橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿技術(shù)研究

孟澤彬

(山西晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

近年來(lái)，我國(guó)橋梁安全事故頻發(fā)。如2011年7月14日，武夷山公館大橋坍塌(見圖1);2011年7月15日，杭州錢塘江三橋引橋垮塌(見圖2);2012年6月18日，即將通車的遼寧撫順月牙島西跨河大橋坍塌;2012年7月2日，杭州幸福南路和德勝東路施工中的高架橋坍塌等。這些橋梁安全事故引起了全社會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的極大關(guān)注。

預(yù)應(yīng)力關(guān)乎橋梁的生命。在傳統(tǒng)的橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿技術(shù)由于依靠工人經(jīng)驗(yàn)操作，難以掌控施工質(zhì)量，且存在人為篡改數(shù)據(jù)、偷工減料的風(fēng)險(xiǎn)，這就給橋梁結(jié)構(gòu)安全及耐久性留下了嚴(yán)重的安全隱患。利用現(xiàn)代科技成果改進(jìn)傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉工藝是預(yù)應(yīng)力施工中亟待解決的問(wèn)題。

圖1 武夷山公館大橋坍塌

圖2 錢塘江三橋引橋垮塌

橋梁預(yù)應(yīng)力施工是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性的關(guān)鍵工序。預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)和循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)是由湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司研發(fā)的新型橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。其克服了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工中質(zhì)量難以控制的難題，具有根治橋梁施工中質(zhì)量控制通病的效果，在橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制上取得了革命性的突破，是我國(guó)預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿施工領(lǐng)域的最先進(jìn)技術(shù)，在全國(guó)多省區(qū)市得到了廣泛應(yīng)用。

1 預(yù)應(yīng)力是橋梁結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵

在我國(guó)發(fā)生的數(shù)起橋梁坍塌事故的調(diào)查表明，在施工中存在的預(yù)應(yīng)力部分損失、管道壓漿不飽滿等質(zhì)量缺陷在超限超載車輛的長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生的荷載效應(yīng)超過(guò)其承載能力，從而造成的橋梁坍塌。

橋梁坍塌事故是內(nèi)外因共同導(dǎo)致的結(jié)果。橋梁坍塌的內(nèi)因包括:

1)預(yù)應(yīng)力張拉不合格。

a.有效預(yù)應(yīng)力精度不夠。在施工中，有效預(yù)應(yīng)力偏小，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力度不足，結(jié)構(gòu)過(guò)早出現(xiàn)裂縫;有效預(yù)應(yīng)力偏大，則可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋安全儲(chǔ)備不足，結(jié)構(gòu)過(guò)大變形或裂紋，嚴(yán)重的甚至產(chǎn)生脆性破壞。b.有效預(yù)應(yīng)力不均勻，則會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的早期疲勞，危及橋梁使用壽命。預(yù)應(yīng)力施工不當(dāng)，在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)不能建立合格的有效預(yù)應(yīng)力，在混凝土徐變的共同作用下，梁體必將發(fā)生嚴(yán)重的下?lián)?，從而破壞橋面的鋪裝層，影響橋梁的使用壽命和行車舒適性，甚至危及行車安全。

2)管道壓漿不密實(shí)。

灌入孔道的水泥漿，將預(yù)應(yīng)力筋和孔道壁粘結(jié)起來(lái)形成共同作用，不僅保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋免遭銹蝕，而且保證了結(jié)構(gòu)物的耐久性。預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實(shí)使得鋼絞線銹蝕，從而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力失效，梁體產(chǎn)生裂縫，使梁體發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，可能在毫無(wú)征兆的情況下突然坍塌。

3)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病。

在施工中，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病主要有斷絲(見圖3)、滑絲;錨下開裂、下陷;絞線在孔道內(nèi)纏繞;鋼筋外露(見圖4)等，給橋梁結(jié)構(gòu)留下質(zhì)量及安全隱患。

