橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用

張 鶴 （中鐵四局集團上海工程有限公司，上海 20190115）

在如今的橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力施工被廣泛應(yīng)用各類混凝土結(jié)構(gòu)工程中，其中關(guān)鍵工序是張拉壓漿，其施工質(zhì)量的好壞，會直接影響結(jié)構(gòu)的耐久性，但是傳統(tǒng)張拉壓漿施工，施工人員憑經(jīng)驗手動操作，誤差率高，無法完全保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。不少橋梁因為預(yù)應(yīng)力施工不合格，被迫提前進行加固，嚴重時甚至突然垮塌，給社會造成了巨大的生命財產(chǎn)損失。主要原因是橋梁在施工階段未能及時有效的張拉封錨，造成梁體所加載的預(yù)應(yīng)力部分損失，張拉壓漿的相關(guān)操作不夠科學(xué)標準，關(guān)鍵性技術(shù)控制手段較低等造成超張或預(yù)應(yīng)力不足、壓漿不密實。近年來，隨著國家高速鐵路建設(shè)中橋梁施工技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)張拉壓漿技術(shù)已無法滿足現(xiàn)有的施工技術(shù)及驗收標準要求，為加強橋梁預(yù)應(yīng)力精細化施工控制，狠抓質(zhì)量隱患，引進預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿系統(tǒng)成為必然，智能張拉壓漿在施工過程中有效解決了傳統(tǒng)張拉壓漿過程中存在的各種問題，為橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土質(zhì)量建立起了有效的控制體系。

1 橋梁預(yù)應(yīng)力傳統(tǒng)張拉、壓漿施工技術(shù)不足之處分析

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力張拉施工系統(tǒng)主要是由機械化的油泵、千斤頂?shù)仍O(shè)備組成，施工中不確定因素多，誤差來源較多，一是位移及壓力控制須通過手動操作油泵，隨意性大，單純的依靠壓力表讀數(shù)，很難精確保證控制張拉力；二是在持荷時間內(nèi)對荷載的大小難以控制，因無自動補償張拉功能，一旦出現(xiàn)欠張，將給工程質(zhì)量造成很大隱患。三是鋼絞線張拉伸長量需人工測量并記錄，很難保證測量的及時性和數(shù)據(jù)的可靠度。四是預(yù)應(yīng)力張拉需對稱同步張拉，傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工主要是人工控制，同步精度比較低，不能確保多頂對稱張拉，在錨固時瞬時卸載，回縮時對夾片造成沖擊，回縮量大，伸長量影響較大，實際操作中張拉力和伸長量無法同步控制。

傳統(tǒng)壓漿工藝易存在壓漿不密實的問題，一是引起預(yù)應(yīng)力筋與管道內(nèi)空氣及雜質(zhì)直接接觸而銹蝕，造成預(yù)應(yīng)力筋與漿體的粘結(jié)力大大降低，導(dǎo)致整個梁體有效預(yù)應(yīng)力下降，結(jié)構(gòu)剛度及承載力不足；二是易導(dǎo)致錨頭出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而改變梁體受力狀態(tài)，達不到設(shè)計要求。如何高效優(yōu)質(zhì)的完成預(yù)應(yīng)力施工，規(guī)避傳統(tǒng)張拉壓漿技術(shù)的不足之處，保證橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿施工質(zhì)量，引進智能張拉壓漿技術(shù)顯得非常重要。

2 橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉、壓漿施工技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 智能張拉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

智能張拉系統(tǒng)主要由高智能化的操作主機、油泵與千斤頂?shù)热齻€結(jié)構(gòu)有機構(gòu)成。在控制張拉預(yù)應(yīng)力過程中,主機起到核心作用，油泵與千斤頂兩者互相配合，三者之間共同作用，充分發(fā)揮系統(tǒng)的有效功能，系統(tǒng)設(shè)計較為智能化，操作界面體驗度較好。借助計算機將張拉控制力、伸長量誤差范圍輸入到主機系統(tǒng)中，直觀準確的反映出張拉力與鋼絞線伸長量，可以作為張拉施工時校對指標。

利用傳感器第一時間將收集的施工數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)中，在主機接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，及時進行分析和研究，確定張拉過程中力與伸長量的變化情況。對張拉設(shè)備發(fā)出系統(tǒng)指令，兩者交互進行，多頂對稱張拉，及時對張拉設(shè)備的電機參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整，實現(xiàn)張拉補償功能，通過對油泵電機轉(zhuǎn)速展開有效的把控，確保更準確的控制好張拉預(yù)應(yīng)力。

在整個過程中借助主機的指令控制模式，對整個張拉過程進行監(jiān)控和檢測，并對其進行自動化控制。利用智能張拉系統(tǒng)的漏壓補償功能及斷電后數(shù)據(jù)記憶功能，在張拉過程不會因為機械故障造成張拉的數(shù)據(jù)及能效損失，可以有效提升橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理如下圖所示：

