預應力智能張拉控制系統(tǒng)及真空壓漿工藝在公路橋梁工程中的應用探討

盧向陽

長沙華南土木工程監(jiān)理有限責任公司 湖南省長沙市 410076

1 引言

OVM 預應力智能張拉施工壓漿控制系統(tǒng)，通過微機控制的張拉油泵和千斤頂，并通過測力感應器和位移傳感器的測量及數(shù)據(jù)反饋，實現(xiàn)預應力同步精確張拉。同時，它還自動保存張拉施工的歷史數(shù)據(jù)并自動形成報表?？蓪崿F(xiàn)單端手動張緊，自動累計計算分級張拉施工伸長，通過安全閥調節(jié)最大張緊力和螺旋千斤頂位置。

2 智能張拉系統(tǒng)及工作原理

OVM 預應力智能張拉控制系統(tǒng)的主要部件是24 個智能千斤頂和2 個智能油泵。在預應力自動張拉過程中，以力值為控制對象，以伸長量為校核值，達到雙重控制目的。

伸長量用作檢查量，以實現(xiàn)雙重控制目標：

通過傳感器測量數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)實時得到每臺張拉設備的張拉力值和鋼鉸線的伸長量，根據(jù)分析結果將控制指令傳遞給張拉設備，調整變頻電機的工作參數(shù)以及油泵電機的轉速，實現(xiàn)張拉力和加載速度的實時、精確控制，系統(tǒng)可根據(jù)預設的力值和張拉步驟，發(fā)出指令，自動完成張拉全過程。

智能張拉施工管理系統(tǒng)操作簡便，界面人性化，適合于所有的建筑施工現(xiàn)場環(huán)境。通過智能張拉施工管理系統(tǒng)，可自主讀取梁板混凝土參數(shù)，并智能測算張拉施工過程中的最大壓力值，通過無線遙控油泵進、退油，檢測最大伸長量，通過實時無線收集的液壓和機械位移信號，可自主產生預應力張拉記錄表。在整個流程中不需要人工干預，有糾錯、數(shù)據(jù)同步和張拉審計等流程管理。整個張拉施工流程完全由計算機管理，徹底改變了傳統(tǒng)的張拉施工作業(yè)方式為手動操作油泵，真正做到了張拉施工的同步控制。

啟動智能張拉施工系統(tǒng)平臺界面，可以填寫將要進行的張拉梁和螺旋千斤頂?shù)挠嘘P資料，包含了項目名稱、施工單位、工程監(jiān)理方、每個螺旋千斤頂?shù)木€性關系、鋼絞線的物理特征等，并利用wifi 系統(tǒng)將智能張拉儀和電腦相連。當所有做好準備后，可以開始張拉施工。當張拉完成時，信息將自動產生，并全面管理整個張拉施工流程、延伸性以及其他流程。一旦不符合管理規(guī)定，系統(tǒng)會進行警告，提供“平均張拉力”和“理論伸長量”分析指標，分析原因，及時積累數(shù)據(jù)，以恢復張拉過程，積累工程經驗，實現(xiàn)質量管理的嚴格性。

3 智能張拉施工技術

3.1 材料和設備，優(yōu)質抗磨液壓油

精密抗震壓力表和千斤頂送有資質的計量檢定單位進行具體匹配和現(xiàn)場匹配。

3.2 張拉系統(tǒng)的準備

位移傳感器安裝：將位移傳感器組件安裝在千斤頂上，形成智能千斤頂。

液壓系統(tǒng)安裝：液壓油管必須按協(xié)議匹配，進、回油必須連接，油管緊固到位，千斤頂與主從泵站連接。

位移傳感器連接：根據(jù)校準報告上的插孔編號安裝位移傳感器，連接位移傳感器的信號線和電纜。

接通電源：將外部380V 電源連接到專用插座。外部電源應配備專用空氣開關，并可靠接地。

3.3 張拉設備的安裝

張拉手術前，檢查預制案構析，并在通過各方驗收后開始張拉手術。

現(xiàn)場施工人員開始編織、穿線、安裝千斤頂、工作錨和進線的施工程序。安裝程序如下：

（1）鋼粒線、編織、穿線和鋼紋線的沖裁長度應充分考慮孔的凈長度，工作。

錨定長度、千斤頂長度、工具錨定長度和張拉端部外露長度（一般為50cm）。綁扎鋼絲繩時，應將鋼絲繩拉直，每2m 用軟導線綁扎一次，每根鋼絞線的松緊度應盡量相同。穿線時，鋼絞線不得在管道中扭曲。

