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

王記濤 王志杰 焦劉霞

摘要：高速鐵路橋梁采用傳統(tǒng)的張拉壓漿進(jìn)行施工，將會(huì)存在諸多問題，不能保障施工質(zhì)量，還會(huì)降低結(jié)構(gòu)的耐久性。文章通過對(duì)預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)進(jìn)行分析，該方式能夠提高施工質(zhì)量和施工效率，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。于是將其應(yīng)用于高速鐵路橋梁的施工中進(jìn)行實(shí)例研究。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;智能張拉;智能壓漿;高速鐵路橋梁

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）02-0175-05

由于預(yù)應(yīng)力在混凝土結(jié)構(gòu)中具有很好的應(yīng)用效果，于是在我國的各種工程建設(shè)中可以使用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加強(qiáng)結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在預(yù)應(yīng)力施工過程中，其中最重要的工序即張拉壓漿，直接影響著結(jié)構(gòu)的耐久性和質(zhì)量。由于傳統(tǒng)的張拉壓漿存在各種問題，不能保證施工質(zhì)量，嚴(yán)重影響了人類的生存和生活，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。于是為了提高施工質(zhì)量，提出預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)，該技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)張拉壓漿的弊端，從而很大程度上提高工程施工質(zhì)量。

1橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)的重要性

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉施工系統(tǒng)的組成部分比較簡(jiǎn)單，主要是機(jī)械化的油泵、千斤頂?shù)仍O(shè)備組成。在應(yīng)用過程中存在很多的不確定因素，容易造成很多誤差，其張拉精度大致在±15%左右。這些誤差的來源大致有4種：①在施工時(shí)控制位移和壓力是通過手動(dòng)的方式操作，這種操作方式難免會(huì)存在較大的隨意性，在施工過程中僅僅只通過壓力表的讀數(shù)控制張拉力，這種方式的精確度不高，所以就會(huì)存在一定的誤差;②在持荷的時(shí)間段內(nèi)不能精確的控制好荷載大小，因?yàn)闆]有自動(dòng)補(bǔ)償張拉功能，所以在控制過程中就會(huì)存在欠張的情況，當(dāng)出現(xiàn)這種情況之后就會(huì)給工程質(zhì)量造成較大的危害;③在橋梁施工時(shí)，需要對(duì)鋼絞線張拉伸長量進(jìn)行測(cè)量和記錄，這些工作都是通過人工進(jìn)行完成，所以就會(huì)存在數(shù)據(jù)不可靠或者記錄不及時(shí)的現(xiàn)象，也會(huì)造成一定的誤差;④在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)需要同步進(jìn)行張拉，然而傳統(tǒng)的施工方式是通過人工進(jìn)行張拉，不同的人之間不可能達(dá)到完全的同步，所以在進(jìn)行張拉時(shí)同步精度會(huì)比較低，不能達(dá)到完全的多頂對(duì)稱張拉，在錨固過程中會(huì)存在瞬時(shí)的卸掉荷載，然后就會(huì)對(duì)夾片造成沖擊，必然會(huì)造成一定的誤差。所以使用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉施工系統(tǒng)存在很大的誤差，會(huì)造成施工質(zhì)量無法達(dá)到很高的要求，從而會(huì)限制其應(yīng)用。

傳統(tǒng)的壓漿工藝也存在很多的缺陷，較為嚴(yán)重的缺陷就是壓漿不密實(shí)，就會(huì)造成施工中存在很多的問題，比如壓漿不密實(shí)就會(huì)使得預(yù)應(yīng)力筋與其他雜質(zhì)和空氣進(jìn)行接觸，就會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，從而降低預(yù)應(yīng)力筋和漿體的粘接能力，從而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力降低，結(jié)構(gòu)承載能力將會(huì)達(dá)不到規(guī)范要求，最后可能還會(huì)造成安全事故;另外，壓漿不密實(shí)還會(huì)造成錨頭出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變，從而使之達(dá)不到規(guī)范要求。使用傳統(tǒng)的壓漿工藝會(huì)出現(xiàn)各種預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病，比如鋼筋外露（如圖1所示）、錨下開裂、斷絲（如圖2所示）、絞線在孔道內(nèi)纏繞等。

