智能張拉和壓漿施工技術在預應力橋梁中應用研究

摘要：簡述了預應力橋梁張拉和壓漿的重要性，以及目前預應力張拉和壓漿技術存在的缺陷，詳細闡述了智能預應力張拉技術和智能壓漿技術及其技術優勢，對智能預應力張拉和壓漿技術的應用前景進行展望。

關鍵詞：預應力橋梁；智能張拉；壓漿

0 引言

對停止使用甚至發生坍塌事故的預應力鋼筋混凝土橋梁的最終調查結果均表明，其預應力張拉施工時損失部分預應力、管道壓漿不符合要求是主要原因，加上車輛載貨超過橋梁設計承載能力，導致發生橋梁坍塌事故。基于此，本文詳細闡述了智能預應力張拉技術和智能壓漿技術及其技術優勢，并對智能預應力張拉和壓漿技術的應用前景進行展望

1 橋梁常見故障原因分析

1.1 預應力張拉不規范

橋梁進入預應力張拉施工環節，常存在預應力張拉不規范問題，從而造成橋梁底板等部位發生不同程度的裂縫。分析認為，在施工過程中沒有準確控制預應力是導致上述情況的主要因素。當施加的預應力不足時，就會降低橋梁強度，引起橋梁結構出現裂縫會。當施加的預應力過大時，會造成橋梁整體結構發生改變，甚至使工程內部的鋼筋發生脆性損壞，從而產生巨大的安全隱患。

除了施加預應力不足湖過大問題外，施加的預應力不均勻同樣會造成工程結構損傷。橋梁內部每一條孔道每一個部分，甚至不同孔道的相同位置所受力都是不同的，施加的預應力如果不均勻，將會嚴重影響橋梁內部的力場分布，降低鋼筋結構的使用壽命。

1.2 管道壓漿不緊實

在規范的預應力張拉和壓漿施工過程中，需將預應力筋所處孔道注滿水泥漿液，通過水泥漿液的黏著力使預應力筋和孔道內壁充分融合，完成高密度的封閉。這不但能充分發揮預應力筋的效用，還能將構筑物最大程度融合成一個整體，保障其主體結構的強度。但若壓漿密實度不符合規范，留有若干空隙，就會造成預應力鋼筋發生銹蝕現象，使預應力筋無法發揮作用，導致橋梁內部結構和力場遭到破壞，進而引發裂縫甚至結構斷裂垮塌[1]。

1.3 其他施工問題

在預應力張拉和壓漿施工過程中，若出現錨頭滑絲、鋼絞線斷絲等情況，同樣會影響預應力張拉效果。此外項目設計缺陷、工人操作不規范等情況，也會影響預應力張拉效果。其中一個環節的疏忽，就可能導致整個橋梁結構的穩定性。

2 傳統預應力張拉和壓漿技術缺陷

2.1 張拉施工精度難以保證

原有預應力張拉施工的主要設備包括液壓油泵、千斤頂等，這些設備的使用效果主要取決于操作人員的使用熟練度、操作技巧、施工經驗等，由此導致張拉誤差較難準確掌控。液壓油泵的輸出壓力需要手工調節，不能設置準確的參數，張拉壓力完全取決于壓力表的讀數。如果壓力表準確度欠缺，加上操作人員施工經驗不足，導致張拉力精度難以保證。

在油壓表讀數穩定在規定壓力值后，鋼絞線持荷時間不得少于5min。在此時間段內如果發生欠張拉，無法進行張拉補償，繼續加載難度極大，則會對橋梁結構造成損傷。鋼絞線張拉是否合格，其張拉壓力值和伸長量均需符合規定數值，但是其伸長量需要依靠人工測量，但是人工測量難以保障測量的準確度。

2.2 壓漿施工工藝存在缺陷

原有壓漿施工工藝是存在明顯缺陷，主要表現在孔道壓漿密度低。如果孔道壓漿密度不夠，就會造成孔道內的預應力筋與孔道內壁的融合不夠緊實，導致預應力筋在空氣中暴露，引發腐蝕，使其強度降低。孔道壓漿密度低，會導致橋梁結構強度變低，進而降低整個橋梁的承載能力，為橋梁竣工后的使用埋下安全隱患。孔道壓漿密度低，還會導致預應力筋的錨頭應力集中，預應力筋整體受力不平均、負荷強度降低[2]。

