橋梁預應力智能張拉壓漿技術在高速鐵路施工中的應用

張 鶴 （中鐵四局集團上海工程有限公司，上海 20190115）

在如今的橋梁建設中，預應力施工被廣泛應用各類混凝土結構工程中，其中關鍵工序是張拉壓漿，其施工質量的好壞，會直接影響結構的耐久性，但是傳統張拉壓漿施工，施工人員憑經驗手動操作，誤差率高，無法完全保證預應力施工質量。不少橋梁因為預應力施工不合格，被迫提前進行加固，嚴重時甚至突然垮塌，給社會造成了巨大的生命財產損失。主要原因是橋梁在施工階段未能及時有效的張拉封錨，造成梁體所加載的預應力部分損失，張拉壓漿的相關操作不夠科學標準，關鍵性技術控制手段較低等造成超張或預應力不足、壓漿不密實。近年來，隨著國家高速鐵路建設中橋梁施工技術快速發展，傳統張拉壓漿技術已無法滿足現有的施工技術及驗收標準要求，為加強橋梁預應力精細化施工控制，狠抓質量隱患，引進預應力智能張拉壓漿系統成為必然，智能張拉壓漿在施工過程中有效解決了傳統張拉壓漿過程中存在的各種問題，為橋梁預應力混凝土質量建立起了有效的控制體系。

1 橋梁預應力傳統張拉、壓漿施工技術不足之處分析

傳統預應力張拉施工系統主要是由機械化的油泵、千斤頂等設備組成，施工中不確定因素多，誤差來源較多，一是位移及壓力控制須通過手動操作油泵，隨意性大，單純的依靠壓力表讀數，很難精確保證控制張拉力；二是在持荷時間內對荷載的大小難以控制，因無自動補償張拉功能，一旦出現欠張，將給工程質量造成很大隱患。三是鋼絞線張拉伸長量需人工測量并記錄，很難保證測量的及時性和數據的可靠度。四是預應力張拉需對稱同步張拉，傳統預應力施工主要是人工控制，同步精度比較低，不能確保多頂對稱張拉，在錨固時瞬時卸載，回縮時對夾片造成沖擊，回縮量大，伸長量影響較大，實際操作中張拉力和伸長量無法同步控制。

傳統壓漿工藝易存在壓漿不密實的問題，一是引起預應力筋與管道內空氣及雜質直接接觸而銹蝕，造成預應力筋與漿體的粘結力大大降低，導致整個梁體有效預應力下降，結構剛度及承載力不足；二是易導致錨頭出現應力集中現象，從而改變梁體受力狀態，達不到設計要求。如何高效優質的完成預應力施工，規避傳統張拉壓漿技術的不足之處，保證橋梁預應力壓漿施工質量，引進智能張拉壓漿技術顯得非常重要。

2 橋梁預應力智能張拉、壓漿施工技術應用分析

2.1 智能張拉系統的結構與工作原理

智能張拉系統主要由高智能化的操作主機、油泵與千斤頂等三個結構有機構成。在控制張拉預應力過程中,主機起到核心作用，油泵與千斤頂兩者互相配合，三者之間共同作用，充分發揮系統的有效功能，系統設計較為智能化，操作界面體驗度較好。借助計算機將張拉控制力、伸長量誤差范圍輸入到主機系統中，直觀準確的反映出張拉力與鋼絞線伸長量，可以作為張拉施工時校對指標。

利用傳感器第一時間將收集的施工數據傳送到計算機系統中，在主機接收到相關數據后，及時進行分析和研究，確定張拉過程中力與伸長量的變化情況。對張拉設備發出系統指令，兩者交互進行，多頂對稱張拉，及時對張拉設備的電機參數進行相應的調整，實現張拉補償功能，通過對油泵電機轉速展開有效的把控，確保更準確的控制好張拉預應力。

在整個過程中借助主機的指令控制模式，對整個張拉過程進行監控和檢測，并對其進行自動化控制。利用智能張拉系統的漏壓補償功能及斷電后數據記憶功能，在張拉過程不會因為機械故障造成張拉的數據及能效損失，可以有效提升橋梁結構的相關性能。