圖3 鋼絞線斷絲

圖4 鋼筋外露

可以看出，在傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力施工中，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量比較難以控制，存在著諸多的缺陷，給橋梁結(jié)構(gòu)的安全埋下了質(zhì)量和安全隱患。當(dāng)其受到超限超載等荷載作用時(shí)，出現(xiàn)橋梁安全事故就成為了必然。

2 梳編穿束工藝

在橋梁施工中，鋼絞線梳編穿束不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響各絞線受力的均勻性。為解決單根穿束引起的絞線相互纏繞，避免張拉時(shí)絞線受力的嚴(yán)重不均，應(yīng)采用整束穿束系統(tǒng)進(jìn)行穿束(如圖5所示)。該工藝在工程中已得到廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)多索、長(zhǎng)索效果更明顯。

采用梳編穿束工藝，不僅不會(huì)耽誤工期，還可以提高工作效率，消除各根絞線受力不均導(dǎo)致的滑絲、斷絲等，是保證有效預(yù)應(yīng)力均勻度的根本措施。

圖5 梳編穿束工藝示意圖

3 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)

在施工中，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉工藝由于人為操作誤差大，張拉過(guò)程不規(guī)范，難以控制張拉質(zhì)量，給工程留下安全隱患。

橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)主要組成部分有:系統(tǒng)控制平臺(tái)、智能張拉儀、智能千斤頂(見圖6)。

圖6 智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)

智能張拉技術(shù)克服了傳統(tǒng)張拉工藝的缺陷，具有以下特性:

1)可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力精確施加。在傳統(tǒng)的張拉工藝中，張拉力控制誤差過(guò)大，達(dá)±15%;智能張拉技術(shù)能精確控制施加的預(yù)應(yīng)力值，將誤差范圍縮小到±1%，完全符合JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中7.12第二款“張拉控制應(yīng)力的精度宜為±1.5%”的要求。

2)及時(shí)校核伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)“雙控”。在傳統(tǒng)的張拉工藝中，絞線伸長(zhǎng)值測(cè)量不及時(shí)、準(zhǔn)確，難以實(shí)現(xiàn)張拉力和伸長(zhǎng)值的雙重同步控制，張拉過(guò)程不規(guī)范，預(yù)應(yīng)力損失大;智能張拉技術(shù)則能實(shí)時(shí)采集鋼絞線伸長(zhǎng)量，自動(dòng)計(jì)算并校核伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力與伸長(zhǎng)量同步“雙控”。

3)對(duì)稱同步張拉。在傳統(tǒng)的張拉工藝中，兩端對(duì)稱張拉不同步，結(jié)構(gòu)受力不均，給橋梁安全留下隱患;而智能張拉技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了同時(shí)同步對(duì)稱張拉，完全符合JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中7.12中第一款“各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%”的要求。

4)數(shù)據(jù)記錄真實(shí)準(zhǔn)確。在傳統(tǒng)的張拉工藝中，人工記錄數(shù)據(jù)，質(zhì)量隱患容易被掩蓋;而智能張拉工藝實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，張拉過(guò)程及張拉要素等記錄真實(shí)準(zhǔn)確，質(zhì)量責(zé)任永久追溯。

5)智能控制張拉過(guò)程，減少預(yù)應(yīng)力損失。智能張拉技術(shù)智能控制張拉程序，不受人為、環(huán)境因素等影響，最大限度減少了張拉過(guò)程的預(yù)應(yīng)力損失。

智能張拉與傳統(tǒng)張拉的比較結(jié)果見表1。

4 循環(huán)智能壓漿技術(shù)

2011 版公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范提高了壓漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)壓漿材料等提出嚴(yán)格的技術(shù)要求。

循環(huán)智能壓漿技術(shù)見圖7，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下:

