某电站预应力灌浆试验及应用

摘要：本文通过介绍某电站预应力灌浆试验，详细阐述了试验目的、试验方案选择、灌浆工艺及灌浆后的检查方法。管道经切割、开窗检查，浆体填充效果优于设计要求。

关键字：预应力；灌浆试验

中图分类号：TU378文献标识码： A

一、前言

某电站反应堆采用双层安全壳，内安全壳为大吨位后张有粘结预应力混凝土结构，外壳为钢筋混凝土结构。内安全壳筒身中布置有垂直钢束47根，水平钢束119根，Gamma钢束104根。预应力钢束采用法国Freyssinet“C”系列锚固系统55C15，钢绞线为强度等级1860MPa的七丝低松弛预应力钢绞线。根据要求，预应力钢束正式灌浆前需进行灌浆试验，以验证浆体是否能够填充满管道。

二、灌浆试验目的及方案

2.1试验目的

工程正式灌浆前灌浆试验目的主要包括：①验证灌浆材料的性能；②检验已通过可行性试验的浆体在管道内的填充效果；③验证穿束、灌浆工艺的可行性与实用性，制定出切实可行的灌浆工艺；④检验设备各项性能是否满足现场施工需要，为正式施工做好充分准备；⑤积累相关数据，总结经验，以便更好的指导正式施工。

2.2试验方案

灌浆试验选取最具代表性且灌浆难度相对较大的管道。水平、Gamma及竖向钢束各进行3根灌浆试验。灌浆试验所用预应力构件（锚固块、喇叭口等）、设备与正式施工相同；钢束不张拉；试验所用管道全部采用钢管焊接制作组装。

水平钢束选取经过设备闸门高低起伏最大的管道，采用1:1全比例模拟，管道长度170m。两端设置喇叭口预制块。具体布置见图1。

图1水平试验管道布置

Gamma钢束穹顶段采用1:1模拟，垂直段截取部分长度进行模拟。管道总高度约17m，跨度约48.9m。两端设置喇叭口预制块，具体布置见附图2。

图2Gamma试验管道布置

竖向钢束选取纯竖向无弯曲段的管道，模拟试验高度约57m。竖向钢束底端喇叭口、灌浆连接器浇筑成预制块；顶部灌浆帽上装有一个容积为150L的重力二次灌浆桶。

三、浆体材料及配合比

浆体包括2种，缓凝浆和触变桨。触变浆是在缓凝浆的基础上引入触变剂，通过快速搅拌而成。触变浆内部存在一种不稳定的絮状结构，在无扰动的情况下，触变浆更多地表现为固态特征，低流动性；一经扰动，则表现为液态特征，具有流动性。

预应力灌浆试验浆体在试验前通过试验室适配以及现场的适应性试验，从中选择最优方案。浆体使用水泥、水、外加剂三类原材料。水泥使用PⅡ42.5硅酸盐水泥。外加剂包括三种：减水剂Conplast SP 337、缓凝剂Conplast RP 264、触变剂CEMETHIX F。

缓凝浆配合比为C：W：SP337：RP264 = 1: 0.32 ：2% ：0.5% （重量比）。浆体的生产顺序为：① 引入计量好的水及SP337； ②开启搅拌机，引入计量好的水泥，一边下料一边搅拌4分钟；③将浆体导入二次搅拌罐，静置45分钟；④均匀撒入计量好的RP264，开启二次搅拌机搅拌4分钟；⑤ 检测浆体的温度和流动度（流动度控制在9～14s，温度≤32℃）。

触变浆配合比为C：W：SP337：RP264：触变剂 = 1: 0.32 ：2% ：0.5% ： （0.50%～0.90%）（重量比）。触变桨浆体的生产顺序为：① 按缓凝浆生产顺序生产缓凝浆；② 将缓凝浆输送至触变浆搅拌罐；③ 开启搅拌机，加入计量好的触变剂，计时25s，停机； ④ 检测触变浆的稠度和温度。

四、主要制、灌浆设备

制浆机为正式灌浆所用的设备。缓凝浆一次搅拌机HX04-800型双机组，二次搅拌机04-4J2型，同时配两套螺旋输送泵自动上水泥，满负荷生产能力2.5m3/h。触变桨搅拌机型号为04-4J2型。

灌浆泵为TEC PH125型，灌浆泵的压力和速度根据实际情况可以调节；灌浆管采用2寸的高压软管；真空泵型号为SV100。

五、灌浆工艺

水泥浆类型包括缓凝水泥浆和触变水泥浆。其中缓凝浆用于竖向管道及gamma管道的竖向部分，触变浆用于所有水平管道及gamma管道的穹顶部分。触变桨采用真空灌浆工艺，所谓真空辅助灌浆，就是在一定真空度的管道内进行压浆，达到管道内的空气、水份及浆体内气泡被排除，使浆体密实、饱满的一种压浆工艺。