系統結構的原理如下圖所示：

2.2 智能張拉施工技術

在千斤頂張拉工作結束后，智能張拉系統可逐步有效減壓，確保鋼絞線張拉力有效過渡，特別是在檢查過程中借助減壓技術，減小對工作夾片的沖擊。在連續梁張拉施工前，輸入對應號段的建設單位、施工單位、監理單位等相關方信息，預應力張拉過程中，通過計算機遠程通信技術，為建設單位、施工單位、監理單位等相關方提供遠程監控功能，增加對工程質量控制力度。例如監理工程師可以借助互聯網技術，審核相關的數據，在數據報表中進行簽名和確認。現場技術人員可以對整個張拉過程進行監控，具體到每一個行程的千斤頂應力、應變值隨著時間不斷變化情況，實現精確控制壓力位移值（壓力精度0.1MPa、位移精度1mm），有效分析和研究具體的數據。另外張拉機械具有漏壓補償功能，可長時間保持壓力，同時在機械意外斷電后有記憶功能，所存儲的數據不會丟失，這樣在預應力張拉時若出現安全、質量等突發性問題，可在第一時間解除張拉狀態，待問題處理完畢后，再繼續進行張拉施工。為保證現場突發情況時不影響橋梁整體預應力施工，預應力智能張拉機械安裝了超壓保護、超位移保護、通訊中斷保護功能，預應力張拉結束以后，技術人員可以有針對性的校對相關數據。另外智能化張拉系統可以自動化生成張拉記錄表，較全面系統性反映出張拉過程中的相關數據，確保工程數據真實性、可追溯性。

2.3 智能壓漿系統的結構與工作原理分析

智能壓漿系統是由計算機主機、測控體系與循環壓漿體系三部分構成。壓漿體系回路主要由預應力管道、制漿機與壓漿泵三者緊密聯系，協同工作。智能壓漿系統中參數的設置與調節是智能壓漿體系的關鍵所在，對施工人員操作能力提出了較高的要求。

計算機主機控制系統是整個流程控制的核心，可以有效確保漿液在系統內部實現持續不間斷的循環，利用壓力沖孔將管道內部的空氣等相關雜質排除出去，如果漿液在循環過程中出現堵塞現象，則開啟主機進行報警，要在第一時間處理完畢。

在預應力管道的進出口安裝精密傳感器，可以實時監測漿液的水膠比、管道壓力、漿液流量等具體參數，及時將所測的數據在第一時間輸入到計算機主機內部，并根據主機的判斷和分析，向測控系統進行反饋，逐步優化和完善具體參數，保證整個壓漿過程平穩有序推進。智能壓漿系統可以有效保障預應力管道內部的漿液密實度，減少內部孔隙，對壓力的大小進行及時有效的調整，可結合具體圖紙規范要求進行管內持壓。在改善漿液其流動性方面，傳統壓漿工藝是通過試驗儀器測量或人工觀察的方式，確定是否通過人工加水來改善，而循環智能壓漿系統具備自動加水裝置，能夠準確計量用水量以控制水膠比。

系統結構的原理如下圖所示。

2.4 智能壓漿施工技術

壓漿的主要作用是確保預應力筋處在混凝土的保護層之中，通過壓漿使鋼絞線、漿體、混凝土結成一個整體，將預應力分擔到整個梁體，同時也保護鋼絞線使其免受環境因素的影響而造成破壞。預應力鋼絞線筋主要利用水泥漿體與周邊混凝土包裹，通過預應力筋與混凝土之間的握裹力使兩者有效結合、錨固，提升梁體抗裂性能與承載力。若預應力管道內部壓漿不密實，孔隙大，大大降低橋梁的使用年限。智能壓漿系統的引入使橋梁工程壓漿不密實的問題得以有效解決，提升了橋梁結構質量與耐久性。