1)準(zhǔn)確控制壓力，調(diào)節(jié)流量。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)管道壓力損失，以出漿口的最低壓力值來(lái)設(shè)置灌漿壓力值，保證沿途壓力損失后管道內(nèi)仍滿足規(guī)范要求的最低壓力值;當(dāng)進(jìn)、出漿口壓力差保持穩(wěn)定后，可判定管道充盈;通過(guò)進(jìn)出口調(diào)節(jié)閥對(duì)流量和壓力大小進(jìn)行調(diào)整。

表1 智能張拉與傳統(tǒng)張拉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

圖7 聯(lián)智橋隧研發(fā)的長(zhǎng)管道雙孔交叉循環(huán)注漿模式

2)準(zhǔn)確控制水膠比。

按施工配合比數(shù)量自動(dòng)加水，準(zhǔn)確控制加水量，從而保證水膠比符合要求。

3)漿液在管路持續(xù)循環(huán)排除管道內(nèi)空氣。

管道內(nèi)漿液從出漿口導(dǎo)流至儲(chǔ)漿桶，再?gòu)倪M(jìn)漿口泵入管道，形成大循環(huán)回路，漿液在管道內(nèi)持續(xù)循環(huán)，通過(guò)調(diào)整壓力和流量，將管道內(nèi)空氣通過(guò)出漿口和鋼絞線絲間空隙完全排出，還可帶出孔道內(nèi)殘留雜質(zhì)。

4)實(shí)現(xiàn)高速制漿，提高漿液質(zhì)量。

系統(tǒng)采用高速制漿機(jī)，將水泥、壓漿劑和水進(jìn)行高速攪拌，提高漿液質(zhì)量，滿足規(guī)范要求。

5)規(guī)范壓漿過(guò)程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

灌漿過(guò)程由計(jì)算機(jī)程序控制，不受人為因素影響，準(zhǔn)確計(jì)量加水量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌漿壓力、穩(wěn)壓時(shí)間、漿液溫度、環(huán)境溫度各個(gè)指標(biāo)，自動(dòng)記錄，并打印報(bào)表，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道壓漿的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

6)系統(tǒng)集成度高，簡(jiǎn)單適用。

系統(tǒng)將高速制漿機(jī)、儲(chǔ)漿桶、進(jìn)漿測(cè)控儀、返漿測(cè)控儀、壓漿泵集成于一體，現(xiàn)場(chǎng)使用只須將進(jìn)漿管、返漿管與預(yù)應(yīng)力管道對(duì)接，即可進(jìn)行壓漿施工。操作十分簡(jiǎn)單，適用于各種結(jié)構(gòu)的管道壓漿。

智能壓漿與傳統(tǒng)壓漿的比較見表2。

表2 智能壓漿與傳統(tǒng)壓漿的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

5 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)有力地保證了預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量，智能壓漿技術(shù)保證了管道壓漿密實(shí)度。和傳統(tǒng)張拉及壓漿工藝相比，預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿系統(tǒng)配套使用后，能讓混凝土構(gòu)件形成牢固的有效預(yù)應(yīng)力體系，采用智能張拉與壓漿系統(tǒng)，已成為預(yù)應(yīng)力施工工藝技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。

推廣和應(yīng)用橋梁預(yù)應(yīng)力智能拉張與壓漿技術(shù)，兩者共同作用，保證橋梁結(jié)構(gòu)形成牢固有效的預(yù)應(yīng)力體系，對(duì)于保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性，顯著延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壽命具有重要意義，有利于降低橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期成本，節(jié)約社會(huì)資源，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司.讓中國(guó)橋梁更安全——預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿技術(shù)研究［Z］.2012.

［2］橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)［DB/OL］［2013-09-28］.http://www.hnlzqs.com/qiaoliangyuyinglizhinengzhanglajishu.

［3］橋梁預(yù)應(yīng)力智能壓漿技術(shù)［DB/OL］［2013-09-28］.http://www.hnlzqs.com/qiaoliangyuyinglizhinengyajiangjishu.

［4］姜桂秀，謝寅濤.預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁分聯(lián)結(jié)構(gòu)分析［J］.山西建筑，2011，37(35):172-173.