智能張拉及壓漿系統(tǒng)在連續(xù)梁施工中的應(yīng)用*

王瑞斌

（中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中鋼束的預(yù)應(yīng)力是橋梁施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果預(yù)應(yīng)力施工不規(guī)范，預(yù)應(yīng)力就不能在梁體內(nèi)起到應(yīng)有的作用，在運(yùn)營荷載和混凝土徐變的共同作用下，梁體會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的下?lián)?。撓度超過一定程度則會(huì)使跨中主梁向下彎曲，使橋面的鋪裝層遭到破壞，縮短橋梁的使用壽命，降低行車舒適性，甚至對(duì)行車安全構(gòu)成威脅。而預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)會(huì)造成鋼絞線銹蝕、應(yīng)力損失，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性，梁體可能出現(xiàn)突然坍塌。人工預(yù)應(yīng)力張拉施工方法由于受到人為因素和測(cè)量方法的限制，其張拉力控制精度和同步性無法得到根本保證。張拉中升壓、降壓速率過快，持荷時(shí)間不足，使得預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力傳遞不及時(shí)。錨具壓縮變形、回縮量增大等原因會(huì)造成非常大的預(yù)應(yīng)力損失，嚴(yán)重降低預(yù)應(yīng)力體系在梁體受力中的作用?？椎缐簼{配合比計(jì)量不準(zhǔn)確，不能精準(zhǔn)控制壓漿壓力使得管道壓漿不密實(shí)，不能有效完全包裹預(yù)應(yīng)力筋導(dǎo)致銹蝕，進(jìn)而使預(yù)應(yīng)力失效。智能張拉及壓漿系統(tǒng)的應(yīng)用可以全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿，使整個(gè)過程自動(dòng)完成。智能張拉及壓漿系統(tǒng)的應(yīng)用也是解決因施工過程控制不當(dāng)而造成梁體預(yù)應(yīng)力病害問題的最直接、最有效的方法，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

新建張家界至吉首至懷化鐵路正線全長243.265km，設(shè)計(jì)速度為350km/h雙線高速鐵路，采用Ⅰ型雙塊式無砟軌道。管段內(nèi)竹林坪大橋40m+56m+40m連續(xù)梁位于湖南省懷化市鶴城區(qū)涼亭坳鄉(xiāng)大竹林村，跨竹林坪溪水庫而設(shè)，采用懸灌法施工。梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，均按直線線性變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)處設(shè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。箱梁頂寬12.6m，底寬6.7m，中支點(diǎn)處截面中心線梁高4.335m，跨中10m直線段及邊跨17.75m直線段截面中心線處梁高為3.035m，梁底下緣按二次拋物線變化。邊支座中心線至梁端0.75m，梁縫分界線至梁端0.1m。邊支座橫橋向中心距5.3m，中支座橫橋向中心5.8m。中跨合龍段及邊跨合龍段長度均為2m，邊跨直線段長度為11.75m。

竹林坪大橋縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線線束全部采用智能張拉及壓漿系統(tǒng)進(jìn)行，智能張拉壓漿設(shè)備采用LZ-5903橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)和LZJ02智能壓漿系統(tǒng)。提前將預(yù)應(yīng)力施工數(shù)據(jù)錄入筆記本電腦中，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接控制張拉儀器，將張拉數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄至電腦中。