2.2 智能張拉施工技術(shù)

在千斤頂張拉工作結(jié)束后，智能張拉系統(tǒng)可逐步有效減壓，確保鋼絞線張拉力有效過渡，特別是在檢查過程中借助減壓技術(shù)，減小對工作夾片的沖擊。在連續(xù)梁張拉施工前，輸入對應(yīng)號段的建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等相關(guān)方信息，預(yù)應(yīng)力張拉過程中，通過計算機遠程通信技術(shù)，為建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等相關(guān)方提供遠程監(jiān)控功能，增加對工程質(zhì)量控制力度。例如監(jiān)理工程師可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，審核相關(guān)的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)報表中進行簽名和確認。現(xiàn)場技術(shù)人員可以對整個張拉過程進行監(jiān)控，具體到每一個行程的千斤頂應(yīng)力、應(yīng)變值隨著時間不斷變化情況，實現(xiàn)精確控制壓力位移值（壓力精度0.1MPa、位移精度1mm），有效分析和研究具體的數(shù)據(jù)。另外張拉機械具有漏壓補償功能，可長時間保持壓力，同時在機械意外斷電后有記憶功能，所存儲的數(shù)據(jù)不會丟失，這樣在預(yù)應(yīng)力張拉時若出現(xiàn)安全、質(zhì)量等突發(fā)性問題，可在第一時間解除張拉狀態(tài)，待問題處理完畢后，再繼續(xù)進行張拉施工。為保證現(xiàn)場突發(fā)情況時不影響橋梁整體預(yù)應(yīng)力施工，預(yù)應(yīng)力智能張拉機械安裝了超壓保護、超位移保護、通訊中斷保護功能，預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束以后，技術(shù)人員可以有針對性的校對相關(guān)數(shù)據(jù)。另外智能化張拉系統(tǒng)可以自動化生成張拉記錄表，較全面系統(tǒng)性反映出張拉過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，確保工程數(shù)據(jù)真實性、可追溯性。

2.3 智能壓漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理分析

智能壓漿系統(tǒng)是由計算機主機、測控體系與循環(huán)壓漿體系三部分構(gòu)成。壓漿體系回路主要由預(yù)應(yīng)力管道、制漿機與壓漿泵三者緊密聯(lián)系，協(xié)同工作。智能壓漿系統(tǒng)中參數(shù)的設(shè)置與調(diào)節(jié)是智能壓漿體系的關(guān)鍵所在，對施工人員操作能力提出了較高的要求。

計算機主機控制系統(tǒng)是整個流程控制的核心，可以有效確保漿液在系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)持續(xù)不間斷的循環(huán)，利用壓力沖孔將管道內(nèi)部的空氣等相關(guān)雜質(zhì)排除出去，如果漿液在循環(huán)過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，則開啟主機進行報警，要在第一時間處理完畢。

在預(yù)應(yīng)力管道的進出口安裝精密傳感器，可以實時監(jiān)測漿液的水膠比、管道壓力、漿液流量等具體參數(shù)，及時將所測的數(shù)據(jù)在第一時間輸入到計算機主機內(nèi)部，并根據(jù)主機的判斷和分析，向測控系統(tǒng)進行反饋，逐步優(yōu)化和完善具體參數(shù)，保證整個壓漿過程平穩(wěn)有序推進。智能壓漿系統(tǒng)可以有效保障預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部的漿液密實度，減少內(nèi)部孔隙，對壓力的大小進行及時有效的調(diào)整，可結(jié)合具體圖紙規(guī)范要求進行管內(nèi)持壓。在改善漿液其流動性方面，傳統(tǒng)壓漿工藝是通過試驗儀器測量或人工觀察的方式，確定是否通過人工加水來改善，而循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)具備自動加水裝置，能夠準確計量用水量以控制水膠比。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理如下圖所示。

2.4 智能壓漿施工技術(shù)

壓漿的主要作用是確保預(yù)應(yīng)力筋處在混凝土的保護層之中，通過壓漿使鋼絞線、漿體、混凝土結(jié)成一個整體，將預(yù)應(yīng)力分擔到整個梁體，同時也保護鋼絞線使其免受環(huán)境因素的影響而造成破壞。預(yù)應(yīng)力鋼絞線筋主要利用水泥漿體與周邊混凝土包裹，通過預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的握裹力使兩者有效結(jié)合、錨固，提升梁體抗裂性能與承載力。若預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部壓漿不密實，孔隙大，大大降低橋梁的使用年限。智能壓漿系統(tǒng)的引入使橋梁工程壓漿不密實的問題得以有效解決，提升了橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量與耐久性。