施工中采用循環回路的方式，將預應力管道出口位置漿液導流至相應的儲漿桶之中，實現了灌漿回路的循環。為了有效保障灌漿的密實度，排除預應力管道內部空氣，智能壓漿系統采用持續循環灌輸漿方式，在出漿口與進漿口位置設置傳感器，對漿液水膠比進行實時監測，有效保障灌漿液達到技術標準。通過計算機主機接收的傳感器數據，對采集接收數據進行綜合計算與分析判斷，向壓漿系統進行及時信息反饋，由計算機進行數據采集整理分析并及時調整機器施工參數，保證施工質量，提升施工效益。錨頭密封是一個較難控制的工序，施工過程中，采取了密封加彈性墊片的施工手段，與傳統的橋梁工程壓漿施工相比，智能壓漿體系有效避免了人為操作因素的干擾，使各項技術指標更為精準。

3 預應力智能張拉壓漿技術實際應用

2018年5 月-12月，在連徐鐵路站前Ⅰ標東海大橋連續梁 2聯（32+48+32 m），1聯（40+64+40m）施工中引進預應力智能張拉壓漿系統，32+48+32m連續梁底、腹、頂板束共336孔預應力（其中6孔為備用束），左右對稱張拉即需張拉162次，智能壓漿168次（雙孔同時壓漿），40+64+40m連續梁底、腹、頂板束共194孔預應力（其中10孔為備用束），左右對稱張拉即需張拉92次，智能壓漿97次（雙孔同時壓漿）。提高了預應力工程質量及施工效率，并節約了施工成本。

在技術方面智能張拉系統優勢：①張拉力下降1%時，錨固前自動補拉至規定值；②自動測量，及時準確，及時校核，與張拉力同步控制，實現真正“雙控”；③同步精度達±2%，計算機控制實現多頂對稱同步張拉；④按程序設定速度加載和持荷，排除人為影響；⑤可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量；⑥操作人員遠離非安全區域，人身安全有保障；⑦便于質量管理，質量追溯，提高管理水平、質量水平，實現質量遠程監控；

智能壓漿系統優勢：①大循環回路讓漿液在管道內持續循環以排凈管道內空氣；②自動調整壓力大小，以保證全管路按規范要求的大小和時間持壓、穩壓；③電腦自動加水加料，切實控制漿液性能水膠比；④實時測試得到管道壓力損失便于調整灌漿壓力；⑤可進行質量追溯，還原壓漿全過程，提高管理水平；

在經濟效益方面傳統張拉需要兩端各1人操作油泵，各1人量測伸長量，各1人記錄張拉數據，共需6人同時作業。智能張拉只需1人操作電腦，1人照看張拉現場，共2人可完成張拉。節約2人，按2人每月工資5000元，年節約人工費用24萬元。

傳統壓漿工藝僅可一次壓一孔，智能壓漿工藝可實現雙孔同時壓漿，提高工效100%，節省人工50%，經濟效益十分明顯。

在社會綜合經濟效益方面智能張拉壓漿系統能讓混凝土構件形成牢固的有效預應力體系，保證橋梁結構安全和耐久性，顯著延長預應力結構壽命，有利于保障人民生命財產安全，降低橋梁結構全壽命周期成本，節約大量寶貴社會資源。推廣至公路、高鐵、市政等行業，產生的經濟效益和社會效益難以估量。

4 結語

綜上所述，對基于橋梁預應力智能張拉壓漿技術在高速鐵路施工中的應用推廣等相關內容進行分析和研究有至關重要的意義，在具體的橋梁工程預應力施工過程中，有效使用智能張拉壓漿體系已成必然，實踐表明橋梁工程中采用智能化預應力張拉與壓漿技術，可以最大限度保證梁體剛度及穩定性。壓漿的密實度使鋼絞線得到有效保護，提升橋梁工程耐久性，有效降低預應力損失，提高了梁體的抗彎曲能力。對于確保工程質量和降低施工難度以及提升施工企業的經濟效益發揮著重要作用。近年來我國橋梁施工中已初步推廣使用智能化張拉與壓漿技術。