橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)和大循環(huán)壓漿施工

孫 衍 存

(太原路橋建設(shè)有限公司第五工程公司，山西 太原　030000)

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橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)和大循環(huán)壓漿施工

孫 衍 存

(太原路橋建設(shè)有限公司第五工程公司，山西 太原030000)

針對橋梁傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工的缺陷，提出了橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉和大循環(huán)壓漿技術(shù)，并介紹了預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)與循環(huán)壓漿工藝的特性，指出在我國推廣智能張拉和循環(huán)壓漿技術(shù)，是提高橋梁安全性的最佳途徑。

橋梁，預(yù)應(yīng)力，智能張拉技術(shù)，循環(huán)壓漿

近年來，我國橋梁頻繁出現(xiàn)安全事故，造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會負(fù)面影響。其中部分橋齡不足20年，有些甚至不足12年，這引起了全國的震驚和關(guān)注。通過對事故的分析，出現(xiàn)橋梁垮塌的原因是多方面的，有設(shè)計施工缺陷、自然災(zāi)害、管理養(yǎng)護不周等。

通過對垮塌橋梁的分析，其中預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量缺陷是部分橋梁出現(xiàn)垮塌的主要原因。2004年6月10日，遼寧盤錦某大橋突然出現(xiàn)垮塌。研究表明，該橋在超限車輛的長期作用下，內(nèi)部預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重受損，重載沖擊力使大橋第9孔懸臂端預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)瞬間脆性斷裂出現(xiàn)坍塌。國內(nèi)某橋運行僅10年后，由于預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷(見圖1)，在主橋的箱梁上出現(xiàn)腹板開裂，在中間三跨的跨中底板上出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向貫穿開裂，使得跨中出現(xiàn)嚴(yán)重的下?lián)希?005年拆除。

預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量關(guān)乎橋梁的生命。在傳統(tǒng)施工中，采用人工經(jīng)驗操作，使得施工質(zhì)量難以掌控，給橋梁結(jié)構(gòu)安全及耐久性留下了嚴(yán)重的安全隱患,從根本上確保我國的橋梁質(zhì)量安全是一個亟需解決的問題。因此，在我國推廣和應(yīng)用智能張拉和壓漿技術(shù)，確保預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量，從根本上顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

1　傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工的缺陷

在橋梁結(jié)構(gòu)中，安全性和耐久性指標(biāo)是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，預(yù)應(yīng)力施工是實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久的最關(guān)鍵工序。傳統(tǒng)施工采用的人工張拉方式，存在著張拉不合格和均勻度不高等等安全隱患。隨著橋梁使用年限的增加，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

1)預(yù)應(yīng)力張拉不合格。主要表現(xiàn)在：a.箱梁梁體裂縫嚴(yán)重。在投入使用的預(yù)應(yīng)力橋梁中，采用傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工的橋梁均出現(xiàn)各種不同形式的裂縫，影響橋梁的使用壽命和行車舒適性。b.有效預(yù)應(yīng)力精度不夠。采用的人工張拉方式，張拉精度難以掌握。存在著有效預(yù)應(yīng)力偏大或偏小情況的發(fā)生。c.結(jié)構(gòu)中的有效預(yù)應(yīng)力不均勻度大，投入使用后的預(yù)應(yīng)力筋容易出現(xiàn)早期疲勞，縮短橋梁使用壽命。

2)壓漿不飽滿。預(yù)應(yīng)力筋通過灰漿與周圍混凝土結(jié)成整體來共同作用，從而確保結(jié)構(gòu)的抗裂性和承載能力。當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋不能被孔道中的水泥漿形成有效裹覆時，在空氣氧化作用下鋼絞線容易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致橋梁突然坍塌。

3)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病。主要表現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)斷絲、滑絲等情況；錨下出現(xiàn)的開裂、下陷等問題；張拉過程中的強度和持荷時間控制不足；絞線在孔道內(nèi)纏繞、多穿或少穿等問題；混凝土攪拌質(zhì)量、張拉和壓漿作業(yè)不規(guī)范等方面。

使用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿技術(shù)，人為因素影響較大，預(yù)應(yīng)力質(zhì)量通病顯著，會給結(jié)構(gòu)留下了很大質(zhì)量和安全隱患。