面對(duì)傳統(tǒng)的張拉壓漿技術(shù)存在的各種缺陷，將其應(yīng)用于橋梁或者高速鐵路中必然會(huì)存在較大的質(zhì)量安全問題，為了避免技術(shù)的不足之處，使用智能張拉壓漿技術(shù)勢(shì)在必行。通過使用智能張拉壓漿技術(shù)不僅能夠提高張拉力精度值，降低施工過程中的各種誤差，還能夠提高施工效率、降低成本、提高施工質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)。所以在高速鐵路施工中使用橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)將會(huì)更加合適，能夠保證高速鐵路施工的質(zhì)量，降低安全事故的發(fā)生。

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

2.1智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包含3個(gè)部分，分別為智能化的操作主機(jī)、千斤頂和油泵，當(dāng)然還包含其他的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)如圖3所示。其中智能化的操作主機(jī)在系統(tǒng)中起到最重要的作用，另外兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)相互之間配合，然后與主機(jī)形成一個(gè)有機(jī)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮系統(tǒng)大的功能，共同作用形成一個(gè)智能張拉系統(tǒng)。由于將智能化應(yīng)用到系統(tǒng)中，并且其操作界面比較簡(jiǎn)明、清晰易懂，從而能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的體驗(yàn)感。將相關(guān)的數(shù)據(jù)直接使用計(jì)算機(jī)傳輸?shù)街悄芑牟僮髦鳈C(jī)中，即可反映出鋼絞線伸長量和張拉力之間的關(guān)系，并且反映的結(jié)果非常直觀且準(zhǔn)確，能夠直接用于張拉施工時(shí)的校對(duì)指標(biāo)。

在施工過程中，傳感器能夠及時(shí)的將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，然后計(jì)算機(jī)會(huì)將其傳輸給主機(jī)，主機(jī)受到數(shù)據(jù)之后會(huì)及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行分析，從而準(zhǔn)確的反映出力與伸長量之間的變化關(guān)系。當(dāng)張拉設(shè)備在工作過程中，其中需要對(duì)稱張拉，所以能夠調(diào)整其電機(jī)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)張拉補(bǔ)償功能。另外，在控制張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)，需要對(duì)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行良好控制，才能保證張拉預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確性。

在整個(gè)技術(shù)施工過程中，主要通過主機(jī)中的指令控制模式，然后檢測(cè)和監(jiān)控張拉過程，其控制作用屬于自動(dòng)化控制。智能張拉系統(tǒng)中還存在斷電后數(shù)據(jù)記憶功能和漏壓補(bǔ)償功能，所以機(jī)械出現(xiàn)問題之后，比如存在斷電或者漏壓的現(xiàn)象，并不會(huì)導(dǎo)致張拉數(shù)據(jù)丟失，從而能夠提高在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性能。

2.2智能張拉施工技術(shù)

采用傳統(tǒng)的施工方式，橋梁出現(xiàn)各種問題的主要原因在于預(yù)應(yīng)力施工的不標(biāo)準(zhǔn)性和不規(guī)范性。對(duì)某大橋的施工過程中，出現(xiàn)了鋼絞線纏繞到一起的現(xiàn)象，于是在張拉過程中就會(huì)導(dǎo)致長短不一樣的狀況，于是就會(huì)出現(xiàn)斷絲或者滑絲的現(xiàn)象。更嚴(yán)重的是在張拉過程中，沒有出現(xiàn)任何的問題，然而在其施工完成之后不久，就會(huì)出現(xiàn)鋼絞線疲勞的問題，從而造成更為嚴(yán)重的事故。

由于這些問題，降低了橋梁施工的安全性能，為了解決這些問題，于是在張拉之前，就將橋梁相關(guān)的重要要素輸入到主機(jī)系統(tǒng)中，然后根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)要求，從而可確定出預(yù)應(yīng)力張拉過程中需要的各種相關(guān)參數(shù)，比如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼絞線個(gè)數(shù)等等。

在施工過程中，隨著時(shí)間的變化，張拉過程中的千斤頂應(yīng)力、應(yīng)變都會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行觀察，從而可以其變化曲線進(jìn)行分析，當(dāng)在施工過程中出現(xiàn)某些問題，可以通過觀察到的變化曲線從而及時(shí)的解除張拉狀態(tài)，從而可以提高施工過程中的穩(wěn)定性和安全性。于是與傳統(tǒng)的施工方式相比，使用智能張拉系統(tǒng)能夠提高某大橋的施工效果，提高其安全性能，并且能夠?qū)⑵溲由煺`差控制在2%以內(nèi)。