3 智能預應力張拉技術

3.1 智能張拉技術的優越性

面對目前規模大、標準高、結構復雜的預應力橋梁工程需求，采用智能預應力張拉和壓漿新技術新設備是必然的選擇。采用該項新技術新設備，不僅能夠準確控制預應力張拉值并將誤差管控在合理范圍內，同時能夠提升施工效率，減少人力資源投入，有效降低工程成本。

3.2 智能張拉系統組成和工作原理

3.2.1 智能張拉系統組成

智能張拉系統主要由智能主機、液壓油泵和千斤頂組成。智能主機在控制張拉預應力的過程中起著關鍵作用，是智能張拉系統的核心設備。智能主機與液壓油泵和千斤頂有機協同，不依靠人工調節，便可充分發揮其最大效能。

3.2.2 智能張拉系統工作原理

智能張拉系統可實現人機交互智能化，界面簡單、易操作。在進行張拉施工時，只需使用計算機將張拉預應力、鋼絞線伸長量等數據錄入智能主機中，這些數據就會以常量的形式在智能主機中儲存，實時顯現對應數據變化情況，操作人員則可以及時對動態指標進行調整。

在計算機中錄入張拉預應力數據后，智能主機就會以總線為媒介接收到相應參數，并對參數進行智能分析，科學確定張拉預應力、鋼絞線伸長量的變化情況。隨后智能主機發出操作信號，指令張拉設備進行智能張拉作業。

智能張拉系統可隨時線性調整電動機參數，實時對張拉過程進行補償操作。智能主機通過計算精確操作液壓油泵電動機轉速，達到精準控制張拉預應力的目的。通過智能主機AI指令控制張拉施工，實現全過程動態監測，以全自動化模式完成各類參數實時調整和控制[3]。智能張拉系統工作原理如圖1所示。

3.3 智能張拉系統技術優勢

3.3.1 互聯互通

在張拉作業之前，操作人員需要將項目機構和相關單位信息輸入到系統中。在進行預應力張拉時，系統會通過互聯網將工程實施數據傳送給工項目機構和相關單位，便于其掌握第一手數據并做出準確快速的后續操作。

3.3.2 操作精準

工程項目監理單位工程師可通過互聯網傳輸的數據信息，實時監察和審核系統回傳數據并在線上簽字確認。現場施工人員可在施工進程中實時監控張拉作業的全過程，甚至可精準控制每每組線束的預應力值，將預應力精度控制在0.1MPa以內，將每組線束的位移精度控制在1mm以內。智能系統可以對實時傳送的數據進行分析，實現精準、動態控制。

3.3.3 具備補償與記憶功能

智能張拉系統具有漏壓補償功能，在特殊情況下仍能保持持久壓力。基于系統智能儲存技術，智能張拉系統具有斷電記憶功能，如果出現斷電情況，系統仍能完整成保存各項數據。這兩項功能在施工現場遇到極端狀況時，可以為現場人員爭取更多的時間解決問題，保證施工的正常推進。

3.3.4 儲存可導出

智能張拉系統具備操作日志的儲存及導出功能，系統會實時記錄每個節點的系統狀態、參數數據等。日志可準確、客觀反映系統運行過程，施工結束后，技術人員可以導出日志，快速對施工過程進行復盤分析。

4 智能壓漿技術

4.1 智能壓漿系統組成和工作原理

4.1.1 智能壓漿系統組成

智能壓漿系統主要由智能主機、循環壓漿機和測控設備組成。智能主機是智能壓漿系統的神經中樞，可預置和調節所有參數，以保證整個系統的正常運行。智能壓漿系統要求技術人員具有良好的計算機實操能力。

4.1.2 智能壓漿系統工作原理

智能主機通過系統軟件和數據輸入，對孔道壓漿進行精準控制。智能壓漿系統需要保持水泥漿液的不間斷內部循環，實時將孔道內部的空氣和雜質通過壓力沖孔的方式排出。如果在內部循環中水泥漿液發生堵塞現象，智能主機則會自動報警，緊急提示技術人員。

智能壓漿系統在孔道出口區域安裝高精度傳感器，技術人員可通過高精度傳感器掌握壓漿流量、孔道壓力、漿液水膠比等實時數據。智能壓漿系統將實時數據回傳給智能主機，智能主機會自動分析回傳數據，并根據分析結果對施工參數進行智能調節，確保壓降作業在規定參數范圍內完成。