2　智能張拉技術(shù)

預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)，是采用計算機、通信、控制、液壓等現(xiàn)代技術(shù)對預(yù)應(yīng)力整個張拉過程進行控制并完成的施工技術(shù)，如圖2所示。

在系統(tǒng)工作過程中，不受人為因素干擾，完全按規(guī)范要求自動完成。與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工相比，智能張拉系統(tǒng)可有效提高施工質(zhì)量控制精度，確保形成良好的預(yù)應(yīng)力體系，顯著提升橋梁施工質(zhì)量，是代表我國預(yù)應(yīng)力施工的最先進技術(shù)。

1)可有效進行張拉應(yīng)力的精確控制。采用傳統(tǒng)的人工張拉工藝，存在著精度控制難，誤差過大的問題，施工中的實際誤差可高達±15%。使用智能張拉系統(tǒng)，可顯著提高施加預(yù)應(yīng)力值控制的精度，將誤差控制范圍提高到±1%以內(nèi)。

2)能夠?qū)崟r的進行伸長值誤差校核。傳統(tǒng)工藝邊張拉邊測量伸長量，人為因素影響較大，且還存在著人身安全隱患。智能張拉系統(tǒng)實現(xiàn)了應(yīng)力與伸長量同步“雙控”，實時自動采集鋼絞線伸長量，實時進行實際伸長量與理論伸長值的校核，將偏差控制在±6%范圍內(nèi)。

3)精確實現(xiàn)多頂同步張拉。傳統(tǒng)工藝下，人工協(xié)調(diào)不準(zhǔn)確，同步精度低，實現(xiàn)同步張拉難度很大。智能張拉系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺或以上的千斤頂同時、同步對稱張拉，多頂同步張拉，且各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差在±2%范圍以內(nèi)。

4)有效消除張拉過程中的預(yù)應(yīng)力損失。在傳統(tǒng)張拉工藝中，人為控制持荷時間，停頓時間，加載速率隨意性大，預(yù)應(yīng)力損失較大。智能張拉系統(tǒng)施工中不受人為、環(huán)境因素影響，停頓點、加載、卸載速率、持荷時間(5 min)等完全符合規(guī)范要求，最大限度的減少了張拉過程的預(yù)應(yīng)力損失。

5)精確錨固功能。張拉結(jié)束后，緩慢卸載，自動測量錨固回縮值，計算預(yù)應(yīng)力損失，將傳統(tǒng)工藝瞬間卸載導(dǎo)致的安全隱患降到最低。

6)自動生成張拉記錄表。智能張拉下的張拉力值、伸長值、伸長值誤差、回縮值、同步率等關(guān)鍵數(shù)值自動生產(chǎn)，施工質(zhì)量控制度高。

3　循環(huán)壓漿工藝

3.1傳統(tǒng)壓漿工藝與循環(huán)壓漿工藝的比較

傳統(tǒng)的壓漿工藝，左端進右端出。在施工中，為改善漿液的流動性一般是增加其中的用水量，這必然使得漿液泌水量過大，從而形成空洞。在注漿過程中，在全管路中形成有效壓力和保持一定時間的穩(wěn)壓較難，注漿容易出現(xiàn)不充盈的問題，且通過漿液自流實現(xiàn)的密實度水平較低。即使采用真空輔助壓漿，也難以形成負(fù)壓。壓漿記錄采用人工填寫，可信度低。

循環(huán)壓漿系統(tǒng)，通過帶壓力的漿液在回路內(nèi)的持續(xù)循環(huán)，見圖3，堅持注漿過程中的漿液質(zhì)量、壓力、穩(wěn)壓時間等指標(biāo)符合設(shè)計要求，以確保壓漿質(zhì)量，要求管內(nèi)漿體飽滿和密實。同時，實現(xiàn)對壓漿過程中的管內(nèi)壓力、流量與漿液水膠比等參數(shù)的實時監(jiān)測。

從圖4可以看出，1，2號試件為傳統(tǒng)壓漿工藝，3，4號試件為循環(huán)壓漿工藝，循環(huán)壓漿工藝可以有效消除管道堵塞等導(dǎo)致壓漿不密實的因素，并且壓漿效果飽滿、密實度高，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的壓漿工藝。