另外，通過智能張拉系統(tǒng)，能夠讓工程建設(shè)的多個(gè)參與部門進(jìn)行及時(shí)的相互交流，比如監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方、業(yè)主方等。而且智能張拉系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)空間限制，在遠(yuǎn)距離的地方能夠?qū)κ┕みM(jìn)行管理，所以有助于提高施工質(zhì)量。同時(shí)，在應(yīng)用智能張拉系統(tǒng)時(shí)，能夠自動(dòng)生成張拉記錄表，并且將這些表發(fā)送給業(yè)主，從而可以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性，因?yàn)槟承┦┕挝粫?huì)將數(shù)據(jù)進(jìn)行造假，從而可以杜絕這種造假行為。并且還能夠省去工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，從而可以提高工程施工的效率。表1即為智能張拉系統(tǒng)與傳統(tǒng)的手工張拉的比較，從表中可知直觀的看出智能張拉系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更多，應(yīng)用效果將會(huì)更好。

3橋梁預(yù)應(yīng)力智能壓漿施工技術(shù)應(yīng)用分析

3.1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)的主要作用在于能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力筋保護(hù)在混凝土內(nèi)，確保其不會(huì)漏在外面，從而避免受到環(huán)境因素的影響造成預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)破壞。所以將智能壓漿系統(tǒng)應(yīng)用到橋梁中能夠提高其耐久性。智能壓漿系統(tǒng)的工作原理在于，首先預(yù)應(yīng)力鋼筋使用水泥漿體將其與包裹在混凝土上，從而使得混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行有機(jī)結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體，從而可以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能。在應(yīng)用傳統(tǒng)的壓漿技術(shù)時(shí)，如果預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部的壓漿不密實(shí)、孔隙過大，從而就會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，降低其結(jié)構(gòu)的耐久性能。但是隨著智能壓漿系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠保證壓漿達(dá)到密實(shí)度，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性、保證其施工質(zhì)量。圖4即為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理圖。

從圖4中可以看出智能壓漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，其中最重要的結(jié)構(gòu)為計(jì)算機(jī)主機(jī)、循環(huán)壓漿體系和測(cè)控體系。在系統(tǒng)中有一個(gè)回路構(gòu)成，其中主要包含預(yù)應(yīng)力管道、壓漿泵和制漿機(jī)組成，其主要作用在于將管道內(nèi)的漿液進(jìn)行循環(huán)作用，目的在于將管道內(nèi)的空氣排出干凈。如果該回路中出現(xiàn)堵車現(xiàn)象，將會(huì)被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并對(duì)其進(jìn)行處理。

智能壓漿系統(tǒng)在沖孔過程中主要利用的壓力，能夠?qū)⒐艿纼?nèi)的雜質(zhì)清除干凈，從而可以保證壓漿密實(shí)度。管道內(nèi)壓漿流量、水膠比等參數(shù)會(huì)通過安裝傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，安裝位置為進(jìn)出漿口，通過對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)控，能夠?qū)?shù)據(jù)傳送到主機(jī)中，主機(jī)就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而能夠得到系統(tǒng)的反饋，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得壓漿過程能夠順利完成。

智能壓漿系統(tǒng)最重要的優(yōu)勢(shì)在于能夠保證漿液密實(shí)度，從而降低管道內(nèi)部空隙率，有助于提高壓漿施工的質(zhì)量，從而使得結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量有所提高。在應(yīng)用智能壓漿系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)，其設(shè)置和調(diào)節(jié)的合理性直接決定著智能壓漿系統(tǒng)的應(yīng)用效果，所以，相關(guān)工作人員需要提高智能壓漿系統(tǒng)的操作能力，才能保證施工質(zhì)量與效果。

3.2智能壓漿施工技術(shù)

智能壓漿施工技術(shù)在某大橋的應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)了灌漿回路的循環(huán)，能夠使得漿液從出口位置流到儲(chǔ)漿桶中。預(yù)應(yīng)力管道中存在空氣，要保證灌漿的密實(shí)度，就需要將其中的空氣排除干凈。智能壓漿系統(tǒng)的主要施工方式就是使用的持續(xù)循環(huán)灌漿方式，在這個(gè)過程中需要對(duì)漿液水膠比進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)然還有其他的相關(guān)參數(shù)需要進(jìn)行檢測(cè)，于是在出進(jìn)漿口的位置設(shè)置傳感器，從而檢測(cè)相關(guān)的指標(biāo)，有利于提高灌漿施工的質(zhì)量。另外，當(dāng)有些指標(biāo)參數(shù)不符合規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)，還需要通過主機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至參數(shù)符合相關(guān)規(guī)范為止。所以通過智能壓漿施工技術(shù)能夠有效保證施工的質(zhì)量。