（2）安裝工作錨定板和工作夾：在安裝工作錨定板之前，清潔錨定底板墊圈處的水泥漿或軟橡膠條，按照預設的編號位置將鋼鉸線穿入工作錨定板，并安裝工作夾。

（3）安裝根部位置報告，定位根部位置報告上的相位端口和工作錨定板。

（4）安裝智能千斤頂并報告準確的根部位置。

（5）當放置工具錨時，宜將前端對準，以使孔位大小一致。鋼鉸線嚴禁與螺旋型千斤頂透氣孔部相交，以防在張拉時出現(xiàn)事故。工具錨夾宜均勻涂上潤滑油。

（6）接通千斤頂?shù)挠凸?，并接通了油表和水泵的供電?/p>

3.4 智能張拉作業(yè)

（1）啟動張拉程序：接通兩個主從泵站的電源，將控制面板上的橙色電源向右旋轉，旋轉燈亮，張拉智能平臺系統(tǒng)自動啟動，現(xiàn)場操作人員啟動張拉程序。

（2）主泵站和從泵站之間的通信：將主從泵開關向右轉到遠程模式，主從泵將自動通信，無線通信模塊上的TXD 燈和RXD 燈交替快速閃爍，主泵觸摸屏正上方顯示藍色的“聯(lián)機”圖標，表示通信成功。

如果溝通不成功，將顯示通信暫停，藍色的在線圖標將不會出現(xiàn)。此時，您可以手動觸摸上方的“通信”按鈕，等待5S。如果溝通成功，“暫?！币辉~就會消失。如果沒有，請選擇主天線位置和相關接線，或重新通電并重新通信。

選擇張拉工況（以兩端同步張拉為例）

（3）主從泵“本地/遠程”開關右旋至遠程模式，“手動/自動”開關左旋至自動模式，將面板硬件1 號頂、2 號頂旋至左邊取消本地頂?shù)倪x通。

1-2-3-4 號頂聯(lián)動：選擇主泵觸摸屏左上方的“1-2-3-4”號圖標。

（4）啟動油泵電機：從主泵手動啟動電機，從泵電機在線時自動啟動。

（5）設置張緊系統(tǒng)的參數(shù)：根據(jù)千斤頂?shù)木唧w方程式設置鋼鉸線、張拉控制力張拉應力等預制箱工作參數(shù)，確保所有相關參數(shù)輸入正確。

（6）返回主控界面，點擊“復位”。點擊“張拉”查看選定的張拉閥指示燈和起燈狀態(tài)欄顯示“第一級張拉”，然后松開按鈕。智能張拉系統(tǒng)通過張拉系統(tǒng)發(fā)送信號控制智能千斤頂預設張拉順序，進行分級對稱平衡張拉。油泵向千斤頂張拉的油箱供油。根據(jù)分級加載的過程順序，打開油管壓力。劃分方式是百分之十（初應力是計算伸長率值的起點），百分之二十和百分之一百。在張拉過程中，通過智能的張拉方式系統(tǒng)對各個階段進行了檢測與記憶，可以檢測各個階段張拉后的伸長值讀數(shù)，并可以隨時檢測主伸長數(shù)值和計算值之間的誤差。在張拉時代，可以通過智能拉緊系統(tǒng)控制智能千斤頂?shù)脑黾铀俾?，以保證供油平衡穩(wěn)定。在張拉的過程中，控制系統(tǒng)還會自動檢查測試數(shù)值。當實際拉伸數(shù)值和理論拉伸數(shù)值之差超過百分之六時，系統(tǒng)將自動報警并停止張拉。只有在查明原因并排除故障后，才能執(zhí)行下一步。在張拉完成之后，在下一次拉伸之前，你必須按下“復位”關鍵狀態(tài)指示燈顯示“待機”。如果選項保持不變，重復上述步驟完成張拉。

4 施工質量控制要點

因為預應力砼構件的澆筑流程復雜，且技術難度較大，因此預應力施工無法目視檢測其工程質量，也無法檢測其特殊的控制流程。施工質量也可以通過管理或其流程來監(jiān)控，主要涉及外部預應力材料的材質、機械設備、施工人員，以及施工技術人員等?，F(xiàn)以下根據(jù)日本施工張拉的實踐情況，總結預應力張拉施工質量管理的一些要點：

張拉施工順序須嚴格遵循設計圖示的規(guī)定，以平衡、對稱、小偏心荷載為設計準則，以保證結構與構件的受力平衡，在張拉過程中不得出現(xiàn)扭曲與側彎，以避免混凝土的過量變形。

