智能張拉、壓漿技術(shù)在預(yù)制T梁中的應(yīng)用

步文敏

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

1 工程概況

丹錫高速公路克什克騰至承德聯(lián)絡(luò)線(xiàn)克什克騰（經(jīng)棚）至烏蘭布統(tǒng)（蒙冀界）段位于赤峰市克什克騰旗。西拉沐淪河特大橋起點(diǎn)樁號(hào)為K14+069，終點(diǎn)樁號(hào)為K16+133，橋梁全長(zhǎng)2 064 m。

西拉沐淪河特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)形式為主跨240 m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土矮墩斜拉橋，最大墩高206 m，引橋采用40 m 跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，最大墩高93.2 m。橋跨組成：（4×40）+（3×40）+（128+5×240+128）+2×（4×40）=2 056 m。引橋橋梁上部結(jié)構(gòu)形式為40 m 預(yù)制預(yù)應(yīng)力T 梁，采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，梁片間距2.1 m，梁高2.5 m，頂板寬1.7 m。預(yù)制T 梁共計(jì)180 片，采用C50 高性能混凝土和公稱(chēng)直徑為15.2 mm 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)。項(xiàng)目共設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng)2 座，其中1#梁場(chǎng)生產(chǎn)96 片，2#梁場(chǎng)生產(chǎn)84 片。

2 智能張拉系統(tǒng)的構(gòu)造及特點(diǎn)

智能張拉系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工手動(dòng)操作張拉機(jī)具設(shè)備，運(yùn)用計(jì)算控制系統(tǒng)及利用應(yīng)力應(yīng)變傳感器實(shí)時(shí)反饋量測(cè)數(shù)據(jù)方式，精確處理計(jì)算各階段數(shù)據(jù)及偏差，實(shí)時(shí)調(diào)控應(yīng)力應(yīng)變偏差，消除人為操作失誤及誤差影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力加載的全過(guò)程控制，在最大程度上保證了預(yù)制T 梁的產(chǎn)品質(zhì)量，保障預(yù)制T 梁的運(yùn)營(yíng)安全，是當(dāng)今預(yù)應(yīng)力張拉施工中的前沿智能科技。智能張拉系統(tǒng)由智能張拉主機(jī)、智能張拉機(jī)、千斤頂、位移傳感器、壓力傳感器組成，精確控制兩頂同步張拉，五部分相互協(xié)作，共同推動(dòng)智能張拉系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。智能張拉工藝示意圖如圖1 所示。

圖1 智能張拉工藝示意圖

智能張拉系統(tǒng)使用力傳感器直接測(cè)量張拉力，量測(cè)數(shù)據(jù)更直接，消除了穿心千斤頂內(nèi)在的摩阻、油管虛壓等外界因素的影響，實(shí)時(shí)校核力傳感器和油壓傳感器的測(cè)量值，解決了單獨(dú)使用油壓傳感器測(cè)力準(zhǔn)確性無(wú)法驗(yàn)證的問(wèn)題，確保張拉力顯示值真實(shí)可靠，不受人為因素干擾。采用高壓閥組、高壓泵頭、專(zhuān)用邏輯控制電路等組件保證了預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)安全性、穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的可靠性。智能張拉系統(tǒng)還可進(jìn)行信息的錄入，自動(dòng)記錄張拉過(guò)程中的所有原始數(shù)據(jù)，生成工程管理中所需的各種報(bào)表，減少手寫(xiě)填寫(xiě)報(bào)表，消除人為計(jì)算錯(cuò)誤情況。智能張拉系統(tǒng)可通過(guò)API 接口及Web 服務(wù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，將數(shù)據(jù)對(duì)接至各參建方的工程管理平臺(tái)或BIM 平臺(tái)中，各參建方可通過(guò)工程管理平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控張拉過(guò)程，觀察張拉曲線(xiàn)，有利于各方數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)張拉全過(guò)程管理，保證施工質(zhì)量。在預(yù)制T 梁張拉施工過(guò)程中，難免會(huì)遇到停電、斷電等突發(fā)情況，智能張拉系統(tǒng)也針對(duì)該種風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)了處置方案，系統(tǒng)具備斷電恢復(fù)功能，即電力系統(tǒng)恢復(fù)正常后，斷電前壓力數(shù)據(jù)、張拉的位移和張拉狀態(tài)不會(huì)因突發(fā)斷電情況而丟失，可以繼續(xù)進(jìn)行未完成的張拉工作。

