橋梁智能預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿工藝的應(yīng)用

王立雙

（邢臺(tái)市信都區(qū)地方道路管理站，河北邢臺(tái) 054001）

0 引言

在當(dāng)前的建設(shè)工程行業(yè)中，橋梁的預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿施工大都仍基于傳統(tǒng)的方式，即按事先計(jì)算出來(lái)的初始張拉力與設(shè)計(jì)張拉力，根據(jù)油壓表的讀數(shù)與測(cè)量的鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量進(jìn)行過(guò)程控制。但實(shí)際中的壓力表讀數(shù)存在精度問(wèn)題，且更多的是依靠操作人員的水平和責(zé)任心。橋梁的預(yù)應(yīng)力張拉控制直接影響梁體的結(jié)構(gòu)安全性，控制不好將嚴(yán)重影響橋梁的有效使用壽命，導(dǎo)致后期提前加固甚至造成工程事故。為更準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工，智能張拉與壓漿工藝應(yīng)運(yùn)而生。孫衍存[1]針對(duì)傳統(tǒng)張拉工藝的缺陷和不足，提出了預(yù)應(yīng)力智能張拉和大循環(huán)壓漿技術(shù)，并介紹了對(duì)應(yīng)的工藝。劉亞昌[2]闡述了橋梁智能張拉與智能壓漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其具體應(yīng)用等，指出了該智能技術(shù)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。

本文在既有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹智能張拉與壓漿工藝概念與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并以某大型橋梁工程實(shí)際為案例，結(jié)合具體工程數(shù)據(jù)，驗(yàn)證該智能工藝的有效性，提出該工藝存在的不足，并對(duì)未來(lái)的研究重點(diǎn)進(jìn)行展望。

1 智能預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿工藝介紹

1.1 智能預(yù)應(yīng)力張拉

鋼絞線(xiàn)、錨墊板和波紋管完成安裝后，保證混凝土強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)的85%，且齡期不小于7d，通過(guò)雙拉雙控進(jìn)行預(yù)應(yīng)力智能張拉。工藝原理如圖1所示。

圖1 智能預(yù)應(yīng)力張拉工藝原理

（1）預(yù)應(yīng)力張拉前準(zhǔn)備：核對(duì)夾片、錨具等的規(guī)格和型號(hào)，合格后方可投入使用；張拉前先壓混凝土試塊，檢查孔道內(nèi)是否存在異物；對(duì)選配錨夾具與鋼絞線(xiàn)進(jìn)行校驗(yàn)，計(jì)算鋼絞線(xiàn)張拉伸長(zhǎng)量并報(bào)監(jiān)理工程師確認(rèn)，張拉所用儀表、千斤頂?shù)葯z驗(yàn)標(biāo)定后方可使用。

（2）智能張拉：?jiǎn)?dòng)張拉智能系統(tǒng)后，由操作人員啟動(dòng)張拉程序；油泵供油至千斤頂張拉油缸，按10%、20%、100%三級(jí)加載過(guò)程依次上升油壓，控制千斤頂加載速度，確保持荷穩(wěn)定；張拉過(guò)程中自動(dòng)校核張拉后的活塞伸長(zhǎng)值，并比較與計(jì)算值的偏差，當(dāng)偏差大于±5%時(shí)，系統(tǒng)停止張拉并將自動(dòng)報(bào)警。

1.2 智能壓漿

完成智能預(yù)應(yīng)力張拉后，孔道壓漿最遲不超過(guò)48h，壓漿前全面檢查排氣孔、掃水孔等，并檢測(cè)壓漿設(shè)備；采用活塞式壓漿泵，壓力0.5～0.7MPa。工藝流程如圖2所示。

圖2 智能壓漿工藝流程

（1）壓漿泵和真空泵分別連接至壓漿端閥門(mén)Ⅰ和非壓漿端閥門(mén)Ⅱ，水泥漿出口接密封閥門(mén)Ⅲ，壓漿前關(guān)閉排氣閥門(mén)Ⅰ和Ⅲ并啟動(dòng)真空泵，使體系負(fù)壓達(dá)到0.1MPa。

（2）真空泵開(kāi)啟狀態(tài)下打開(kāi)壓漿端閥Ⅰ和密封閥門(mén)Ⅲ進(jìn)行壓漿，當(dāng)密封閥門(mén)Ⅲ排氣孔流出微沫漿且無(wú)氣泡時(shí)關(guān)閉真空泵。壓漿充盈度與規(guī)定流動(dòng)度相同時(shí)關(guān)閉出漿口，0.5MPa下穩(wěn)壓3～5min后關(guān)閉壓漿端和壓漿機(jī)閥門(mén)。

2 智能預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿工藝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）測(cè)量精度高。測(cè)量伸長(zhǎng)量用位移傳感器替換傳統(tǒng)鋼尺鋼束，可確保精準(zhǔn)到0.01mm；位移傳感器能把產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，防止人為干擾；高精度位移傳感器能直接反映鋼束伸長(zhǎng)量，使精度得到極大提高。

