橋梁預應力智能張拉和壓漿設備技術研究

于小鵬

（山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

橋梁預應力是橋梁在承受荷載前作用于與荷載作用力相反的力，當橋梁受荷載作用時，荷載首先要抵消這部分預應力，然后橋梁才受力，這樣就增加了橋梁的承載能力。橋梁預應力張拉和壓漿設備是在橋梁預應力施工過程中應用的專業設備，張拉設備實現對孔道預應力筋的張拉功能；壓漿設備對預應力孔道進行壓漿，以防止孔道中的預應力筋氧化腐蝕。預應力管道壓漿是預制混凝土梁板的關鍵工序，即壓漿的質量直接影響橋梁結構的質量和使用壽命[1]。隨著橋梁預應力施工技術的不斷發展與完善，對預應力施工的工藝和機具都提出了較高要求，本文對JKZL01型智能張拉設備和JKYJ01型智能壓漿設備進行了技術介紹。

1 智能張拉設備

1.1 技術原理

JKZL01型預應力智能張拉設備采用液壓系統輸出動力對預應力筋進行張拉，液壓系統以超高壓油泵作為動力輸出裝置，為預應力筋張拉提供可靠、穩定的張拉動力，在張拉過程中，設備通過配備的監控系統和實時反饋裝置可實現對張拉力和張拉位移的精準控制。控制系統能夠精準地實現程序設定的各項指令，通過無線通信與操作電腦進行數據交換，確保數據通信的可靠互通。設備采用專業開發的張拉設備監控操作軟件，可記錄設備在張拉過程中的相關數據，如位移伸長量和壓力值等，并對張拉過程的相關數據進行實時監測。

1.2 設備結構

智能張拉設備由智能張拉儀、智能千斤頂、高壓油管、操作電腦及軟件等組成。智能張拉設備結構及工作原理圖見圖1。

圖1 智能張拉設備結構和工作原理圖

智能張拉儀是預應力張拉的超高壓動力輸出裝置，為梁體的張拉裝置（智能千斤頂）提供可靠、穩定的張拉動力，可實現張拉和保壓等功能。主要包括油箱、液壓系統、控制系統和機架等部件。液壓系統由液壓泵站、組合電磁閥、液壓管路等組成。液壓泵內置于液壓油箱，具有泄油少、噪聲低、壽命長等優勢，最大工作壓力為63 MPa，油泵流量為4.5 L/min，電機功率為4.0 kW，為預應力筋張拉提供穩定可靠的動力。控制系統由控制元件、操作電腦和配套的軟件操控系統組成，操作電腦通過無線傳輸與智能張拉儀連接通信，能夠準確地操控設備的各項指令。軟件操控系統包括手動和自動操作部分，手動按鈕主要用于設備的前期準備調試，開啟自動張拉系統后，設備可根據輸入系統的參數進行張拉，當達到張拉位移后，即停止張拉。

智能千斤頂為穿心式結構，采用新型耐油耐壓密封件，保證了張拉過程中缸體的高密封性。千斤頂內安裝有電子位移傳感器和高精度壓力傳感器，能精準測量千斤頂的伸長量和輸出的力值。

1.3 操作技術要點

a）施工前需將預應力筋、配套的錨具、限位板、智能千斤頂進行有效固定，連接智能千斤頂和張拉設備的進油管路、回油管路。

b）接通設備電源，打開張拉儀開關，設備指示燈顯示正常后，連接智能千斤頂與張拉設備的數據連接線。操作人員在張拉梁體的側面操作設備，既可保證安全操作，也不影響現場施工，并且在張拉過程中可全面觀察張拉梁兩端。開啟操作筆記本，啟動預應力智能張拉系統應用軟件，確定與張拉儀通信正常后，點擊選擇張拉構件參數菜單，輸入預應力張拉的相關參數。

c）開始張拉。分別點擊千斤頂位移清零和自動開始張拉鍵，可開始預應力筋的張拉，張拉過程中如有異常現象發生，可點擊油泵停止鍵停止張拉，等異常處理后，再開始張拉。

d）張拉結束。一孔張拉完成后，點擊張拉完成鍵，生成張拉數據報表，開始下一孔的張拉，全部張拉結束后，應先進行油泵退油，退出操作系統，關閉設備電源等操作。

2 智能壓漿設備

2.1 技術原理

JKYJ01型智能壓漿設備采用大循環灌注的工藝進行壓漿，即用高壓管路將預應力孔道和設備的漿液存儲罐連接，形成漿液閉環回路，開啟壓漿泵，使漿液在預應力孔道中循環流動，將孔道中的空氣排放干凈后，關閉漿液回流閥，開始壓漿，達到壓力并進行一段時間穩壓后，即可關閉孔道進出口閥門，完成孔道壓漿。壓漿時通過漿液持續循環實時測試管道進、出漿口壓力損失值，并自動調整灌漿壓力以保證全管路灌漿壓力值滿足規范的相應要求。對于曲線管道，一次壓漿很難將管道內的空氣完全帶出，而采用大循環回路方式，可使得漿液在管道內持續循環，通過調整壓漿流量將管道內空氣完全排出，同時通過漿液循環帶出孔道內殘留雜質[2]。設備設計有進漿和回漿流量監測裝置，可對孔道理論進漿量和實際進漿量進行實時監測和對比，以保證孔道壓漿的充盈度。