3 智能張拉施工技術(shù)

在以往采用傳統(tǒng)人工手動(dòng)操作穿心千斤頂進(jìn)行預(yù)應(yīng)力工程施工時(shí)，人工操作存在較多的錯(cuò)誤操作或者違章操作，使得控制精度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的張拉要求，極易導(dǎo)致預(yù)制T 梁出現(xiàn)病害，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期的使用安全影響較大。同時(shí)，在以往進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工中，張拉設(shè)備采用的是指針油壓表，機(jī)械振動(dòng)也導(dǎo)致指針偏差晃動(dòng)，精度較低，存在較大的讀數(shù)誤差。雖然后期通過(guò)引用抗震型壓力表，但仍需要人工進(jìn)行讀數(shù)，手工記錄數(shù)據(jù)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況。張拉時(shí)采用手工控制進(jìn)、回油閥，也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力的無(wú)法精準(zhǔn)控制，并且使用的是鋼板尺進(jìn)行鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量的量測(cè)，造成量測(cè)數(shù)據(jù)精度低、誤差大。預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中因采用手動(dòng)控制，兩端張拉時(shí)，由兩側(cè)操作工人分別操作兩個(gè)不同的張拉千斤頂，也無(wú)法達(dá)到同步張拉的效果，操作人員配備數(shù)量也較多，過(guò)程中發(fā)生事故隱患的可能性較大。

智能張拉施工技術(shù)可以解決上述傳統(tǒng)手工張拉的缺點(diǎn)，而且可以進(jìn)一步優(yōu)化張拉施工工藝，對(duì)施工進(jìn)行全過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤和控制，操作過(guò)程中如數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，也可及時(shí)采取處理措施和補(bǔ)救方案。智能張拉設(shè)備的應(yīng)用，充分展現(xiàn)了精細(xì)化、智能化、信息化管理，在預(yù)制T梁的全生命周期中，做到了張拉施工的精準(zhǔn)控制，對(duì)施工質(zhì)量控制能起到關(guān)鍵作用，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期出現(xiàn)的病害原因進(jìn)行分析，做到了張拉過(guò)程可視化、數(shù)據(jù)可追溯。智能張拉施工技術(shù)有著傳統(tǒng)手工張拉施工工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，其對(duì)比信息如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)手工張拉與智能張拉對(duì)比

4 智能壓漿系統(tǒng)的構(gòu)造及特點(diǎn)

智能壓漿系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、自動(dòng)除塵系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)和壓漿系統(tǒng)5 部分組成。它采用自動(dòng)除塵系統(tǒng)，通過(guò)供料過(guò)程中進(jìn)行除塵以及制漿過(guò)程中進(jìn)行高速攪拌達(dá)到除塵效果，大大降低了對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人員健康的傷害。壓漿計(jì)量采用高精度稱(chēng)重傳感器，在制漿以及壓漿過(guò)程中，儲(chǔ)漿桶及攪拌桶的重量會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生改變，稱(chēng)重傳感器可精確感應(yīng)儲(chǔ)漿桶及攪拌桶重量的變化，對(duì)預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)的壓漿量進(jìn)行計(jì)量，這樣可更好地保證計(jì)量進(jìn)度滿(mǎn)足要求。智能壓漿施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 智能壓漿施工工藝流程圖

