漿前，應(yīng)先用熱水沖洗管道以排除積冰，再用熱壓縮空氣將積水吹凈以避免重新凍結(jié)。在壓漿過(guò)程中以及壓漿后48 h內(nèi)，如環(huán)境溫度低于5℃應(yīng)采取保溫措施。環(huán)境溫度高于35℃時(shí)，壓漿應(yīng)避開(kāi)午后高溫時(shí)段。

d）嚴(yán)格控制壓漿時(shí)間。壓漿持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成漿液流動(dòng)性降低，壓漿阻力增大，且不易密實(shí)。在整個(gè)壓漿過(guò)程中要保持連續(xù)攪拌，以確保漿液的流動(dòng)度。

e）及時(shí)控制進(jìn)出口壓漿閥門(mén)的開(kāi)合。壓漿時(shí)，出漿口先后排出空氣、積水、稀漿、濃漿；在出漿口開(kāi)始排出濃漿時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)閉出漿口閥門(mén)。為了保證孔道壓漿的充盈度滿(mǎn)足要求，出漿口封閉后，在維持不小于0.5 MPa的壓力3～5 min后關(guān)閉壓漿口閥門(mén)。