2 智能張拉控制系統(tǒng)設(shè)備組成

智能張拉控制系統(tǒng)設(shè)備主要由2臺(tái)智能張拉儀、自帶網(wǎng)卡的筆記本電腦、4臺(tái)智能斤頂、高壓油管、位移傳感器等組成（見圖1）。智能張拉系統(tǒng)預(yù)先將張拉參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)中，同時(shí)控制4臺(tái)千斤頂平衡對(duì)稱張拉。整個(gè)過程由電腦自動(dòng)化控制，控制界面實(shí)時(shí)顯示張拉應(yīng)力和伸長值的時(shí)間曲線，張拉結(jié)束后自動(dòng)記錄存儲(chǔ)并通過無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)信息化管理，可以有效避免由于人工操作不當(dāng)、控制精度不足導(dǎo)致的施工問題。張拉過程智能控制，精確加載錨下預(yù)應(yīng)力力值，自動(dòng)、實(shí)時(shí)地測(cè)量預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長值；真正做到張拉同步、分級(jí)準(zhǔn)確、加載速率均勻、持荷時(shí)間滿足規(guī)范要求，使預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量得到有效保障；自動(dòng)生成力—時(shí)間、位移—時(shí)間曲線，可直觀地判斷張拉過程中是否出現(xiàn)異常情況；張拉持荷結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的卸載速率均勻緩慢卸載，最大程度減小錨固節(jié)段預(yù)應(yīng)力損失。

3 張拉工藝

3.1 錨具及千斤頂?shù)陌惭b過程

將錨墊板內(nèi)的混凝土清理干凈安裝工作錨板→在工作錨板每個(gè)錐孔內(nèi)裝上工作夾片→在工作錨上套上一塊限制工作錨夾片在張拉過程中位移的限位板→安裝穿心千斤頂→裝上可重復(fù)使用的工具錨板→裝上工具夾片。

3.2 智能張拉過程

第一階段：千斤頂供油張拉至初應(yīng)力（設(shè)計(jì)控制應(yīng)力的20%）活塞帶動(dòng)工具錨環(huán)鎖緊工具錨夾片，使鋼絞線被拉伸為繃緊狀態(tài)，消除測(cè)量伸長值時(shí)由于鋼束自然松弛引起的誤差，并使管道內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋受力均勻。達(dá)到預(yù)設(shè)的應(yīng)力停頓點(diǎn)，系統(tǒng)通過位移傳感器自動(dòng)記錄千斤頂油缸的伸長值。

圖1 智能張拉控制系統(tǒng)

第二階段：加載速度根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)油泵繼續(xù)為千斤頂供油張拉到設(shè)計(jì)控制應(yīng)力的40%，鋼絞線繼續(xù)被拉伸，在張拉過程中油泵供油速度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)設(shè)的應(yīng)力停頓點(diǎn)，系統(tǒng)通過位移傳感器自動(dòng)記錄千斤頂油缸的伸長值。

第三階段：繼續(xù)加載至控制應(yīng)力的設(shè)計(jì)值，鋼絞線繼續(xù)被拉伸，張拉力設(shè)計(jì)應(yīng)力附近時(shí)，加載速度放緩，確保準(zhǔn)確到達(dá)設(shè)計(jì)張拉應(yīng)力。

持荷階段：張拉到設(shè)計(jì)應(yīng)力時(shí)智能張拉儀會(huì)自動(dòng)停止加載并持荷5min，使張拉力始終保持在設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍內(nèi)，持荷完畢后，系統(tǒng)通過位移傳感器自動(dòng)記錄千斤頂油缸的伸長值并形成表格。

錨固階段：持荷結(jié)束后，系統(tǒng)控制張拉儀卸載，鋼絞線隨即跟著彈性收縮，工作夾片緩慢錨固至工作錨內(nèi)，完成張拉端錨固。

回頂階段：成張拉端錨固后，系統(tǒng)控制千斤頂自動(dòng)退頂，卸除張拉段的千斤頂后，人工測(cè)量并記錄工作夾片的外露長度。24h后再次測(cè)量夾片外露長度，觀察是否有滑絲斷絲的情況出現(xiàn)。

張拉過程中密切注意筆記本電腦上壓力、位移曲線否正常，如有異常馬上單擊“暫停張拉”按鈕暫停張拉，檢查并排除故障后方可繼續(xù)張拉。張拉施工過程中不能退出張拉界面，更不能運(yùn)行其他程序，操作人員必須實(shí)時(shí)關(guān)注張拉參數(shù)和相關(guān)數(shù)值，嚴(yán)禁離開控制臺(tái)。開始張拉后必須有專人盯控張拉兩端張拉儀和千斤頂?shù)倪\(yùn)行情況并注意孔道內(nèi)是否有異響，注意安全，如有異常馬上單擊“暫停張拉”按鈕暫停張拉，檢查并排除故障后方可繼續(xù)張拉。