（2）張拉精度高。通過(guò)壓力傳感器替換傳統(tǒng)壓力表，可確保精準(zhǔn)到0.01MPa；高精度壓力傳感器放置在千斤頂內(nèi)部，能直接顯示張拉應(yīng)力，提高對(duì)張拉力的控制；系統(tǒng)事先處理持荷荷載、持荷時(shí)間和加載速率等參數(shù)，防止出現(xiàn)超拉、欠拉。

（3）可實(shí)現(xiàn)同步張拉。借助現(xiàn)場(chǎng)配置的2臺(tái)相同功率大小的油泵控制千斤頂，能對(duì)多個(gè)千斤頂進(jìn)行同步張拉；傳感器實(shí)測(cè)值如不符合相關(guān)要求，須解決后重新開(kāi)始張拉；持荷階段系統(tǒng)可自動(dòng)校核加載速率、持荷壓力和持荷時(shí)間等參數(shù)。

3 工程實(shí)例

某高速公路主線(xiàn)全長(zhǎng)86.471km，其相應(yīng)制梁場(chǎng)的總占地面積大約為145318.8m2，承擔(dān)特大橋合計(jì)597孔的箱梁預(yù)制施工任務(wù)，箱梁混凝土澆筑320方，總重量達(dá)900t。預(yù)應(yīng)力施工包括高邊坡防護(hù)和預(yù)制箱梁的預(yù)應(yīng)力施工，其中箱梁規(guī)格為20m小箱梁、25m小箱梁、30m小箱梁和40mT型梁。項(xiàng)目采用智能張拉與壓漿工藝，有效保證了工程質(zhì)量。

從實(shí)踐應(yīng)用可以看出，傳統(tǒng)張拉設(shè)備需5個(gè)人同時(shí)操作，而采用智能張拉僅需一名工人操作電腦和一名輔助監(jiān)測(cè)人員，同時(shí)施工效率提升30%～40%，節(jié)約人工成本15萬(wàn)元/年，智能預(yù)應(yīng)力施工工藝一定程度減少了人為誤差因素，精確度和效率均較高，由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益較顯著。

智能壓漿的壓漿劑價(jià)格相對(duì)便宜且利用率高，而傳統(tǒng)壓漿設(shè)備多采用高質(zhì)量、價(jià)格昂貴的壓漿劑，施工過(guò)程中極易發(fā)生漏漿，導(dǎo)致所需的漿體量較大。雖然智能壓漿系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)較高，但施工質(zhì)量較好同時(shí)節(jié)約了人力和材料上的費(fèi)用，可減少材料成本約25萬(wàn)元。因此，智能預(yù)應(yīng)力施工工藝在整體經(jīng)濟(jì)性上具有顯著優(yōu)勢(shì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿進(jìn)行控制便于現(xiàn)場(chǎng)管理，較好地保證了施工質(zhì)量。

4 智能預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿工藝的應(yīng)用效果

目前，關(guān)于智能預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿技術(shù)研究較多[3-6]，如葉建波等[7]、徐海源[8]、劉大鵬等[9]等都在工程實(shí)際中進(jìn)行過(guò)應(yīng)用，但仍缺少大型工程項(xiàng)目實(shí)例，質(zhì)量控制和工藝技術(shù)也需進(jìn)一步完善。為進(jìn)一步驗(yàn)證智能化工藝的效果，以本文所述工程的某段箱梁為例，列舉部分張拉數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 某箱梁鋼絞線(xiàn)張拉力及伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)

由表1可知，實(shí)施智能張拉技術(shù)后，該段箱梁的鋼絞線(xiàn)理論與實(shí)際伸長(zhǎng)量誤差較小，鋼絞線(xiàn)伸長(zhǎng)量變化相對(duì)平穩(wěn)，最大偏差僅為1.41%，張拉力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此，在橋梁張拉工藝方面，采取智能手段可以保證施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量與安全的雙贏(yíng)。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力張拉壓漿的精確控制，將智能預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿工藝應(yīng)用于高速公路橋梁工程建設(shè)中，分析了公路橋梁智能預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿工藝的施工工藝流程。較傳統(tǒng)張拉和壓漿技術(shù)，智能預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿施工工藝能提升預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的使用壽命和牢固度，同時(shí)節(jié)約大量材料成本和人工成本，具有較好的應(yīng)用前景。

目前智能預(yù)應(yīng)力施工工藝仍存在些許不足，主要體現(xiàn)在其設(shè)備的傳感器的測(cè)量原理無(wú)法識(shí)別出鋼絞線(xiàn)的回縮值，因此相比傳統(tǒng)人工測(cè)量方法，精度提升有限；另外，智能張拉設(shè)備屬于精密設(shè)備，一旦受外界環(huán)境影響受到損壞，使前端控制器失靈，則維修需由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)度造成一定的影響。因此，開(kāi)發(fā)更加高效、運(yùn)行穩(wěn)定且有一定容錯(cuò)性的智能張拉與壓漿設(shè)備，將成為今后的研究重點(diǎn)，使其更好地服務(wù)于工程項(xiàng)目。