預制箱梁工程中的智能張拉及壓漿施工技術

郭建峰

（中鐵十二局集團第七工程有限公司，長沙410000）

1 工程概況

某高速公路路線總長19.8km，沿線施工所用預制梁板總量1 385 片，其中，5m 和8m 的普通鋼筋混凝土空心板分別為95 片、333 片；10m、13m、16m、20m、35m 的預應力混凝土空心板分別為413 片、156 片、68 片、268 片、52 片。預制箱梁為沿線重點施工內容，采用智能張拉及壓漿技術。

2 智能張拉施工技術分析

2.1 智能張拉的應用優勢

智能張拉的應用優勢包括：

1）智能張拉機配置簡單，僅需準備2 臺設備，降低了操作難度，且控制了所需成本。

2）配套的智能控制系統運行穩定、作業精度較高，全程可較為平順地完成張拉作業。

3）智能張拉充分彰顯出自動化特征，對速率的控制更加精細，可有效排除人工干擾問題，經過預應力張拉后所得結果的精度有所保障。

4）智能張拉系統能夠根據實際施工需求高精度控制千斤頂，以保證施加的預應力具有合理性，相較于傳統張拉方法的±1.5%誤差，在應用智能張拉的方法后可減小至約±1%。

2.2 智能張拉設備的應用特點

智能張拉設備可以按既定的程序自動化完成張拉作業，實現對預應力值和伸長量的雙重控制，保證兩項指標的實際誤差均被控制在許可范圍內[1]。計算機與千斤頂具有一對多的關系，即單臺計算機可控制多臺設備，形成協調作業的關系，提高張拉的同步性。在張拉施工前，能夠精準控制加載速率、持荷時間等關鍵指標，同時采集并完整記錄張拉期間的數據，而遠程管理功能的應用則突破了時間和空間的束縛。

2.3 預應力管道施工

預應力管道施工過程為：

1）將金屬波紋管作為預應力管道的材料，對接后連接成整體，同時用膠帶密封，以避免外界雜物進入管道。

2）通過焊接工藝的應用將預應力管道穩定在底腹板箍筋處，底板和腹板分別按照直線段80cm、曲線段40cm 的標準設置定位鋼筋，考慮到波紋管曲線范圍內的特殊性，于該處將間距減小至1m。

3）以設計坐標為準精準安裝預應力管道，保證所處位置具有合理性。澆筑前設置內襯管，澆筑施工期間適當抽動內襯管，通過此方式避免水泥漿混入管道內。

4）預應力錨墊板的設置采取的是穩固于模板的方式，用膠帶處理二者間形成的接縫，提高嚴密性。

2.4 預應力張拉

2.4.1 張拉前的準備

張拉前的準備工作包括：

1）檢測每批鋼絞線的彈性模量，詳細計算張拉的預應力理論伸長值。建立健全張拉作業組，技術培訓考試合格后持證上崗。

2）張拉千斤頂的張拉力應大于所施預應力最大值的1.2～1.5 倍，使用前先測定摩阻系數f，試驗次數不低于5 次，f＞1.05時此千斤頂不能使用。

3）檢驗周期：新購設備必須做檢驗標定，當千斤頂和油壓表使用200 頻次時或使用6 個月，抑或千斤頂受瞬時猛烈沖擊（如在斷絲突然卸荷）以及千斤頂、油壓表修復后，要重新檢驗標定方可使用。

2.4.2 鋼絞線編束

為了保證各鋼絞線受力的均勻性，必須避免鋼絞線在穿束過程中互相纏繞的現象，采用整束梳編穿束工藝，將鋼絞線逐根首尾對應編號（每根預應力筋兩端的編號應相同）、梳編、理順，每隔1～1.5m 捆綁一次，使其綁扎牢固、順直[2]。然后整束穿入管道，保證預應力筋順直、不扭轉、相互平行。穿束前采用通孔器疏通預留管道，穿束安裝時嚴格控制每根預應力筋的相對位置（兩端對應、平行）。

2.4.3 張拉關鍵參數的控制

箱梁混凝土的實測強度滿足設計強度85%且不少于7d的要求后，才能進入張拉施工環節。正彎矩和負彎矩均遵循的是對稱張拉原則，但前者以整束張拉為宜，后者單根依次張拉到位。預應力張拉期間以張拉力為判斷作業質量的關鍵指標，再通過伸長量檢驗。

張拉平臺是順利開展張拉作業的基礎裝置，結構組成包含3 個部分：（1）底盤，以10mm 厚的槽鋼為基礎材料，經焊接后制作而得；（2）托盤，以80mm 的槽鋼為基礎材料，加工后制得滑動槽；（3）支架，采用的是φ50mm 鋼管。在張拉平臺搭建完成后刷涂黑白油漆，掛設警示標牌。