5.1管道密封性检查

管道灌浆前需进行气密性检测。气密性检测有两种检测方法：抽真空试验和打压试验。抽真空试验方法为：将真空泵连接在管道一端，开启真空泵，当管道内压力达到1个大气压的-80%以上并稳定后，停机观察管道内压力4分钟。要求管道内压力变化不得超过0.1bar/min。打压试验方法为：经排气孔吹入无油压缩空气（0.5～0.7MPa），3分钟内压力损失值小于0.1MPa。

5.2水平管道

所有水平管道灌注触变浆，采用真空灌浆方式。灌浆时，将真空泵及其辅助设备连接到管道一端，管道另一端连接灌浆泵；在一端先启动真空泵，触变浆在另一端由灌浆泵泵入。当管道出口浆体检测合格后进行保压操作。管道入口触变桨稠度在150～220cN.cm为宜；浆体温度≤32℃；灌浆压力小于10bar；灌浆速度12-16m/min。

5.3竖向管道

竖向管灌注缓凝浆，浆体通过灌浆泵由底端泵入管道，并在顶端进行重力二次灌浆。灌浆压力小于20bar；灌浆速度10-14m/min；浆体入口及出口流动度控制在9～14s；温度≤32℃。

5.4 Gamma管道

Gamma管道竖向部分灌注缓凝浆，穹顶部分灌注触变水泥浆。竖直部分缓凝浆灌浆方法同竖向管道，在管道底端用灌浆泵泵浆，直至浆体到达E3位置。灌浆压力小于20bar；灌浆速度10-14m/min；浆体入口及出口流动度控制在9～14s；温度≤32℃。

在缓凝浆灌浆完成2～3小时后以及浆体凝固前，用压缩空气排空E2～E3段中的浆体。Gamma管道穹顶部分触变水泥浆采用真空灌浆方式。灌浆时，将真空泵及其辅助设备安装E2处，触变浆体使用灌浆泵由B1、B2泵入管道。要求灌浆压力小于10bar；灌浆速度12～16m/min；管道入口触变桨粘度稠度在150～220cN.cm为宜；浆体温度≤32℃。

图3预应力Gamma管道灌浆示意图

六、管道灌浆及试验结果分析

2011年11月22日至2012年3月14日分8次完成了9根管道灌浆试验。灌浆结束待浆体硬化后对试验管道进行开窗、截面切割等检验。Gamma钢束每5.0m一个截面，每2.0m开一窗孔，缓凝浆与触变桨接触面进行截面检验。水平钢束在标准部位每5.0m一个截面，按钢束形状的奇异点每2.0m设置一个窗孔。竖向钢束从顶部喇叭口起2.5m内每0.1m取一个截面，以后每5.0m取一个截面直至钢束底部，并且每5.0m开一个窗孔。所有窗孔尺寸20cm*10cm。

钢束验收要求为：总体原则，管束上部无钢绞线暴露。常规气泡允许数量见表1。常规气泡直径计算公式D=，a、b、c分别为气泡的长、宽、高。为便于测量和计算，取边长最大值。Gamma管道穹顶段和水平管弯曲段最有可能出现大孔洞，大孔洞的允许截面积应小于管道截面积的5%。对于每一类管束，至少需进行3次灌浆试验，且需至少有2次合格。

表1：灌浆试验合格标准

气泡直径mm 气泡体积mm3 每米允许数量

0～5 0～65 无限制

5～10 65～523 30

10～20 523～4188 6

20～25 4188～8181 1

＞25 ＞8181 0

每根水平钢束开窗47个，截面切割33个；33个截面均100%充满，气泡数量均在表1的要求范围内。每根Gamma钢束开窗29个，截面切割12个，12个截面均100%充满，气泡数量均在表1的要求范围内。竖向钢束顶部2.5m内切割均100%充满，其余截面亦均100%充满，所有截面未见气泡；开窗辅助检查，100%充满，未见任何缺陷。

试验开窗、截面切割检查结果及灌浆工艺参数等所有指标均在验收标准范围内，试验判定为合格。

七、结论

灌浆试验开窗、截面切割的结果均满足验收标准的要求，用于灌浆试验的设备、材料(含配合比)、工艺满足正式灌浆工程要求。电站安全壳预应力管道共计270根，管道长度33070米，共灌注缓凝浆约170方、触变桨400方。所有管道灌浆均一次成型，无需进行二次灌浆，灌浆方便、顺利，保证了预应力管道灌浆质量。

参考文献：

[1]杨宗放.建筑施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]熊学玉.预应力工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2013年11月.

[3]严跃兰. 岭澳核电站安全壳预应力灌浆用浆体配合比试验及应用][J]. 建筑科学，2003，2：5157.

作者简介：陈继平（1981-），男，硕士研究生，主要从事建筑施工管理工作。