智能張拉及壓漿技術在預制箱梁施工中的應用

李 坤

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300000）

1 引言

近幾年，在我國橋梁工程領域安全事故頻發，這對整個社會造成了巨大經濟損失及不良影響。在這之中，部分橋梁建成使用不足20年，有的甚至在10年左右就發生災變性事故，一幕幕事故的發生引起了全國人民的震驚與關注。通過對這一起起的事故進行分析發現，橋梁結構發生損傷甚至坍塌的原因較為復雜，如設計強度不足、施工不到位、養護齡期不足、遭遇偶發性自然災害等，然而在這之中，橋梁預應力施工質量缺陷成為造成橋梁結構災害性的要因之一[1]。

在橋梁結構施工中，橋梁預應力施工具有施工工序多、技術含量高、操作難度大等特點，這使其成為橋梁施工的重要環節之一。預應力施工中，預應力的張拉及壓漿可有效提高橋梁的耐久性及安全性，故而，如何在橋梁中建立有效的預應力成為影響橋梁結構工程質量的關鍵問題[2-3]。

在傳統預制梁施工中，張拉及壓漿主要由人工來操作完成，這使得施工質量難以掌控，存在應張力不足或者過大、混凝土壓漿技術不密實等缺陷，這些施工中的缺陷反應在橋梁建成后對于使用壽命會造成不良影響。因此，如何從根本上確保我國橋梁建設的質量問題成為目前較為關注的問題[4-5]。為保障橋梁安全使用，工程建筑中逐漸出現了智能化張拉與壓漿系統技術，不需要人工對施工質量進行監測便可達到預期的效果。智能化張拉和壓漿系統通過程序化施工過程實現精準化控制，填充密實的壓漿注漿管道，最大程度發揮出橋梁預應力的作用，保證了建成橋梁的安全性與持久性[6]。

本文以延延高速公路中K7＋508.00 拐峁二號中橋預應力預制箱梁施工為背景，系統介紹了智能張拉、壓漿施工技術的主要原理、工藝流程及主要操作要點，對智能張拉、壓漿施工技術在公路預應力施工中的應用進行了探討。

2 工程概況

延延高速公路連接線一級公路二期工程K7＋508.00 拐峁二號中橋全長86 m，交角60°，本橋平面線形位于對應半徑R=1000 m 圓曲線上。K7＋508.00 拐峁二號中橋右2-2#箱梁長19.45 m，高1.2 m，底寬1 m，上寬2.4 m，頂板橫坡2.0%。橋梁上部結構采用混凝土預制箱梁，預制箱梁的生產主要在梁廠完成，施工方法采用后張法及智能張拉壓漿施工工藝。

3 智能張拉及壓漿技術優點

與傳統的人工張拉及壓漿相比，采用智能張拉及壓漿時，主要有以下優點：智能張拉及壓漿采用計算機智能控制，可以實現張拉及壓漿全過程的智能控制；在智能張拉系統中應用了高精度傳感器對張拉應力進行精確控制，合理控制位移變化，提高張拉質量；采用大循環智能壓漿施工技術，不僅可以保證灌漿的密實程度，而且可以有效降低鋼絞線的銹蝕程度，進而提升橋梁結構的耐久性；全過程采用智能化施工，降低了人為因素的干擾，且整個過程簡單易操作，系統自動嵌套規范化標準，施工較為規范，全程數據自動生成，有效提高施工效率及施工質量，且方便可靠。

4 智能張拉及壓漿工藝原理

4.1 智能張拉系統

橋梁預應力智能張拉系統是指由預應力張拉設備和控制電腦組成的智能系統，其主要組成部分可分為：主控電腦、智能張拉控制器、智能張拉泵站、智能張拉千斤頂以及傳感器檢測與反饋系統。該系統由人工根據計算結果將張拉力輸入電腦，主控電腦即發出相關指令開始張拉，整個張拉過程全部由計算機控制。

張拉過程中始終遵循“張拉應力”與“伸長量”雙控原則，后者作為校對指標對張拉控制應力進行實時校核，系統把自動泵站數據采集模塊采集到的每臺張拉設備的位移傳感器和油壓傳感器實時信號，通過數據傳輸至主控電腦，主控電腦及時進行分析和處理，將結果通過輸出模塊輸出，依據實時數據自動對張拉設備反饋張拉信息，精確控制張拉的速度及拉力，保證智能張拉千斤頂的張拉力值和伸長量同步平衡增長，實現張拉過程的全自動控制。