智能壓漿系統能夠實時對施工參數進行調節，確保漿液在孔道內部的密實度符合技術要求，最大程度減少孔道中的空隙，并線性調節漿液壓力值。智能壓漿系統裝有智能漿液加水裝置，可可實現水膠比的精準智能調節[4]。智能壓漿系統工作原理如圖2所示。

4.2 智能壓漿系統技術優勢

4.2.1 確保壓漿緊密性

壓漿作業的目的是確保通過混凝土漿液，將預應力鋼筋與孔道內壁完全融合，使預應力筋與混凝土結構有機結合成一個整體，預應力在橋梁內部科學分布，并確保預應力鋼筋不裸露，避免其出現腐蝕現象。預應力孔道內一旦密實度達不到標準，則不能對預應力鋼筋完全包裹，同時預應力鋼筋與主體架構的錨固也不會穩固，這都會很大程度降低主體結構的承載能力。

智能壓漿系統可以解決這一弊端，完美實現壓漿的緊密性。其在作業過程中可以不間斷保持漿液的往復循環，可以把預應力孔道口的漿液儲存在儲漿桶內，并重新循環入孔道。系統為了保持孔道內壓漿的緊密性，可以智能化排出孔道內的空氣，并可持續進行壓漿。

4.2.2 可精準管控壓漿技術指標

安裝在進出口的傳感器實時對水膠比進行實時檢測，可將參數誤差控制在合理區間。在壓漿作業過程中，以智能主機為核心形成連接施工工具和傳感器的循環模式，實時調整技術參數，確保施工質量符合要求。智能壓漿系統避免了人為操作可能產生的誤差，可以精準的管控壓漿技術指標[5]。

5 智能預應力張拉和壓漿技術應用前景

橋梁建設項目可以充分發揮智能預應力張拉和壓漿的技術優勢。在技術參數方面，一旦張拉力誤差范圍超過1%，智能張拉系統在錨固前會自動觸發張拉功能，智能修正張力值，完成雙向智能控制。智能張拉系統實時獲取張拉數據，根據張拉力值進行智能調整，二者誤差不超過2%。技術人員可以依托智能化張拉系統實現自動施工，避免人為操作誤差和操作失誤問題，大幅提升張拉施工質量。

智能壓漿技術在橋梁建設的技術優勢，主要集中在參數的精準調整和控制方面，其可以實現完全排出孔道內的空氣和雜質，提高壓漿的整體均勻度及密實度。智能壓漿技術與原有人工作業方式相比，其對工程質量有著巨大提升。同時，在橋梁工程中應用智能壓漿技術，可以自動對作業日志、施工過程參數等進行記錄，使施工操作實現溯源管理。

在橋梁建設中智能預應力張拉和智能壓漿技術，在工程管理方面有很大技術優勢，在經濟效益方面則更加直觀。例如原有張拉施工方式至少需要6名以上施工人員參與，而智能張拉系統僅需2名施工人員；原有壓漿只能進行單孔道壓漿作業，而智能壓漿系統可同時進行雙孔道壓漿作業。

6 結束語

綜上所述，智能預應力張拉和壓漿技術在提高施工質量、提升施工效率、節約施工成本等方面具有很大優勢，可以在橋梁張拉施工中廣泛使用，擁有廣闊的應用前景。相信未來經過不斷優化調整，智能預應力張拉和壓漿技術會得到普及，為提高橋梁工程質量保駕護航。

參考文獻

[1] 王記濤，王志杰，焦劉霞.橋梁預應力智能張拉和壓漿技術在高速鐵路施工中的應用[J].粘接，2021（2）：175-179.

[2] 龐盼青.智能張拉和壓漿技術在高速公路橋梁工程中的應用[J].交通世界，2021（Z1）：172-173.

[3] 于麗恒.智能預應力張拉和壓漿設備在預應力張拉和壓漿中的應用[J].價值工程，2019，38（10）：130-133.

[4] 劉亞昌.智能張拉和智能壓漿系統在橋梁建設中的應用[J].交通運輸研究，2014，42（10）：111-113.

[5] 黎人偉.智能預應力施工工藝在橋梁施工中的應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2014.