桥梁智能预应力张拉和压浆工艺的应用

王立双

（邢台市信都区地方道路管理站，河北邢台 054001）

0 引言

在当前的建设工程行业中，桥梁的预应力张拉与压浆施工大都仍基于传统的方式，即按事先计算出来的初始张拉力与设计张拉力，根据油压表的读数与测量的钢绞线伸长量进行过程控制。但实际中的压力表读数存在精度问题，且更多的是依靠操作人员的水平和责任心。桥梁的预应力张拉控制直接影响梁体的结构安全性，控制不好将严重影响桥梁的有效使用寿命，导致后期提前加固甚至造成工程事故。为更准确地进行预应力张拉和压浆施工，智能张拉与压浆工艺应运而生。孙衍存[1]针对传统张拉工艺的缺陷和不足，提出了预应力智能张拉和大循环压浆技术，并介绍了对应的工艺。刘亚昌[2]阐述了桥梁智能张拉与智能压浆系统的结构、工作原理及其具体应用等，指出了该智能技术的推广与应用价值。

本文在既有文献的基础上，系统介绍智能张拉与压浆工艺概念与应用优势，并以某大型桥梁工程实际为案例，结合具体工程数据，验证该智能工艺的有效性，提出该工艺存在的不足，并对未来的研究重点进行展望。

1 智能预应力张拉及压浆工艺介绍

1.1 智能预应力张拉

钢绞线、锚垫板和波纹管完成安装后，保证混凝土强度不小于设计的85%，且龄期不小于7d，通过双拉双控进行预应力智能张拉。工艺原理如图1所示。

图1 智能预应力张拉工艺原理

（1）预应力张拉前准备：核对夹片、锚具等的规格和型号，合格后方可投入使用；张拉前先压混凝土试块，检查孔道内是否存在异物；对选配锚夹具与钢绞线进行校验，计算钢绞线张拉伸长量并报监理工程师确认，张拉所用仪表、千斤顶等检验标定后方可使用。

（2）智能张拉：启动张拉智能系统后，由操作人员启动张拉程序；油泵供油至千斤顶张拉油缸，按10%、20%、100%三级加载过程依次上升油压，控制千斤顶加载速度，确保持荷稳定；张拉过程中自动校核张拉后的活塞伸长值，并比较与计算值的偏差，当偏差大于±5%时，系统停止张拉并将自动报警。

1.2 智能压浆

完成智能预应力张拉后，孔道压浆最迟不超过48h，压浆前全面检查排气孔、扫水孔等，并检测压浆设备；采用活塞式压浆泵，压力0.5～0.7MPa。工艺流程如图2所示。

图2 智能压浆工艺流程

（1）压浆泵和真空泵分别连接至压浆端阀门Ⅰ和非压浆端阀门Ⅱ，水泥浆出口接密封阀门Ⅲ，压浆前关闭排气阀门Ⅰ和Ⅲ并启动真空泵，使体系负压达到0.1MPa。

（2）真空泵开启状态下打开压浆端阀Ⅰ和密封阀门Ⅲ进行压浆，当密封阀门Ⅲ排气孔流出微沫浆且无气泡时关闭真空泵。压浆充盈度与规定流动度相同时关闭出浆口，0.5MPa下稳压3～5min后关闭压浆端和压浆机阀门。

2 智能预应力张拉及压浆工艺应用优势

（1）测量精度高。测量伸长量用位移传感器替换传统钢尺钢束，可确保精准到0.01mm；位移传感器能把产生的电流信号转化成数字信号，防止人为干扰；高精度位移传感器能直接反映钢束伸长量，使精度得到极大提高。

（2）张拉精度高。通过压力传感器替换传统压力表，可确保精准到0.01MPa；高精度压力传感器放置在千斤顶内部，能直接显示张拉应力，提高对张拉力的控制；系统事先处理持荷荷载、持荷时间和加载速率等参数，防止出现超拉、欠拉。

（3）可实现同步张拉。借助现场配置的2台相同功率大小的油泵控制千斤顶，能对多个千斤顶进行同步张拉；传感器实测值如不符合相关要求，须解决后重新开始张拉；持荷阶段系统可自动校核加载速率、持荷压力和持荷时间等参数。

3 工程实例

某高速公路主线全长86.471km，其相应制梁场的总占地面积大约为145318.8m2，承担特大桥合计597孔的箱梁预制施工任务，箱梁混凝土浇筑320方，总重量达900t。预应力施工包括高边坡防护和预制箱梁的预应力施工，其中箱梁规格为20m小箱梁、25m小箱梁、30m小箱梁和40mT型梁。项目采用智能张拉与压浆工艺，有效保证了工程质量。

从实践应用可以看出，传统张拉设备需5个人同时操作，而采用智能张拉仅需一名工人操作电脑和一名辅助监测人员，同时施工效率提升30%～40%，节约人工成本15万元/年，智能预应力施工工艺一定程度减少了人为误差因素，精确度和效率均较高，由此带来的经济效益较显著。

智能压浆的压浆剂价格相对便宜且利用率高，而传统压浆设备多采用高质量、价格昂贵的压浆剂，施工过程中极易发生漏浆，导致所需的浆体量较大。虽然智能压浆系统价格相对较高，但施工质量较好同时节约了人力和材料上的费用，可减少材料成本约25万元。因此，智能预应力施工工艺在整体经济性上具有显著优势，通过计算机对预应力张拉和压浆进行控制便于现场管理，较好地保证了施工质量。

4 智能预应力张拉及压浆工艺的应用效果

目前，关于智能预应力张拉和压浆技术研究较多[3-6]，如叶建波等[7]、徐海源[8]、刘大鹏等[9]等都在工程实际中进行过应用，但仍缺少大型工程项目实例，质量控制和工艺技术也需进一步完善。为进一步验证智能化工艺的效果，以本文所述工程的某段箱梁为例，列举部分张拉数据如表1所示。

表1 某箱梁钢绞线张拉力及伸长量数据

由表1可知，实施智能张拉技术后，该段箱梁的钢绞线理论与实际伸长量误差较小，钢绞线伸长量变化相对平稳，最大偏差仅为1.41%，张拉力均达到设计要求，因此，在桥梁张拉工艺方面，采取智能手段可以保证施工质量，实现质量与安全的双赢。

5 结语

为实现连续梁预应力张拉压浆的精确控制，将智能预应力张拉和压浆工艺应用于高速公路桥梁工程建设中，分析了公路桥梁智能预应力张拉和压浆工艺的施工工艺流程。较传统张拉和压浆技术，智能预应力张拉和压浆施工工艺能提升预应力构件的使用寿命和牢固度，同时节约大量材料成本和人工成本，具有较好的应用前景。

目前智能预应力施工工艺仍存在些许不足，主要体现在其设备的传感器的测量原理无法识别出钢绞线的回缩值，因此相比传统人工测量方法，精度提升有限；另外，智能张拉设备属于精密设备，一旦受外界环境影响受到损坏，使前端控制器失灵，则维修需由专业人员进行，将对现场工程进度造成一定的影响。因此，开发更加高效、运行稳定且有一定容错性的智能张拉与压浆设备，将成为今后的研究重点，使其更好地服务于工程项目。