4 循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)

循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)由制漿-儲(chǔ)漿系統(tǒng)、壓漿泵、自動(dòng)加水裝置、控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高壓膠管組成。漿液在由高速攪拌機(jī)、壓漿泵、進(jìn)漿管、預(yù)應(yīng)力管道、返漿管組成的回路內(nèi)持續(xù)循環(huán)，通過調(diào)整泵排流量將孔道內(nèi)空氣完全排出，并通過漿液循環(huán)帶出孔道內(nèi)殘余雜質(zhì)，從而保證預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)。

4.1 制漿控制

根據(jù)壓漿劑配合比預(yù)先在儀器界面輸入配合比參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的一次制漿量系統(tǒng)自動(dòng)加水，加水完成后加入壓漿劑，系統(tǒng)自動(dòng)攪拌，依據(jù)設(shè)定攪拌時(shí)間自動(dòng)完成制漿過程。計(jì)量由系統(tǒng)自動(dòng)控制，避免人為因素造成水膠比過大或過小。水膠比測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漿液水膠比，以保證配合比符合要求。

4.2 壓漿施工

壓漿泵通過高壓管路將漿液壓入預(yù)應(yīng)力管道，再通過高壓管回流至儲(chǔ)漿桶構(gòu)成循環(huán)回路以排除管道內(nèi)空氣。測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道進(jìn)、出口壓力損失值，并自動(dòng)調(diào)整壓漿壓力，確保全循環(huán)回路壓漿壓力值滿足規(guī)范要求的最低壓力值。壓漿過程中操作人員要注意智能壓漿設(shè)備運(yùn)行情況，如有異常情況發(fā)生立即暫停，檢查并排除故障后方可繼續(xù)壓漿。壓漿完成后，將進(jìn)漿管與返漿管連接到一起，點(diǎn)擊“清洗系統(tǒng)”自動(dòng)清洗管路，直至流出清水為止。

4.3 智能壓漿系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

加水量由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量，避免人為原因造成施工配合比不準(zhǔn)確。水膠比測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漿液的水膠比并反饋至系統(tǒng)界面，進(jìn)一步保障漿液質(zhì)量。壓漿過程一鍵控制自動(dòng)完成，減輕工人勞動(dòng)力并能避免人為操作不當(dāng)造成的負(fù)面影響。壓漿完成后系統(tǒng)自動(dòng)記錄漿液的水膠比、灌漿壓力、穩(wěn)壓時(shí)間等數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)真實(shí)具有可追溯性。

5 結(jié)論

（1）預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)全過程按規(guī)范要求可自動(dòng)完成預(yù)應(yīng)力張拉工藝，不受人為、環(huán)境因素影響。

（2）張拉分級(jí)、加壓、卸壓速度、持荷時(shí)間、錨固過程等完全符合橋梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求時(shí)，能夠精確控制施加的預(yù)應(yīng)力力值，可以實(shí)現(xiàn)多頂同步張拉。

（3）預(yù)應(yīng)力智能壓漿系統(tǒng)采用大循環(huán)回路壓漿，壓漿過程由智能系統(tǒng)控制，不受人為因素影響，可準(zhǔn)確計(jì)量自動(dòng)加水，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水膠比、壓漿壓力、穩(wěn)壓時(shí)間等指標(biāo)并自動(dòng)記錄。

（4）預(yù)應(yīng)力智能張拉、壓漿系統(tǒng)的應(yīng)用，可最大限度保證梁體預(yù)應(yīng)力體系的精準(zhǔn)性和耐久性，延長預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有效使用年限，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。