4.2 大循環智能壓漿系統

大循環智能壓漿系統是指在管道整個壓漿過程中采用智能電腦技術控制整個過程，其控制過程為：壓漿材料經系統自動上料→高速制漿機自動稱料、高速攪拌→開啟低速儲漿罐并儲備漿體待用→壓漿管路連接檢查→壓漿作業，直至將管道內的空氣及雜質排凈為止。當管道中壓漿存在堵塞的情況時，應當及時通過計算機加大壓力對孔道進行清淤，將雜質排出，降低漿體的不密實程度。為了加強測試的精密程度，在管道的進出口處均安裝有可以精確測試管道壓力及壓漿流量的傳感器，將這些測試數據通過數據傳輸系統實時傳送到主機系統，經電腦主機分析判斷，進而引導壓漿系統進行相關參數調整，確保壓漿的密實度。

5 關鍵施工技術

5.1 智能張拉施工

5.1.1 智能張拉施工工藝（如圖1 所示）。

圖1 智能張拉施工工藝

5.1.2 預應力智能張拉主要技術要點

智能張拉系統可對張拉施工過程當中的預應力值進行精確控制，誤差為±1%，相較于之前的±15%有了較大幅度的提升。系統通過傳感器實時采集鋼絞線數據，反饋到計算機，自動計算伸長量，及時校核伸長量誤差是否在±6%以內，實現應力與伸長量“雙控”。多個千斤頂可由一臺計算機去實現智能控制，使得同步張拉工藝的實現變得更為便捷。人為因素及環境條件對實驗結果影響較小，加載各項指標可與規范完全契合，不存在超拉欠拉現象，有效降低預應力的損失。張拉實驗數據由電腦自動生成，可對張拉過程進行真實還原，不存在人為修改數據的可能，同時還省去了張拉力、伸長量等數據的計算、填寫過程，提高了工作效率。

5.1.3 施工注意事項

再張拉作業區進行張拉時，應在周邊設立醒目的警示牌，一般以紅色為主，與張拉不相關的人員不得隨意進入。張拉所用計算機應做到專人專機，避免出現操作失誤造成損失。再張拉的過程中，與電腦連接的每臺智能張拉儀都應配備專人看管，一旦發現張拉異常因立即停止該儀器的工作并向張拉施工負責人匯報，待故障排除后方可繼續施工。張拉實施條件及張拉數值大小應嚴格根據圖紙確定，當現場條件不滿足張拉條件時，應進行整改直至滿足條件為止。

5.2 大循環智能壓漿施工

5.2.1 智能張拉施工工藝

智能壓漿施工工藝如圖2 所示。

5.2.2 智能壓漿主要技術要點

預應力智能壓漿系統主要由智能壓漿臺車、控制臺等組成。智能壓漿臺車宜在管道注漿端放置，其放置距離宜根據簡短進漿、返漿管的長度進行確定，控制臺的放置亦不宜離壓漿臺車太遠，一般以5～50 m 為宜。采用單孔孔外循環壓漿模式，進漿管、返漿管、壓漿嘴通過三通連接，并在進漿嘴與返漿管上安裝閥門，同時在預應力管道另外一端的出漿口安裝出漿嘴及閥門。

為保證壓漿質量的提高，本次壓漿采用成品壓漿料。在漿液的制備過程中，應先放入水，在水中緩慢添加壓漿料并快速攪拌，避免壓漿料結團凝結。當最后一包壓漿料加入完成后繼續攪拌3～4 min，之后將漿液放入低速攪拌桶內開始低速攪拌，攪拌完成后開始壓漿，在壓漿過程中為避免漿液沉淀，高速制漿機應每隔3～5 min 開啟30 s 左右，且漿液在其中的儲存時間不宜過長，一般以30 min 為宜。

壓漿過程中應首先完成儀器的安裝連接等操作，待儀器連接成功后，儀器會自動讀取壓漿系統的各項參數。一次壓漿完成后設備會通過溢流自動保存數據，數據完成保存后即跳到下一個壓漿步驟，在這之前，壓漿操作人員應當反復檢查壓漿系統是否正常工作，一次壓漿完成后，將進漿與返漿口對接，點擊“清洗設備”進行管路沖洗，沖洗宜選用高流量低壓力擋進行，直至返漿口與溢流口均流出清水5 min 以上為止，整片梁板壓漿施工結束后，依次關閉軟件、切斷電源、拆下高壓管。

圖2 智能壓漿施工工藝

5.2.3 施工注意事項

在智能壓漿系統開機運行前應仔細檢查各個儀器及儀表的工作情況是否正常，儀器連接處是否有機油滲流，一旦發現問題應及時處理。整個壓漿操作過程中應當在操作區域設立醒目的標志牌，壓漿時嚴禁正對出漿口作業。壓漿專用設備必須由專人進行操作，尤其是計算機等核心部件，以免應計算機問題導致壓漿過程出現失誤。

6 結語

智能張拉及壓漿技術在預應力箱梁施工中的成功應用可以使得張拉控制應力精確到位，管道壓漿飽滿密實，有效提高預應力箱梁的使用壽命，實現張拉及壓漿的智能化控制，降低人為及環境因素的影響，施工質量及施工效果得以提高，為進一步實現施工現場智能化控制奠定了技術基礎。