CN111733707B - 一种桥梁预应力孔道补压浆装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁预应力管道补压浆装置及施工方法，包括梁体及补压浆装置，补压浆装置包括预埋在预应力管道上的扣件、连接扣件至梁体外的检测及补压浆管、储浆桶、补压浆机，在补压浆过程中，通过抽取预应力孔道空洞中的空气，使得孔道内处于0.1MPa负压力后，将浆液灌入到空洞中。通过加压稳压装置，使得浆液中的气泡压缩，减少了残留气泡的体积，提高压浆的饱满度，确保桥梁预应力结构的工程质量，从而大大提高桥梁结构的安全使用寿命。
Description
技术领域
本发明专利属于桥梁工程建设技术领域，具体涉及一种桥梁预应力孔道补压浆装置及施工方法。
背景技术
由于桥梁预应力孔道压浆是隐蔽工程，预应力系统设计上虽然要求设置检查孔，但缺少如何设置检查孔方法及施工方法，而在施工过程中又无其他的检查措施，因此桥梁预应力孔道压浆的质量状况不易被评估。预应力管道压浆状况对桥梁结构受力性能、耐久性有直接影响，施工质量不易保证，所以在施工质量控制中，桥梁预应力孔道压浆的质量仍普遍存在着空洞现象且问题比较严重，如表1所示的简支梁空洞体积分布范围；表2所示的连续梁、挂蓝空洞体积分布范围，在管道的最高点和锚垫板下通常会存在一定体积的空洞，严重影响了桥梁结构的安全性和耐久性，而该缺陷在桥梁运营初期不易暴露，导致至今虽然有很多人关注桥梁预应力孔道压浆的质量状况，但仍没有形成一套完整的预应力孔道补压浆施工方法及压浆后预应力孔道存在空洞的体积计算方法。
表1简支梁空洞体积分布范围
表2连续梁、挂蓝空洞体积分布范围
因此，本申请人在2014年申请了一种桥梁预应力管道补浆装置；在2017年申请了桥梁预应力管道补压浆装置及其施工方法，经过3年的检验，细化、补充、完善了桥梁预应力管道补压浆装置及其施工方法，取得了非常显著的社会效益。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种可有效解决预应力压浆质量问题的桥梁预应力孔道补压浆装置及施工方法。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置，包括梁体及与梁体配合连接的补压浆装置，所述梁体内设置有若干预应力管道，其特征在于所述补压浆装置包括预埋在预应力管道上的扣件、连接扣件至梁体外的检测及补压浆管、储浆桶、补压浆机、梁端部的锚垫板，所述检测及补压浆管与储浆桶相连，且检测及补压浆管上设置有第一阀门，所述补压浆机上分别设置有负压开关、高压开关、压力表及真空表，所述储浆桶通过真空管与负压开关相连，且真空管上设置有第二阀门，所述储浆桶上还设置有补压浆漏斗，所述补压浆漏斗与储浆桶之间的管路上设置有第三阀门，所述储浆桶通过高压管与高压开关相连，且高压管上设置有第四阀门。
作为改进，连接扣件上设置有密封膜与预应力管道及梁体呈密封状态。
作为改进，检测及补压浆管为内径20mm的金属管，其在压浆前后均保持与管道处于垂直状态。
作为改进，预应力梁端部的锚垫板的进出浆口设置在孔道预应力管道的正中上方。
所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
1）根据设计规定设置检测管，设计无规定时，按《桥梁施工规范》在所有管道的每个顶点和两端设置检测及补压浆管；检测及补压浆管应采用内径20mm的金属管且应采用能在压浆前和压浆后均保持与管道垂直的硬管，与波纹管之间的连接应采用同预应力管道外形相似的PE塑料结构连接扣件，检测管在压浆过程中应与波纹管处于封闭状态，直至在压浆完成24小时后打开孔道连接；
2）在压浆完成24小时后，打通检测孔及锚垫板的进出浆口，用内窥镜观察压浆的施工质量状况及浆液的浮浆状况、钢绞线是否外露的情况，符合二次补压浆条件的，按照二次真空补压浆示意图连接上第一阀门，锚垫板上的进出浆口连接上相应的接口后也安装上第一阀门；最后按示意图连接上储浆桶、补压浆机等，并且要求所连接的所有管道都处于密封状态；