（1）施工中嚴格執(zhí)行流水編織和穿線工藝，防止索力不均，穿線時不得將鋼鉸線纏繞在一起。

（2）限位板應安裝具有相應規(guī)范編號的面對面工作錨定板。安裝后，確保工作錨定板位于錨定墊的口中。

（3）確保千斤頂、千斤頂和工具固定板同軸。

（4）只有當達到穩(wěn)定性后可進行錨固。裝夾間的錯位差不應超過5mm，而露出錨具側面的水平高差也不應超過4mm。

（5）工具固定板和工具夾的錐孔應經常潤滑。

5 張拉安全控制措施

（1）張拉現(xiàn)場應有明顯的禁止標志，嚴禁無關人員進入。

（2）張拉作業(yè)由專人現(xiàn)場指揮。

（3）專用千斤頂支架必須與梁端底板接觸良好，位置應垂直對稱。

（4）已張緊但未灌漿的預制箱不得受到劇烈振動，以防止預應力筋式斷裂或錨坍塌。

6 與傳統(tǒng)的手動張拉相比

預應力智能張拉有許多優(yōu)勢，尤其是在伸長和張拉力控制方面?，F(xiàn)在我們逐一指出每一個優(yōu)點，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在傳統(tǒng)的手工測量中，沒有測量設備，而是用手工尺測量。油泵壓力表讀數(shù)為機械式油壓表，手動讀取并記錄。液壓油的油量完全由手動操作，精度不高。預應力智能張拉采用Gauss Lilanka，油泵采用高精度壓力傳感器，微機能高精度控制液壓油的油量。

（2）位置轉移手動張拉雙梁，4 臺泵和4臺頂部對稱張拉，配備至少8 名操作員和記錄人員，預應力智能張拉只需1 名操作員即可完成。

（3）單傳位手工張拉所無法進行的多頂同步張拉。預應力智能張拉系統(tǒng)由計算機控制，能完成多頂對稱張拉施工，且同步控制的精度高。

（4）傳位手工張拉張拉的進程沒有標準化。張拉力的準確度偏差為3%-5%。伸長率的測量和驗證不及時、不準確。預應力智能張拉通過計算機自動控制張拉過程。張拉的速度和停頓時間是準確的。計算機記錄的數(shù)據(jù)可以檢查，便于管理和監(jiān)控。張拉的力控制精度為1%。計量及時，驗證及時，實現(xiàn)了雙控的真諦。

（5）由于人工張拉的隨機性，不利于加載速度和保持時間的控制。張拉的過程預應力損失大，實際質量狀況難以掌握，缺乏有效的質量控制手段。智能張拉由于張拉工藝規(guī)范、預定加載速度和保持時間小，便于質量管理和質量追溯，提高了管理水平和工程質量。智能張拉工藝引入后，從己完成的290片30m 長預應橋廠梁的梁板張拉數(shù)據(jù)結果中顯示，人張拉方式的施工效益突出，最大拉伸偏差可限制在百分之二之內，實際拉伸量和理論拉伸量之差也不足一mm，從而減少了人工對張拉方式施工質量的影響，也有效提高了橋外部預應力施工品質。相比之下，傳統(tǒng)的張拉澆筑方式靠施工人員自動控制泵閥和手動測算伸長數(shù)據(jù)，無法真正高效的控制張拉過程和鋼鉸線的拉伸。而智能張拉工藝管理系統(tǒng)能自動讀取梁板混凝土參數(shù)，并智能測算張拉過程工藝流程中的壓力數(shù)值，控制水泵進出、回油，并實時收集液壓和機械移動信號，從而自動形成預應力張拉紀事圖。整個流程無須人工干預，對糾錯、數(shù)據(jù)同步、張拉施工結果審核等張拉實施流程進行管理，操作簡便，流程人性化，更適合于不同的施工現(xiàn)場環(huán)境，既改善了位置移動施工技術的缺點，也有效地提升了施工精度。目前，混凝土鋼筋的智能張拉施工技術已在中國高速公路及橋梁等工程建設中全面推廣應用。

孔道壓漿采用的真空灌漿工藝是后張預應力砼構件澆筑中的一種新型工藝技術。其基本原理是用真空泵對昆島一端的型孔進行最大真空量，以形成約-0.06～0.08MPa 的最大真空量，然后再用壓漿泵在昆島另一端將優(yōu)質水泥漿壓入整個昆島內部，并施以約0.5～0.6mpa的真正壓力，以增加外部預應力昆島注漿成型的豐滿程度和密實度，生產工藝如下：

封渠設備檢查、優(yōu)質水泥漿試抽攪拌、抽真空灌漿、清理完成。

（1）張拉施工完成后，切斷外露的鋼鉸線，并密封錨。封錨采用不沉水泥砂漿。封錨時，所有底板和錨下裝夾的外露鋼鉸線也必須包裹。覆蓋層厚度大于十五mm。水泥密實二十四小時后，管道內真空輔助灌漿四十八小時后。