5 智能壓漿系統(tǒng)在預(yù)制T 梁中的應(yīng)用

在預(yù)制T 梁壓漿施工過(guò)程中，智能壓漿技術(shù)不僅可以降低人為操作對(duì)壓漿質(zhì)量的影響，還可彌補(bǔ)傳統(tǒng)張拉設(shè)備本身存在的不足，更能減少對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)能減排，減少對(duì)人員健康的影響。以往傳統(tǒng)的壓漿工藝是采用人工進(jìn)行壓漿料的拌合，稱(chēng)量壓漿料時(shí)存在按壓漿料外包裝所示重量計(jì)算使用袋數(shù)、加水時(shí)按照水桶內(nèi)標(biāo)刻度作為稱(chēng)重依據(jù)等不精確問(wèn)題。傳統(tǒng)的操作方法會(huì)出現(xiàn)較多的不確定性，加之施工環(huán)境影響，使得誤差逐步遞增，施工質(zhì)量呈現(xiàn)離散性，預(yù)制T 梁質(zhì)量偏差較大，施工質(zhì)量無(wú)法得到保障。拌制漿液過(guò)程中，存在工人僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，目測(cè)漿料稠度是否適合，未保證漿料是否充分?jǐn)嚢?，造成配合比偏差較大，漿液濃度時(shí)稀時(shí)稠，這樣就會(huì)從根本上影響預(yù)應(yīng)力管道壓漿的質(zhì)量。在壓漿過(guò)程中，由于設(shè)備性能較為簡(jiǎn)易，故也無(wú)法將壓漿的壓力保持在規(guī)定合理的范圍內(nèi)，孔道壓漿的時(shí)長(zhǎng)由工人經(jīng)驗(yàn)決定，或者僅按照排氣孔有漿液流出判斷是否飽滿(mǎn)，無(wú)法進(jìn)行保壓操作，使得波紋管內(nèi)漿液飽滿(mǎn)度無(wú)法得到保障，質(zhì)量缺陷不可避免，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期也存在較大的安全隱患。

與傳統(tǒng)手工壓漿工藝相比較，智能壓漿技術(shù)采用了更為先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備、更為科學(xué)的控制方法，從原材料的稱(chēng)量、拌合時(shí)長(zhǎng)控制，保證了漿液的稠度，防止?jié){液沉淀，并采用螺桿式壓力泵及儲(chǔ)能設(shè)備作為動(dòng)力源，保證了注漿時(shí)的設(shè)計(jì)壓力，從根本上解決了以往施工中常見(jiàn)的質(zhì)量無(wú)法控制的情況，與智能系統(tǒng)相結(jié)合，規(guī)避了人為因素、稱(chēng)量設(shè)備、拌制加壓設(shè)備因素、技術(shù)因素等對(duì)預(yù)制T 梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量的影響，不僅保證了壓漿料配合比的準(zhǔn)確性、漿液良好的流動(dòng)性、注漿壓力的穩(wěn)定性，而且使得預(yù)應(yīng)力筋等得到良好保護(hù)，從而保障了孔道壓漿的密實(shí)度，對(duì)施工質(zhì)量控制能起到關(guān)鍵性作用，進(jìn)一步提高橋梁的運(yùn)營(yíng)期安全性及耐久性。同時(shí)，通過(guò)API 接口數(shù)據(jù)的直接調(diào)用，使網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與信息自動(dòng)錄入取代了以往傳統(tǒng)的手工數(shù)據(jù)的記錄，充分體現(xiàn)了智能化優(yōu)勢(shì)，提高了施工效率和質(zhì)量。在各個(gè)方面，智能壓漿技術(shù)都在傳統(tǒng)技術(shù)上有了很大的提高，其對(duì)比信息如表2 所示。

表2 傳統(tǒng)手工壓漿與智能壓漿對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

在預(yù)制T 梁施工過(guò)程中，采用智能張拉、壓漿技術(shù)能夠收到良好的效果，可以解決傳統(tǒng)張拉壓漿施工中存在的諸多問(wèn)題，有利于提高預(yù)制T 梁的施工質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，為后續(xù)橋梁施工建立有效的預(yù)應(yīng)力體系。本文分析了傳統(tǒng)張拉壓漿施工工藝的局限性，相較而言，智能張拉壓漿技術(shù)的產(chǎn)生，大大提高了我國(guó)橋梁施工的智能化、專(zhuān)業(yè)化、信息化水平，同時(shí)新的施工工藝也做到節(jié)能減排，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”目標(biāo)作出了一份努力。我國(guó)多個(gè)地區(qū)均已發(fā)布了預(yù)應(yīng)力張拉壓漿的地方、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)應(yīng)力智能設(shè)備、智能檢測(cè)技術(shù)、施工大數(shù)據(jù)庫(kù)的建立都在不斷地完善與優(yōu)化，智能張拉壓漿技術(shù)也在不斷地應(yīng)用到更多的橋梁工程中。在今后的施工過(guò)程中，我們應(yīng)不斷提高施工水平，使智能張拉和智能壓漿在預(yù)制T 梁施工過(guò)程中得到更好的應(yīng)用，提高技術(shù)專(zhuān)業(yè)水平和橋梁的建設(shè)質(zhì)量。