3）完成真空抽取管道初道工序，关闭第一阀门、第三阀门、第四阀门，打开第二阀门，开启负压开关，至真空表显示真空度达到0.1MPa负压力后，迅速打开第一阀门，抽取预应力管道空洞内的空气直至真空度重新达到0.1MPa负压力为止；
4）关闭第一阀门和第二阀门，先打开第三阀门，放入空气，再打开第一阀门，使得预应力管道空洞同大气相连，然后关闭第一阀门和第三阀门，打开第四阀门和高压开关，将储浆桶内的空气压缩到0.5MPa的压力状态下，迅速打开第一阀门，使得高压空气冲击预应力管道内的空洞，打破可能存在的气囊或气泡，直至压力达到0.5MPa，关闭高压开关，静置再观察管道的密封状态；
5）重复上述步骤3）和步骤4），以将相互相连的气囊或气泡全部打破为止，防止二次真空补压浆后仍存在着相对大一点的空气气泡或气囊；
6）利用真空检测法或高压空气检测法或称重法进行空洞体积的检测；
7）二次真空补压浆，具体步骤为：
步骤一：关闭第三阀门和第四阀门，打开第一阀门和第二阀门，开启负压开关至真空度0.1MPa负压力后关闭第二阀门；
步骤二：将配置合格的浆液倒入补压浆漏斗中，配置的浆液数量应大于用真空检测法或高压空气检测法检测的空洞体积加上储浆桶、漏斗的浆液体积总和。然后打开第三阀门并通过第三阀门开关的流量大小控制补压浆漏斗的浆液流速使浆液液面高度控制在漏斗体积总量的75-85%，防止空气串入储浆桶；一边控制第三阀门的开关，一边补加浆液至漏斗，直至浆液不再向储浆桶内流入为止；
步骤三：关闭第三阀门，缓慢打开第四阀门，开启高压开关至压力达到0.5MPa后静置15-30秒后，关闭第一阀门和第四阀门；
步骤四：缓慢打开第三阀门，防止浆液在高压作用下冲出漏斗，解除储浆桶的高压；
步骤五：拆除第一阀门上部的储浆桶及其它连接管件，确保第一阀门始终处于密闭状态，将储浆桶及补压浆漏斗中的剩余浆液倒入备用浆液桶内，清洗干净上述设备和第二阀门、第三阀门和第四阀门，留待下一管道补压泵使用；
8）24小时后切割检测管与梁体平齐，完成管道的补压浆作业。
作为改进，步骤3）中静置观察时间为1分钟，要求在1分钟内高压空气的压力不产生变化为止，若出现漏气的应查明漏气的部位，并将漏气的部位重新进行封闭，直至装置完全处于密封状态。
作为改进，于步骤6）中进行空洞体积检测，真空检测法具体步骤为：使预应力管道与大气相通合，关闭第一阀门、第三阀门和第四阀门，打开第二阀门和负压开关，至真空表达到0.1MPa负压力后关闭负压开关，然后打开第一阀门，根据真空表的数值变化估算空洞的体积；高压空气检测法的具体步骤为：关闭第二阀门和第四阀门，打开第一阀门和第三阀门，使得预应力管道的空洞与大气联通后关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门，打开第四阀门，开启高压开关至空气压力值0.5MPa后，关闭高压开关，打开第一阀门，根据压力表的数值变化估算空洞体积；称重法的具体步骤为：根据压入预应力管道的浆液数量，准确计算空洞的体积。
本发明通过设置该补压浆装置，可对压浆终凝后的预应力孔道中出现的空洞进行补压浆，经过该装置使得预应力孔道中的空洞呈真空补浆状态，同时抽取了管道中的积水，然后进行补压浆作业，进一步提高了压浆的饱满度，确保桥梁预应力结构的工程质量，大大提高了桥梁结构的安全使用寿命。通过检测压浆后预应力孔道存在空洞的体积可检验施工的质量状况。经过近几年的工程实践并改良了该补压浆装置后，施工也更加方便。所以依据该补压浆装置的具体施工方法，可有效解决预应力压浆的质量问题，填补该行业内的技术空白。
附图说明
图1为本发明补压浆装置结构示意图；
