智能張拉、壓漿系統在連續梁施工中的應用

李超

（中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

在施工時，預應力混凝土連續梁橋中的鋼束必須要保證符合預應力規范，否則梁體內就不會有預設的應力支持，如此一來梁體就會因為運營荷載和混凝土突變雙重作用下出現較為嚴重的下撓。如果撓度大于一個臨界值時，主梁的彎曲程度太大無疑會導致橋梁上的鋪設層被破壞，導致路面坑洼不平，既影響了人們的出行，又減少了橋梁的使用時間，同時也可能會發生事故威脅到人們的生命安全。還有一個可能會導致橋梁坍塌事故發生的因素就是預應力孔道壓漿的密實程度達不到要求，該工程失誤會讓鋼絞線被銹蝕，降低了結構的耐久性，可能會導致橋梁坍塌。若采用傳統的人工預應力張拉施工方法，則無法精確控制張拉力精度與同步性，因為人工操作總是會受到很多因素影響。人工操作可能導致的問題包括張拉中升壓降壓速率太大、持荷時間不足，延遲預應力筋應力傳遞，錨具壓縮變形、回縮量增大等，這些問題都可能導致預應力在梁受力體中無法起到作用。在人為操作下，壓漿壓力得不到精準控制，無法保證密實壓漿，很可能會讓鋼絞線因銹蝕而喪失其預應力作用。想要有效避免施工時梁體預應力失效的問題，就可以采用智能張拉、壓漿系統進行控制。

1 工程概況

新建張家界至懷化鐵路正線全長243．265公里，該鐵路設計雙線高速鐵路時速每小時為350千米，選用Ⅰ型雙塊式無砟軌道。其中竹林坪大橋長為（40+56+40）米，位于湖南省懷化市鶴城區涼亭坳鄉大竹林村，橫跨竹林坪溪水庫，選用懸灌法施工。梁體為單箱單室變高變截面箱梁，采用變截面底板、腹板、頂板。在整個梁的端支點和中間支點處設有隔板，隔板上設有孔供檢驗員通過。箱梁頂寬12．6米，底寬6．7米，中支點截面中心線處梁高4．335米，中跨截面中心線處梁高3．035米，邊跨截面中心線處梁高17．75米，梁下緣根據次拋物線變化。梁端與邊支座中心線的距離為0．75米，與梁節點分界線距離十公分。邊承式橫橋中心距5．3米，中承式橫橋中心距5．8米，中跨合龍段、邊跨合龍段長度兩米，邊跨直段長度11．75米。

竹林坪大橋縱向預應力鋼絞線束選用智能張拉灌漿系統，該系統的設備采用lz-5903橋梁預應力智能張拉系統和lzj02智能灌漿系統。提前將預應力施工數據輸入筆記本電腦，通過無線網絡連接控制張拉儀，自動將張拉數據記錄到電腦中。

2 智能張拉控制系統設備組成

智能張拉控制系統設備組成包括2臺智能張拉儀、可以上網的筆記本電腦、4臺智能斤頂、高壓油管、位移傳感器等。

在實現張拉時，先將張拉的相關參數輸入到電腦中，該智能張拉系統會操控4臺千斤頂來實現平衡對稱張拉。在張拉過程中不需要任何人為操作，避免了很多不可控因素，而且張拉應力和伸長值的時間曲線會在控制界面實時顯示，張拉結束后自動記錄存儲并上傳云端實現信息化管理。

通過智能系統控制張拉過程，可以準確把握加載錨下預應力大小，準確監測預應力筋張拉的形變值；有效保證預應力張拉施工質量，實現張拉同步、準確分級、勻速率加載以及規范持荷時間等；利用該系統可以生成力—時間、位移—時間曲線，方便觀測者對張拉過程中是否出現異常情況做出準確判斷；結束張拉持荷時，能夠緩慢的卸載，盡可能的減小錨固階段預應力損失。

3 張拉工藝

3.1 錨具及千斤頂的安裝

先安裝工具錨板，再安裝千斤頂與錨具，接著在工作錨板每個錐孔內裝上工作夾片，將限制工作錨夾片移動的限位板套在工作錨上，安裝千斤頂，最后裝上可重復使用的工具錨板與工具夾片。

3.2 智能張拉過程

第一階段：千斤頂供油張拉至初應力（設計控制應力的20%）。在測量伸長值時為了消除鋼束自然松弛造成的誤差，可以先用工具錨環鎖緊工具錨夾片，在保證管道內的預應力筋受力均勻的前提下繃緊鋼絞線。達到預設的應力停頓點后，千斤頂油缸的伸長值會被系統的位移傳感器記錄。