施工中采用循環(huán)回路的方式，將預(yù)應(yīng)力管道出口位置漿液導(dǎo)流至相應(yīng)的儲漿桶之中，實現(xiàn)了灌漿回路的循環(huán)。為了有效保障灌漿的密實度，排除預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部空氣，智能壓漿系統(tǒng)采用持續(xù)循環(huán)灌輸漿方式，在出漿口與進漿口位置設(shè)置傳感器，對漿液水膠比進行實時監(jiān)測，有效保障灌漿液達到技術(shù)標準。通過計算機主機接收的傳感器數(shù)據(jù)，對采集接收數(shù)據(jù)進行綜合計算與分析判斷，向壓漿系統(tǒng)進行及時信息反饋，由計算機進行數(shù)據(jù)采集整理分析并及時調(diào)整機器施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量，提升施工效益。錨頭密封是一個較難控制的工序，施工過程中，采取了密封加彈性墊片的施工手段，與傳統(tǒng)的橋梁工程壓漿施工相比，智能壓漿體系有效避免了人為操作因素的干擾，使各項技術(shù)指標更為精準。

3 預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)實際應(yīng)用

2018年5 月-12月，在連徐鐵路站前Ⅰ標東海大橋連續(xù)梁 2聯(lián)（32+48+32 m），1聯(lián)（40+64+40m）施工中引進預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿系統(tǒng)，32+48+32m連續(xù)梁底、腹、頂板束共336孔預(yù)應(yīng)力（其中6孔為備用束），左右對稱張拉即需張拉162次，智能壓漿168次（雙孔同時壓漿），40+64+40m連續(xù)梁底、腹、頂板束共194孔預(yù)應(yīng)力（其中10孔為備用束），左右對稱張拉即需張拉92次，智能壓漿97次（雙孔同時壓漿）。提高了預(yù)應(yīng)力工程質(zhì)量及施工效率，并節(jié)約了施工成本。

在技術(shù)方面智能張拉系統(tǒng)優(yōu)勢：①張拉力下降1%時，錨固前自動補拉至規(guī)定值；②自動測量，及時準確，及時校核，與張拉力同步控制，實現(xiàn)真正“雙控”；③同步精度達±2%，計算機控制實現(xiàn)多頂對稱同步張拉；④按程序設(shè)定速度加載和持荷，排除人為影響；⑤可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量；⑥操作人員遠離非安全區(qū)域，人身安全有保障；⑦便于質(zhì)量管理，質(zhì)量追溯，提高管理水平、質(zhì)量水平，實現(xiàn)質(zhì)量遠程監(jiān)控；

智能壓漿系統(tǒng)優(yōu)勢：①大循環(huán)回路讓漿液在管道內(nèi)持續(xù)循環(huán)以排凈管道內(nèi)空氣；②自動調(diào)整壓力大小，以保證全管路按規(guī)范要求的大小和時間持壓、穩(wěn)壓；③電腦自動加水加料，切實控制漿液性能水膠比；④實時測試得到管道壓力損失便于調(diào)整灌漿壓力；⑤可進行質(zhì)量追溯，還原壓漿全過程，提高管理水平；

在經(jīng)濟效益方面?zhèn)鹘y(tǒng)張拉需要兩端各1人操作油泵，各1人量測伸長量，各1人記錄張拉數(shù)據(jù)，共需6人同時作業(yè)。智能張拉只需1人操作電腦，1人照看張拉現(xiàn)場，共2人可完成張拉。節(jié)約2人，按2人每月工資5000元，年節(jié)約人工費用24萬元。

傳統(tǒng)壓漿工藝僅可一次壓一孔，智能壓漿工藝可實現(xiàn)雙孔同時壓漿，提高工效100%，節(jié)省人工50%，經(jīng)濟效益十分明顯。

在社會綜合經(jīng)濟效益方面智能張拉壓漿系統(tǒng)能讓混凝土構(gòu)件形成牢固的有效預(yù)應(yīng)力體系，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性，顯著延長預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壽命，有利于保障人民生命財產(chǎn)安全，降低橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期成本，節(jié)約大量寶貴社會資源。推廣至公路、高鐵、市政等行業(yè)，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益難以估量。

4 結(jié)語

綜上所述，對基于橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用推廣等相關(guān)內(nèi)容進行分析和研究有至關(guān)重要的意義，在具體的橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工過程中，有效使用智能張拉壓漿體系已成必然，實踐表明橋梁工程中采用智能化預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿技術(shù)，可以最大限度保證梁體剛度及穩(wěn)定性。壓漿的密實度使鋼絞線得到有效保護，提升橋梁工程耐久性，有效降低預(yù)應(yīng)力損失，提高了梁體的抗彎曲能力。對于確保工程質(zhì)量和降低施工難度以及提升施工企業(yè)的經(jīng)濟效益發(fā)揮著重要作用。近年來我國橋梁施工中已初步推廣使用智能化張拉與壓漿技術(shù)。