图中，1-梁体，2-预应力管道，3-扣件，4-检测及补压浆管，5-储浆桶，6-补压浆机，7-第一阀门，8-负压开关，9-高压开关，10-压力表，11-真空表，12-真空管，13-第二阀门，14-补压浆漏斗，15-第三阀门，16-高压管，17-第四阀门，18-密封膜。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供一种桥梁预应力管道补压浆装置，包括梁体及与梁体配合连接的补压浆装置，梁体内设置有若干预应力管道，补压浆装置包括预埋在预应力管道上的扣件、连接扣件至梁体外的检测及补压浆管、储浆桶、补压浆机、预应力梁端部的锚垫板，扣件上设置有密封膜与预应力管道呈密封状态，预应力梁端部的锚垫板的进出浆口设置在孔道的正中上方，检测及补压浆管与储浆桶相连，且检测及补压浆管上设置有第一阀门，补压浆机上分别设置有负压开关、高压开关、压力表及真空表，储浆桶通过真空管与负压开关相连，且真空管上设置有第二阀门，检测及补压浆管为内径20mm的金属管，其在压浆前后均保持垂直于预应力管道状态，储浆桶上还设置有补压浆漏斗，补压浆漏斗与储浆桶之间的管路上设置有第三阀门，储浆桶通过高压管与高压开关相连，且高压管上设置有第四阀门。
依据上述装置结构，本发明提供了一种桥梁预应力管道补压浆装置的施工方法，包括以下步骤：
1）根据设计规定设置检测管，设计无规定时，按《桥梁施工规范》在所有管道的每个顶点和两端设置检测及补压浆管；检测及补压浆管应采用内径20mm的金属管且应采用能在压浆前和压泵后均保持垂直的硬管，与波纹管之间的连接应采用同预应力管道外形相似的PE塑料结构连接扣件，检测管在压浆过程中应与波纹管处于封闭状态，直至在压浆完成24小时后打开孔道连接；
2）在压浆完成24小时后，打通检测孔成预应力梁端部锚垫板的进出浆口，用内窥镜观察压浆的施工质量状况及浆液的浮浆状况、钢绞线是否外露的情况，符合二次补压浆条件的，按照二次真空补压浆示意图连接上第一阀门，锚垫板上的进出浆口连接上相应的接口后也安装上第一阀门；最后按示意图连接上储浆桶、补压浆机等，并且要求所连接的所有管道都处于密封状态；
3）完成真空抽取管道初道工序，关闭第一阀门、第三阀门、第四阀门，打开第二阀门，开启负压开关，至真空表显示真空度达到0.1MPa负压力后，迅速打开第一阀门，抽取预应力管道空洞内的空气直至真空度重新达到0.1MPa负压力为止；
4）关闭第一阀门和第二阀门，先打开第三阀门，放入空气，再打开第一阀门，使得预应力管道空洞同大气相连，然后关闭第一阀门和第三阀门，打开第四阀门和高压开关，将储浆桶内的空气压缩到0.5MPa的压力状态下，迅速打开第一阀门，使得高压空气冲击预应力管道内的空洞，打破可能存在的气囊或气泡，直至压力达到0.5MPa，关闭高压开关，静置1分钟观察管道的密封状态；要求在1分钟内高压空气的压力不产生变化为止，若出现漏气的应查明漏气的部位，并将漏气的部位重新进行封闭，直至装置完全处于密封状态；
5）重复上述步骤3）和步骤4），以将相互相连的气囊或气泡全部打破为止，防止二次真空补压浆后仍存在着相对大一点的空气气泡或气囊；
6）空洞体积的检测：
真空检测法：关闭第一阀门、第三阀门和第四阀门，打开第二阀门和负压开关，至真空表达到0.1MPa负压力后关闭负压开关，然后打开第一阀门，根据真空表的数值变化估算空洞的体积；
高压空气检测法：关闭第二阀门和第四阀门，打开第一阀门和第三阀门，使得预应力管道的空洞与大气联通后关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门，打开第四阀门，开启高压开关至空气压力值0.5MPa后，关闭高压开关，打开第一阀门，根据压力表的数值变化估算空洞体积；
称重法：根据压入预应力管道的浆液数量，准确计算空洞的体积；
7）二次真空补压浆，具体步骤为：
步骤一：关闭第三阀门和第四阀门，打开第一阀门和第二阀门，开启负压开关至真空度0.1MPa负压力后关闭第二阀门；
步骤二：将配置合格的浆液倒入补压浆漏斗中，配置的浆液数量应大于用真空检测法或高压空气检测法检测的空洞体积加上储浆桶、漏斗的浆液体积总和。然后打开第三阀门并通过第三阀门开关的大小控制补压浆漏斗的浆液流速使浆液液面高度控制在漏斗体积总量的75-85%，防止空气串入储浆桶；一边控制第三阀门的开关，一边补加浆液至漏斗，直至浆液不再向储浆桶内流入为止；