①清理錨墊表面，確保灌漿通道暢通。

②確定抽真空端和灌漿端、閥門、球閥和接頭，并檢查其功能。

③在攪拌完成后，壓入管道的水泥漿初凝持續(xù)時間不低于四小時，終凝持續(xù)時間不超過24 小時，最大流出流動度為14～22S，在三十分鐘內最大流出流動度不能超過30S，灌漿時漿液溫度不能高于35，在灌漿期間和灌漿后三日內，梁和溫度均不能低于五，且水泥漿試樣的最大抗壓強度在七日內不能小于35MPa，在28 天內不得低于50MPa，拆除強度在7 天內不得低于6.5MPa，在28 天內不得低于10MPa，在24 小時內不得低于0～3%。漿體對鋼鉸線沒有腐蝕影響。

（2）水泥漿攪拌操作順序：

①第一步，向攪拌器中添加約80-90%的實際攪拌水，然后起動攪拌器，并均勻地加入各種混凝土砂漿劑，邊加入邊攪動，隨后均勻地加入各種混凝土溶液，再攪動約二分鐘，然后加入余下的10-20%混合水，再持續(xù)攪動約二分鐘，水通過濾網流入儲料瓶（濾網網目不超過3x3mm）中，并繼續(xù)攪動，以免水泥漿下沉，從攪動完成至壓入管道中的時間不應大于四十分鐘。

②啟動真空泵，使真空度達到-0.06～-0.08mpa 并保持穩(wěn)定。

③開啟灌漿水泵。當灌漿水泵的輸出超過了規(guī)定的稠度值時，可以開啟水泵上輸送管的閘門，進行灌漿。灌漿水泵也必須是連續(xù)水泵，每一個管道的灌漿都需要連續(xù)完成，一次性進行。當水泥漿從排氣閥順利流出時，注入泥漿，關閉真空泵端的所有閥門。

④渣漿泵繼續(xù)工作，壓力達到0.5～0.6MPa，保壓3 分鐘。

⑤關閉灌漿和灌漿端的所有閥門，以完成灌漿。

⑥清除缺失的外部管路、附件、清潔閥和閘門。當天灌漿后，用水泥漿清洗系統(tǒng)。裝置的灌漿端和出口端的球閥，應當在灌漿后一小時內全部拆卸并清洗。

⑦灌漿注意事項：

（1）在冬季生產時，應做好保溫措施，并提高引氣功能。在夏季生產時宜避開高溫氣候，盡量安排在早晚。當氣溫超過三十五℃時，宜暫停灌漿作業(yè)。

（2）每個工作組應制作三組水泥漿試樣。第一組用梁養(yǎng)護，第二組養(yǎng)護28 天，第三組備用。

（3）用流動性測量漏斗測量水泥漿的流動性。

⑧和傳統(tǒng)的人工灌漿比較，真空注漿成型技術有著一定的優(yōu)越性。因為在真空喘氣過程，管道中只有一點空氣，所以在漿體中很不易產生泡沫?；炷恋拿軐嵚剩扔谵D移灌漿。由于管道與灌漿泵之間的正負壓力。

（1）在混凝土灌漿之前，利用鋼管吸收了預應力管路中的壓縮空氣，從而使鋼管真空度達到了大0.08mpa 負壓值。在管路的相對端，利用壓漿泵用一定的壓強把混合的水泥漿壓進了預應力管路，從而形成了相應的壓強。由于管路中有一點空氣，所以在漿體很不易產生泡沫。同時，由于管路與渣漿泵間的正負壓力，管路中的泥漿飽滿度與穩(wěn)定性提高。同時選用高品質混凝土，提高水泥漿的強度。目前，該技術已在公路工程橋梁孔道灌漿技術中全面推廣。

7 結語

預應力智能張拉控制系統(tǒng)及真空壓漿工藝雖然在現(xiàn)有的施工作業(yè)過程中有了較為廣泛的使用，但是在具體操作施工的過程中本身始終存在的問題也沒有得到有效的應對和解決，因此為了更高的保證施工質量，在未來的社會發(fā)展背景下還需要探尋更加有力的施工操作工藝手段，亦或是對于預應力智能張拉控制系統(tǒng)及真空壓漿工藝實現(xiàn)進一步的優(yōu)化，以此全面推動施工工作質量的提升，在優(yōu)化施工成本的基礎上保證最終的施工質量。另外在實現(xiàn)市政橋梁預應力施工的基礎上，也要不斷地提升技術人員的專業(yè)水平，嚴格落實施工材料監(jiān)督管理工作，確保各項設計方案滿足預應力施工技術應用的實際要求，繼而保證后期的市政橋梁施工質量。