第二階段：系統預設的加載速度下，千斤頂繼續供油張拉到設計控制應力的五分之二，在未到達預設應力停頓點時，會一直拉伸鋼絞線，而且張拉過程中的油泵供油速度會自動調節，千斤頂油缸的伸長值由系統通過位移傳感器記錄。

第三階段：加載值到達控制應力的設計值，持續拉伸鋼絞線，當張拉力到達設計應力附近時，減緩加載速度，準確到達設計張拉應力。

持荷階段：在張拉應力達到設計應力時，儀器會停止繼續加載并保持載荷（5min），滿足張拉力一直處于設計應力范圍內，直到千斤頂油缸的伸長值被系統通過位移傳感器記錄成表格。

錨固階段：在統計表格做好以后，系統開始卸載，絞線也會隨之進行彈性收縮，工作夾片緩慢錨固至工作錨內，完成張拉端錨固。

回頂階段：該智能系統調控張拉端的千斤頂進行緩慢卸載，在卸載結束后記錄工作夾片的外露長度。一整日后，再次測量夾片外露長度，檢查有無滑絲斷絲情況。

在實施張拉的過程中可以根據筆記本電腦上壓力、位移曲線來直觀的看出該過程是否出現異常，發現異常立即按下“暫停張拉”按鈕，等待故障排除后再繼續張拉。整個張拉過程進行時，工作臺前不能無人，員工也不能退出張拉界面或者運行其他程序，而是需要時時關注張拉數據。在操作臺和千斤頂與張拉儀前都需要專門的工作人員密切觀察設備是否正常運轉，注意安全，異常情況下必須馬上按下“暫停張拉”按鈕，直到排除問題后才能繼續張拉。

4 循環智能壓漿系統

制漿儲存系統、注漿泵、自動加水裝置、控制系統、監控系統和高壓膠管一起組成了循環智能注漿系統。漿液在由高速攪拌機、漿液泵、進漿管、預應力管和回流管組成的回路中連續循環。通過調節泵的排出流量，使管道內的空氣全部排出，通過泥漿循環將管道內殘留的雜質帶出，保證預應力管道的稠密泥漿壓力。

4.1 制漿控制

根據灌漿劑的配比，提前在儀器界面輸入配比參數，根據設定的一次制漿量系統自動加水，加水后加入灌漿劑，系統自動混合，并根據設定的混合時間。

測量由系統自動控制，排除人為因素，水膠比過大或過小。水灰比測定儀實時監測水泥漿的水灰比，確保配合比符合要求。

4.2 壓漿施工

泥漿泵通過高壓管道將泥漿液壓送入預應力管道然后通過高壓管道返回儲漿筒，形成循環回路，排出管道中的空氣。測控系統通過監測管道進出口壓力值不斷調整灌漿壓力，辦證整個循環回路的灌漿壓力值滿足規范要求。灌漿過程中，操作人員應注意智能灌漿設備的操作。如有異常情況，應立即暫停灌漿，經檢查排除后方可繼續灌漿。灌漿結束后，通過“清洗系統”自動清洗進漿管與回漿管，直至水流出。

4.3 智能壓漿系統優勢

為了避免人為加水導致比例不準確，采用系統自動計量加水。利用水灰比測試儀實時監測水灰比，然后將數據反饋給系統接口，保證水泥漿質量。

灌漿過程的一鍵控制自動完成，既避免了人為操作帶來的誤差有減少了工人的勞動量。

灌漿結束后，系統自動記錄漿液的水灰比、灌漿壓力、穩定時間等數據，保證數據的真實性和可追溯性

5 結語

為了排除人為因素的影響，預應力智能張拉系統全過程按規范要求自動完成預應力張拉；張拉分級、壓力、泄壓速度、持力時間、錨固過程等全面按照橋梁設計和施工的技術要求，準確控制施加的預應力值，并能實現多頂同步張拉。預應力智能注漿系統采用大循環回路注漿，注漿過程由智能系統控制，不受人為因素的影響。該系統可以自動記錄水膠比、灌漿壓力、穩定時間等數據，而且實時準確測量這些數據，很大程度上保證了梁預應力系統的精度和耐久性。一定程度上幫助預應力結構得以使用更長時間，也提高了橋結構的安全性與耐久性。