步骤三：关闭第三阀门，缓慢打开第四阀门，开启高压开关至压力达到0.5MPa后静置15-30秒后，关闭第一阀门和第四阀门；
步骤四：缓慢打开第三阀门，防止浆液在高压作用下冲出漏斗，解除储浆桶的高压；
步骤五：拆除第一阀门上部的储浆桶及其它连接管件，确保第一阀门始终处于密闭状态，将储浆桶及补压浆漏斗中的剩余浆液倒入备用浆液桶内，清洗干净上述设备和第二阀门、第三阀门和第四阀门，留待下一管道补压浆使用；
8）24小时后切割检测管与梁体平齐，完成管道的补压浆作业。
本发明补压浆原理：通过抽取预应力孔道空洞中的空气，使得孔道内处于0.1MPa负压力后，将浆液灌入到空洞中；通过加压稳压装置，使得浆液中的气泡压缩，减少了残留气泡的体积
本发明通过预埋在预应力管道上的同预应力管道外形相似的扣件及连接扣件至梁体外的管道作为检测管兼补压浆管，扣件上设置的密封膜，阻止了在压浆期间浆液不会阻塞预埋的补压浆管道；通过内置在补压浆机内的真空泵和高压气泵的组合，实现了补压浆所需设备方便、灵活的组合应用。
本发明空洞体积的检测：空洞在与大气连通后，（处于正常大气压下），关闭第一阀门，将储浆桶至真空泵之间抽取至0.1Mpa负压力后关闭真空泵，然后打开第一阀门，通过真空表的压力变化计算出空洞的体积。（储浆桶加上管道至真空泵之间的体积（固定的）同空洞的体积（变化的）回归一曲线分析）；在空洞与大气连通后（处于大气压下）关闭第一阀门，将储浆桶至空压机之间将气压加到0.5MPa后关闭空压机，然后打开第一阀门，通过空气压力表的压力变化计算出空洞的体积；通过称取压入空洞的浆液重量，换算成空洞的体积。
Claims (6)
1.一种桥梁预应力管道补压浆装置，包括梁体（1）及与梁体（1）配合连接的补压浆装置，所述梁体（1）内设置有若干预应力管道（2），其特征在于所述补压浆装置包括预埋在预应力管道（2）上的扣件（3）、连接扣件（3）至梁体（1）外的检测及补压浆管（4）、储浆桶（5）、补压浆机（6）、梁端部的锚垫板，所述检测及补压浆管（4）与储浆桶（5）相连，且检测及补压浆管（4）上设置有第一阀门（7），所述补压浆机（6）上分别设置有负压开关（8）、高压开关（9）、压力表（10）及真空表（11），所述储浆桶（5）通过真空管（12）与负压开关（8）相连，且真空管（12）上设置有第二阀门（13），所述储浆桶（5）上还设置有补压浆漏斗（14），所述补压浆漏斗（14）与储浆桶（5）之间的管路上设置有第三阀门（15），所述储浆桶（5）通过高压管（16）与高压开关（9）相连，且高压管（16）上设置有第四阀门（17）。
2.如权利要求1所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置，其特征在于所述扣件（3）上设置有密封膜（18），该密封膜（18）使预应力管道（2）及梁体（1）呈密封状态。
3.如权利要求1所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置，其特征在于所述检测及补压浆管（4）为内径20mm的金属管，其在压浆前后均保持垂直于预应力管道状态。
4.如权利要求1所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置，其特征在于所述梁端部的锚垫板的进出浆口设置在预应力管道的孔道正中上方。
5.采用权利要求1所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
1）根据设计规定设置检测及补压浆管，设计无规定时，按《桥梁施工规范》在所有管道的每个顶点和两端设置检测及补压浆管（4）；检测及补压浆管（4）应采用内径20mm的金属管且应采用能在压浆前和压浆后均保持与孔道垂直的硬管，与预应力管道之间的连接应采用同预应力管道外形相似的PE塑料结构连接扣件（3），检测及补压浆管（4）在压浆过程中应与预应力管道处于封闭状态，直至在压浆完成24小时后才可打开孔道的连接；