3.2循環(huán)壓漿施工工藝特性

采用大循環(huán)智能壓漿工藝，漿液持續(xù)進出循環(huán)，可有效排空管內(nèi)空氣。實時進行管內(nèi)壓力控制，流量校核，以確保壓入管道內(nèi)漿液的充盈度。對注入的漿液水膠比質(zhì)量實時監(jiān)測。

1)在注漿管路內(nèi)，漿液持續(xù)進行循環(huán)，使得壓漿密實度顯著提升。注漿作業(yè)中，濃漿流出孔道出口時，將其回流至儲漿桶后再注入管內(nèi)，從而形成一個循環(huán)回路系統(tǒng)。漿液在循環(huán)系統(tǒng)中的持續(xù)流動，在排出管內(nèi)空氣的同時，還可將管內(nèi)雜質(zhì)帶出，從而顯著提升壓漿的密實度。

2)監(jiān)測漿液水膠比。按照規(guī)范要求，漿液水膠比應(yīng)為0.26～0.28。在攪拌過程中，不間斷的進行漿液水膠比檢測，只有在合格范圍內(nèi)的漿液才能自動排入儲漿桶，以保證漿液水膠比和均勻性。

3)能夠精確調(diào)節(jié)灌漿壓力，以確保注漿充盈度。在注漿過程中，對管內(nèi)施加持續(xù)恒定的壓力(一般控制在0.5 MPa～0.7 MPa)可有效確保注漿效果。通過在漿液進、出口處安裝測試儀實時監(jiān)測管內(nèi)壓力，根據(jù)取得的實時數(shù)據(jù)精準(zhǔn)控制和調(diào)節(jié)壓漿泵壓力，以保證要求的注漿壓力。注漿結(jié)束后，關(guān)閉出漿口后保持一個不小于0.5 MPa的穩(wěn)壓期，穩(wěn)壓期時間控制在3 min～5 min為宜。

4)真實記錄壓漿全過程。計算機程序控制完成壓漿全過程，將人為操作、環(huán)境等影響施工質(zhì)量的因素有效避免。還能實時記錄和打印漿液監(jiān)測、灌漿壓力、穩(wěn)壓時間、流量及充盈度等各項指標(biāo)，實現(xiàn)永久追溯。

4　結(jié)語

與傳統(tǒng)的張拉和壓漿工藝相比，智能張拉和循環(huán)壓漿工藝能確保橋梁結(jié)構(gòu)形成良好的預(yù)應(yīng)力體系，確保結(jié)構(gòu)的安全和耐久，使得其全壽命周期成本顯著降低。該技術(shù)在湖南得到了廣泛的應(yīng)用，在其他省市也得到了推廣和應(yīng)用，已逐漸成為預(yù)應(yīng)力施工工藝技術(shù)發(fā)展的新趨勢。

進行智能張拉和循環(huán)壓漿技術(shù)的推廣和應(yīng)用，可有效減少張拉不合格和管道壓漿不密實導(dǎo)致的橋梁病害，顯著延長結(jié)構(gòu)壽命，是目前確保橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性的最佳途徑。

[1]劉德坤.橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉、壓漿智能化施工成套技術(shù)[Z].

[2]孟澤彬.橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿技術(shù)研究[J].山西建筑，2013，39(35)：192-194.

[3]趙翔宇.淺談梁板智能張拉壓漿系統(tǒng)在高速公路的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].山西交通科技，2012(6)：101-103.

The bridge pre-stress intelligent tension technology and big circulation grouting construction

Sun Yancun

(FifthEngineeringCompany,TaiyuanRoad&BridgeConstructionLimitedCompany,Taiyuan030000,China)

According to the defects of bridge traditional pre-stress construction, this paper put forward the bridge pre-stress intelligent tension technology and big circulation grouting technology, and introduced the characteristics of pre-stress intelligent tension technology and circulation grouting process, pointed out that promotion of intelligent tension technology and circulation grouting technology in our country, was the best way to improve bridge safety.

bridge, pre-stress, intelligent tension technology, circulation grouting

1009-6825(2016)08-0197-02

2016-01-04

孫衍存(1971- )，男，工程師

U445

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