2.4.4 錨具、夾片的安裝

錨具、夾片的安裝過程為：

1）安裝作業前做全面的檢查，包含鋼架線、錨墊板及混凝土，若各方面均無誤則將錨具安裝到位。

2）將夾片放入鋼絞線錨具孔內，用20mm 的鋼管敲擊以提高其密實性，期間加強對夾片和鋼絞線錨固情況的檢查，確保無誤。

3）按照先張拉墊板、后工具錨和夾片的方式依次安裝到位，且在安裝夾片前對其采取打蠟處理措施，以便在結束張拉后可快速拆除。

2.4.5 預應力張拉

張拉程序為：0→初應力（0.15σk）→0.3σk→1.0σk（持荷5min）錨固（σk為控制應力）。實際伸長值的測量由智能張拉專用電腦自動生成并存檔，以0～0.15σk作為應力初調點，并以此量出油缸活塞伸長值以及夾片的外露長度，然后從0.15σk張拉到0.3σk，分別在0.3σk和1.0σk時量取相對應值，根據此值與理論計算伸長值進行比較。伸長值計算方法：

式中，ΔL1為從初應力至最大張拉力間的實測伸長值，mm；ΔL2為初應力以下的推算伸長值，mm。

夾片回縮量初次張拉完畢后，觀察夾片是否出現滑絲、脫錨現象，若出現必須補充應力或進行退錨處理，并取得監理工程師認可。在試拉到0.3σk時觀察有無脫錨現象，以及千斤頂軸線方向和張拉方向是否與鋼絞線軸心方向成一條線。

3 智能壓漿施工技術分析

3.1 智能壓漿的作業特點

智能壓漿的作業特點包括：

1）管道內的漿液按照先出漿口、后儲漿桶、再進漿口泵入管道的流程依次轉移，由此形成大循環回路，在正確調整壓力和流量后，可以將殘留在管道內的空氣通過出漿口排出，期間還可攜帶孔道內殘留的雜質。

2）自動化檢測，從而確定管道壓力損失，以最低壓力要求為準設置灌漿壓力值，此時盡管巖土存在壓力損失的情況，但依然可以保證灌漿壓力滿足要求。注漿后關閉出漿口，要求其在相對較長的時間內壓力穩定在0.5MPa 及其以上水平。

3）以配比為準適時摻水，使水膠比維持在合理區間內。預應力管道施工中，以雙孔同步壓漿的方式較為合適，壓入點為較低的一孔，再由較高的孔流出，回流至儲漿桶內。全程具有秩序性，且能夠實時呈現壓力、溫度等方面的信息，以供施工人員對施工質量做出判斷。

4）通過計算機程序的運行自動化調控灌漿作業，幾乎無須人為參與，由軟硬件的協同便可完成壓漿作業，控制水平較高，可以減少人為誤差所帶來的不良影響。

3.2 智能壓漿

智能壓漿設備為關鍵裝置，可提供自動上料、自動控壓等功能，攪拌運行期間的轉速可達到1 020r/min，原材料的稱量精度較高，可在±0.4%以內。智能壓漿設備不易受到外界因素的干擾，能夠連續完成壓漿作業，壓力維持相對穩定的狀態，正常工況下注漿量達到4.5m3/h，除了采取自動控制模式外，也可根據需求切換為人工手動的模式[3]。保壓范圍具有可調性，壓力表的穩定性較好，無指針異常波動的現象，總量程1.6MPa，覆蓋了絕大部分壓漿施工場景。

智能壓漿施工的主要流程為：

1）安裝壓漿管閥使其精準就位于壓漿孔內，同時在上一管道壓漿孔處連接出漿孔管道。

2）完成水泥漿的配制作業后轉至儲漿罐內，再進入灌漿泵，該處打出漿體的濃度與灌漿泵內的濃度保持一致時關閉灌漿泵，在此基礎上連接高壓橡膠管，使其與孔道的灌漿管穩定對接，正式進入管道壓漿施工環節。

3）開啟灌漿閥連續灌漿，隨著灌漿壓力的提高，當該值達到約0.5MPa 時暫停加壓，穩壓3min，在該階段內通過壓力作用完成排氣泌水，切實提高管道內部漿液的密實性，若無誤則關閉灌漿泵及灌漿閥門。

4）壓漿作業落實到位后拆除壓漿管閥，封堵壓漿孔。

5）拆除管路，全面清理灌漿泵等相關裝置，以免漿液在其中凝結。

4 結語

綜上所述，在橋梁工程的預制箱梁施工中，智能張拉壓漿技術的應用優勢突出，作為一項新型技術，其解決了傳統方式下壓漿作業人力資源投入大、控制精度偏低、質量欠佳、成本高等問題，總體來看具有可行性，值得被推廣至預制箱梁施工中。