智能壓漿系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，能夠有效保證壓漿的密實(shí)度符合規(guī)范設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒐艿纼?nèi)的空氣排出干凈，從而提高預(yù)應(yīng)力壓漿施工的質(zhì)量。另外，在應(yīng)用該技術(shù)過程中，為了消除錨頭密封不實(shí)的情況，可以通過使用密封加彈性墊片的方式，從而可以保證其密封性能?？傊c傳統(tǒng)的壓漿施工技術(shù)相比較，智能壓漿系統(tǒng)可以大大提高施工的精確度，降低人為因素的干擾，提高施工的總體質(zhì)量。能夠?qū)酀{過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，從而保證施工質(zhì)量。最后，由于在壓漿施工中使用了智能化的施工方式，能夠提高施工效率，從而提高工程的社會(huì)效益。表2即為智能壓漿與傳統(tǒng)壓漿的比較，從表中可以明顯的看出智能壓漿系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更多。

4預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在某高速鐵路大橋中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)，其中某個(gè)梁底、腹、頂板束一共需要330孔預(yù)應(yīng)力，另外還需要準(zhǔn)備6孔作為備用，一共需要張拉162次，壓漿168次，這是采用的智能張拉壓漿技術(shù)進(jìn)行的施工，所以其張拉和壓漿次數(shù)相對(duì)很少。并且還能夠提高施工質(zhì)量和施工效率，降低施工成本。

在高速鐵路的應(yīng)用過程中，從中可以發(fā)現(xiàn)施工預(yù)應(yīng)力張拉壓漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。從技術(shù)方面進(jìn)行分析，通過使用智能張拉系統(tǒng)，當(dāng)張拉力下降百分之一時(shí)，錨固之前就會(huì)通過系統(tǒng)的自動(dòng)不拉功能，將其值改正到規(guī)定值;能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的雙控，自動(dòng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，和張拉力同步控制;在應(yīng)用過程中其同步精度達(dá)到±2%;通過智能化的張拉系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的按照設(shè)定的程序進(jìn)行工作，減少了人為的影響;在應(yīng)用過程中，采用的緩慢卸載，從而降低了夾片的損壞率，還能夠減少回縮率;另外，在應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高人員的安全性，提高管理水平和施工質(zhì)量。

在高速鐵路中應(yīng)用智能壓漿系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力管內(nèi)的空氣排出干凈，從而提高壓實(shí)密度;能夠?qū)軆?nèi)的壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而使其保持在規(guī)范設(shè)計(jì)的范圍內(nèi);在應(yīng)用過程中自動(dòng)加水加料，從而可以保證漿液水膠比控制在一個(gè)正常的值內(nèi);對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，從而有利于調(diào)整灌漿壓力;另外，智能壓漿系統(tǒng)在該高速鐵路中進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)⑵滟|(zhì)量進(jìn)行追溯，提高質(zhì)量和管理水平。

上述是從技術(shù)方面分析該技術(shù)的應(yīng)用效果，然而從經(jīng)濟(jì)效益上進(jìn)行分析，將會(huì)更加直觀的看出智能技術(shù)在應(yīng)用過程中的優(yōu)勢(shì)。如果采用傳統(tǒng)的張拉至少需要6人同時(shí)工作，其中張拉需要2人，測(cè)量需要2人，記錄數(shù)據(jù)需要2人，而使用智能張拉只需要2人即可完成，其中一人操作電腦，另外一個(gè)人照看張拉現(xiàn)場(chǎng)。所以通過使用智能張拉技術(shù)能夠節(jié)約4人的工資。智能壓漿技術(shù)能夠?qū)﹄p孔同時(shí)壓漿，而人工智能壓漿一個(gè)孔，所以不僅能夠節(jié)約一半的工人，而且還提高了工作效率，所以采用智能張拉壓漿技術(shù)具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)語

綜上所述，預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更多，能夠提高工作效率、增強(qiáng)施工質(zhì)量、增加張拉精確度、節(jié)約成本等，正式由于這些優(yōu)勢(shì)較多，使其在橋梁施工中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于高速鐵路施工過程中，同樣能夠使用該技術(shù)發(fā)揮更好的應(yīng)用效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)與發(fā)展，將會(huì)具有更好的應(yīng)用價(jià)值。