2）在压浆完成24小时后，打通检测孔及锚垫板的进出浆口或检测孔，用内窥镜观察压浆的施工质量状况及浆液的浮浆状况、钢绞线是否外露情况，符合二次补压浆条件的，按照桥梁预应力管道补压浆装置结构连接上第一阀门（7），锚垫板上的进出浆口连接上相应的接口后安装第一阀门（7）；最后按照桥梁预应力管道补压浆装置结构连接上储浆桶（5）、补压浆机（6）及连接管道，并且要求所连接的所有管道都处于密封状态；
3）完成真空抽取管道初道工序，关闭第一阀门（7）、第三阀门（15）、第四阀门（17），打开第二阀门（13），开启负压开关，至真空表显示真空度达到0.1MPa负压力后，迅速打开第一阀门（7），抽取预应力管道空洞内的空气直至真空度重新达到0.1MPa负压力为止；
4）关闭第一阀门（7）和第二阀门（13），先打开第三阀门（15），放入空气，再打开第一阀门（7），使得预应力管道空洞同大气相连，然后关闭第一阀门（7）和第三阀门（15），打开第四阀门（17）和高压开关（9），将储浆桶（5）内的空气压缩到0.5MPa的压力状态下，迅速打开第一阀门（7），使得高压空气冲击预应力管道内的空洞，打破可能存在的气囊或气泡，直至压力达到0.5MPa，关闭高压开关，静置再观察管道的密封状态；
5）重复上述步骤3）和步骤4），以将相互相连的气囊或气泡全部打破为止，防止二次真空补压浆后仍存在着相对大一点的空气气泡或气囊；
6）利用真空检测法或高压空气检测法或称重法进行空洞体积的检测；
7）二次真空补压浆，具体步骤为：
步骤一：关闭第三阀门（15）和第四阀门（17），打开第一阀门（7）和第二阀门（13），开启负压开关（8）至真空度0.1MPa负压力后关闭第二阀门（13）；
步骤二：将配置合格的浆液倒入补压浆漏斗（14）中，配置的浆液数量应大于步骤6）用真空检测法或高压空气检测法检测的空洞体积加上储浆桶（5）、补压浆漏斗（14）的浆液体积总和；然后打开第三阀门（15）并通过第三阀门（15）开关的流量大小控制补压浆漏斗（14）的浆液流速使浆液液面高度控制在漏斗体积总量的75-85%，防止空气串入储浆桶（5）；一边控制第三阀门（15）的开关，一边补加浆液至漏斗，直至浆液不再向储浆桶（5）内流入为止；
步骤三：关闭第三阀门（15），缓慢打开第四阀门（17），开启高压开关（9）至压力达到0.5MPa后静置15-30秒后，关闭第一阀门（7）和第四阀门（17）；
步骤四：缓慢打开第三阀门（15），防止浆液在高压作用下冲出漏斗，解除储浆桶的高压；
步骤五：拆除第一阀门（7）上部的储浆桶（5）及其它连接管件，确保第一阀门（7）始终处于密闭状态，将储浆桶（5）及补压浆漏斗（14）中的剩余浆液倒入备用浆液桶内，清洗干净上述设备和第二阀门（13）、第三阀门（15）和第四阀门（17），留待下一管道补压泵使用；
8）24小时后切割检测及补压浆管与梁体平齐，完成管道的补压浆作业。
6.如权利要求5所述的一种桥梁预应力管道补压浆装置的施工方法，其特征在于步骤6）的空洞体积检测：
真空检测法具体步骤为：在预应力管道与大气相通合，关闭第一阀门（7）、第三阀门（15）和第四阀门（17），打开第二阀门（13）和负压开关（8），至真空表达到0.1MPa负压力后关闭负压开关（8），然后打开第一阀门（7），根据真空表的数值变化估算空洞的体积；
高压空气检测法的具体步骤为：关闭第二阀门（13）和第四阀门（17），打开第一阀门（7）和第三阀门（15），使得预应力管道的空洞与大气联通后关闭第一阀门（7）、第二阀门（13）和第三阀门（15），打开第四阀门（17），开启高压开关（9）至空气压力值0.5MPa后，关闭高压开关（9），打开第一阀门（7），根据压力表的数值变化估算空洞体积；
称重法的具体步骤为：根据压入预应力管道的浆液数量，准确计算空洞的体积。
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