1、南水北调中线穿黄工程预应力锚索孔道灌浆配合比优化试验研究摘要：为降低穿黄隧洞环锚预应力孔道灌浆泌水率，通过改变外加剂种类及掺量进行对比试验，将孔道灌浆泌水率由原来的 3%降低至 1%以内，有效的保证了孔道灌浆施工质量。 关建词：穿黄隧洞孔道灌浆配合比优化 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 一、概述 穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约 30km 处，是南水北调中线的标志性、控制性工程，其任务是将中线调水从黄河南岸输送到黄河北岸之后向黄河以北地区供水。穿黄隧洞长 4250m，采用双层衬砌，外衬为预制钢筋混凝土管片，内径 7.9m，内衬为现浇后张法预应力钢筋混凝土，成洞内径为
2、7.0m。隧洞内衬厚度为 45cm，混凝土强度为 C40W12F200，按照 9.6m 长度分段施工，每段布置 21 束预应力锚索，间距 45cm，每束由12 根预应力钢绞线集束而成。为了施工方便，内衬分二次浇筑成型，先浇筑底板混凝土，再浇筑边顶拱混凝土，由底板和边顶拱混凝土形成一个标准的预应力混凝土结构体，用后张法施加预应力后共同受力，达到有压承水的目的。 二、孔道灌浆的作用 穿黄隧洞锚索为后张法有粘结预应力锚索，锁定张拉力为 2350KN。混凝土内衬施工时先预埋波纹管，待混凝土强度达到 28 天龄期后穿束张拉，张拉结束后对预留的锚具槽进行回填，最后再对波纹管进行孔道灌浆。 孔道灌浆的作用有
3、两个：一是保护预应力筋免遭锈蚀。由于预应力筋在高应力状态下容易锈蚀，尤其是以钢丝组成的钢丝束、钢绞线等，如不及时采取防锈措施，就会因锈蚀而断裂；二是使预应力筋通过灰浆与周围混凝土结成整体，增加锚固的可靠性，提高构件的抗裂性和承载能力。灌入孔道的水泥浆或砂浆，既包覆预应力筋，又接触孔道壁，硬化后像胶粘剂一样，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同工作。 三、浆液配合比设计 根据设计要求，穿黄隧洞预应力孔道灌浆共有两个方案：方案 A：浆液水灰比为 0.5:1，流动度（坍落扩散 500mm 的时间）40S；方案 B：浆液水灰比为 0.45:1，流动度（坍落扩散 500mm 的时间）50S。两种方案均要求浆
4、液搅拌 3 小时后，泌水率不宜大于 2%，总泌水率不应大于3%，而且浆体应能在 24 小时内将泌水全部吸收。 为满足设计要求，施工单位通过多次试验，确定了浆液配合比,经室内试验泌水率控制在 3%以内，强度及水泥浆性能满足设计要求，但从洞内试验段的实体检测和泌水性试验来看，顶拱上部的波纹管还是存在一定的空腔。 四、浆液配合比优化 南水北调是国家的重点工程，质量上精益求精。孔道灌浆试验过程中，国务院南水北调办公室专家委实地进行了考察指导，提出宝贵的意见。专家指出，为防止顶拱部位波纹管产生空腔，宜对孔道灌浆配合比进行优化，降低浆液泌水率。根据专家委意见，施工单位成立攻关小组，通过考察学习及反复试验，
5、最终将浆液的泌水率控制在 1%之内，极大了提高了穿黄隧洞预应力锚索孔道灌浆施工质量。 孔道灌浆浆液配合比的优化主要是通过对相同水泥和不同的外加剂进行强度及泌水率对比试验，来寻求满足设计及施工要求的最佳配比。 原材料的选取 水泥 水泥采用博爱金隅 P.O42.5 袋装水泥，经检测其物理力学性能试验结果满足 GB175-2007 标准要求。检测结果见表 1： P.O42.5 水泥检验结果表 1 外加剂 外加剂分别采用山西黄腾高性能缓凝型减水剂和 HT-MA 真空辅助压浆专用助剂，检测结果满足混凝土外加剂GB8076-2008 以及JTG/T公路桥涵施工技术规范要求，检测结果见下表 2 和表 3：
6、山西黄腾高性能缓凝型减水剂性能检测结果 表 2 山西黄腾 HT-MA 压浆剂检测结果 表 3 拌和用水 浆液拌和用水采用生产区饮用水。 孔道灌浆室内试验 根据设计要求，孔道灌浆水灰比宜为 0.45-0.50，28 天强度不低于40MPa。根据其所送材料，使用博爱金隅 P.O42.5 水泥、山西黄腾高性能缓凝型减水剂和压浆剂进行配合比室内对比试验。 试验时采用相同的水灰比不同的外加剂进行对比，并对浆液进行强度及性能进行测定，试验结果如表 4。 预应力锚索孔道灌浆成型试验结果 表 4 从表 4 可以看出，SP-1 试验配合比泌水率为 1.2%，28d 强度为51.0MPa，SP-2 试验配合比泌水
7、率为 0.7%，28d 强度为 54.1MPa，均满足要求。 从试验数据来看掺有压浆剂的水泥浆后期强度要高于掺有减水剂的水泥浆，但扩散 500mm 的时间（s）及 3h(%)的泌水率都小于使用减水剂的水泥浆，可见使用压浆剂后浆液的流动性更好，泌水率更低，更有利于现场施工。 孔道灌浆生产性试验 根据前期地面试验成果，在隧洞内进行了生产性试验。通过现场试验验证，使用压浆剂的水泥浆均匀性和可灌性都比使用减水剂的水泥浆效果要好。通过对试验段的实体检测和现场水泥浆泌水率的检测，优化后使用压浆剂的配合比的水泥浆液基本无泌水现象，实体检测顶拱灌注饱满密实，从根本上减少或者杜绝顶拱空腔的形成，从而保证预应力钢绞线不受腐蚀。 浆液配合比的确定 通过地面和隧洞生产性试验，掺有压浆剂的配合比对抑制孔道灌浆后空腔的减小方面更有成效。同时，根据设计要求及最大水灰比的规定，最终确定掺有压浆剂的配合比作为最终的配合比用于现场施工，如表 5。 孔道灌浆施工配合比 表 5 注：（1）水泥采用博爱金隅水泥有限公司金隅牌 P.O42.5 袋装水泥 （2）外加剂采用山西黄腾 HT-MA 真空辅助压浆专用助剂 四、结语 通过对配合比的优化，有效的保证了穿黄隧洞预应力灌浆质量。目前，已经灌注的 3600 多个孔道的实体及强度检测结果满足设计要求。