2.2 設備結構

智能壓漿設備由智能壓漿車、高壓膠管、操作電腦及配套軟件等組成。設備主要結構和工作原理圖見圖2。

圖2 智能壓漿設備工作原理圖

智能壓漿車主要由高速制漿罐、低速儲漿罐、壓漿泵、水膠比監測裝置、進漿測控裝置、回漿測控裝置及操作控制柜等組成。高速制漿罐用于將水泥、添加劑和水按比例配制成漿液，由專門設計的高速攪拌裝置和攪拌罐構成，攪拌罐底部為橢圓封頭結構，高速攪拌裝置可快速把水泥、添加劑和水攪拌均勻。低速儲漿罐用于儲備配制好的漿液，低速攪拌裝置可防止漿液中的水泥結塊。在孔道壓漿時，循環回流后的漿液經過濾后可回流到儲漿罐。壓漿泵采用活塞式連續作業的壓漿泵，流量為5 m3/h，揚程為5 m。水膠比監測裝置可對低速儲漿罐內配置的漿液配比進行實時監測，裝置包括低速循環泵、監測罐、壓力計等構成，壓力計安裝于監測罐側面下部，低速循環泵通過管路將低速儲漿罐與監測罐連接。根據壓強公式和混合液體密度計算公式，通過大量反復試驗，得到漿液中水泥含量與監測罐下部壓力呈線性比例關系，通過壓力計測定的壓力值，即可反推出漿液水膠比。壓漿時需接通的吸漿管、進漿管、返漿管、孔道對接管，采用高壓膠管，可承受最大壓力為1.0 MPa。

設備配套的操作電腦采用無線傳輸與智能壓漿車進行數據通信，使用方便快捷，有效控制距離200 m。操控軟件可實時監測顯示壓漿過程中漿液的水膠比、孔道進漿、回漿的壓力和流量，自動計算漿液密實度、孔道充盈度，智能分析處理數據，生成工程所需報表。

2.3 操作技術要點

2.3.1 選定設備和現場操作位置

根據現場實際情況，將壓漿臺車移至壓漿孔道的中部或一端位置，準備好制漿需要的水泥、穩定劑和水，接通設備電源，檢查電路及控制系統是否正常，為設備工作做好準備。操作電腦需放置在距壓漿臺車200 m內，且避強光位置，以便正常進行系統操作。

2.3.2 管路連接

正常情況下，一次可壓漿A和B兩個孔道，先將距智能壓漿車較遠一側的A孔道和B孔道用桿件及高壓管路連接，距智能壓漿車較近一側的A孔道和B孔道分別與智能壓漿臺車的進漿管路和回漿管路連接。用吸漿管連接低速儲漿罐和壓漿泵。將漿液回流管道與回流測控裝置連通并流回低速儲漿罐，這樣就將智能壓漿車與2個壓漿孔道接通形成一個漿液流通的大循環回路。

2.3.3 電路及系統軟件啟動

接通電源，查看電路是否正常，依次空載點動攪拌電機、壓漿泵、循環泵等查看旋轉方向是否正確，檢查進漿、回漿流量儀和壓力表儀表顯示是否正確。開啟操作電腦，打開操作軟件，進入操作界面，點擊連接設備按鈕，連接正確后，分別點動手動區域各按鈕，驗證操作系統與設備連接正常。

2.3.4 漿液配制

按漿液配制比例準備好相應的水、水泥和添加劑，把1/2水加入攪拌罐中，再逐漸加入1/2水泥，同時啟動攪拌葉片，加完后再加入剩余1/2水和水泥，最后再加入添加劑。加水泥時需均勻加入，以免引起水泥結塊，全部漿液制成后，攪拌時長不得超過5 min，漿液在高速攪拌罐內的儲存時間不得超過30 min，以免引起漿液固化。打開罐體底部閥門，漿液即可流入低速儲漿罐。

2.3.5 孔道壓漿

在保證軟件與智能壓漿車控制系統連接正常、各管路連接正確的情況下，在軟件操作界面，點擊開始壓漿，即開始孔道壓漿，初期回流管路會有大量氣體排出，軟件界面進漿口和出漿口流量的差值較大，當回流管出口無氣體排出時，進漿口和出漿口流量的差值較小，梁體孔道充盈度達到85%后，回流閥自動關閉，當進漿壓力達到泄壓壓力時，調壓閥打開，當充盈度達設計要求時，調壓閥和進漿閥全部關閉，進漿壓力為0.5～0.7 MPa，穩壓3～5 min后，系統提示自動壓漿結束，可手動關閉孔道閥門后，打開管路閥門泄壓，再開始下面孔道壓漿[1]。

2.3.6 結束壓漿

孔道壓漿結束后，需連接進漿管路和回流管路，用清水將設備及所有管道進行清洗，以免因漿液固化引起設備堵塞或性能損壞，清洗結束后，按操作軟件、操作控制臺和電源的先后順序關閉系統[3]。

3 結論

JKZL01型智能預應力張拉設備和JKYJ01型智能預應力壓漿設備在山西忻保高速龍須梁加固梁場進行了現場應用考核，張拉預應力筋36孔180束，灌注預應力孔道36孔，完成了梁場橋梁預應力的張拉和孔道壓漿任務，設備各部件運行穩定可靠，張拉和壓漿設備的技術指標和使用性能均滿足橋梁預應力張拉和壓漿的工藝和要求。隨著智能張拉和壓漿技術的進一步發展，橋梁預應力筋張拉和孔道壓漿的施工工藝將更加完善，施工質量也會不斷提高。