張 鶴 （中鐵四局集團(tuán)上海工程有限公司，上海 20190115）

在如今的橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力施工被廣泛應(yīng)用各類混凝土結(jié)構(gòu)工程中，其中關(guān)鍵工序是張拉壓漿，其施工質(zhì)量的好壞，會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的耐久性，但是傳統(tǒng)張拉壓漿施工，施工人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)操作，誤差率高，無(wú)法完全保證預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。不少橋梁因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力施工不合格，被迫提前進(jìn)行加固，嚴(yán)重時(shí)甚至突然垮塌，給社會(huì)造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。主要原因是橋梁在施工階段未能及時(shí)有效的張拉封錨，造成梁體所加載的預(yù)應(yīng)力部分損失，張拉壓漿的相關(guān)操作不夠科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵性技術(shù)控制手段較低等造成超張或預(yù)應(yīng)力不足、壓漿不密實(shí)。近年來，隨著國(guó)家高速鐵路建設(shè)中橋梁施工技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)張拉壓漿技術(shù)已無(wú)法滿足現(xiàn)有的施工技術(shù)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，為加強(qiáng)橋梁預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工控制，狠抓質(zhì)量隱患，引進(jìn)預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿系統(tǒng)成為必然，智能張拉壓漿在施工過程中有效解決了傳統(tǒng)張拉壓漿過程中存在的各種問題，為橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土質(zhì)量建立起了有效的控制體系。

1 橋梁預(yù)應(yīng)力傳統(tǒng)張拉、壓漿施工技術(shù)不足之處分析

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力張拉施工系統(tǒng)主要是由機(jī)械化的油泵、千斤頂?shù)仍O(shè)備組成，施工中不確定因素多，誤差來源較多，一是位移及壓力控制須通過手動(dòng)操作油泵，隨意性大，單純的依靠壓力表讀數(shù)，很難精確保證控制張拉力；二是在持荷時(shí)間內(nèi)對(duì)荷載的大小難以控制，因無(wú)自動(dòng)補(bǔ)償張拉功能，一旦出現(xiàn)欠張，將給工程質(zhì)量造成很大隱患。三是鋼絞線張拉伸長(zhǎng)量需人工測(cè)量并記錄，很難保證測(cè)量的及時(shí)性和數(shù)據(jù)的可靠度。四是預(yù)應(yīng)力張拉需對(duì)稱同步張拉，傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工主要是人工控制，同步精度比較低，不能確保多頂對(duì)稱張拉，在錨固時(shí)瞬時(shí)卸載，回縮時(shí)對(duì)夾片造成沖擊，回縮量大，伸長(zhǎng)量影響較大，實(shí)際操作中張拉力和伸長(zhǎng)量無(wú)法同步控制。

傳統(tǒng)壓漿工藝易存在壓漿不密實(shí)的問題，一是引起預(yù)應(yīng)力筋與管道內(nèi)空氣及雜質(zhì)直接接觸而銹蝕，造成預(yù)應(yīng)力筋與漿體的粘結(jié)力大大降低，導(dǎo)致整個(gè)梁體有效預(yù)應(yīng)力下降，結(jié)構(gòu)剛度及承載力不足；二是易導(dǎo)致錨頭出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而改變梁體受力狀態(tài)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。如何高效優(yōu)質(zhì)的完成預(yù)應(yīng)力施工，規(guī)避傳統(tǒng)張拉壓漿技術(shù)的不足之處，保證橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿施工質(zhì)量，引進(jìn)智能張拉壓漿技術(shù)顯得非常重要。

2 橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉、壓漿施工技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 智能張拉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

智能張拉系統(tǒng)主要由高智能化的操作主機(jī)、油泵與千斤頂?shù)热齻€(gè)結(jié)構(gòu)有機(jī)構(gòu)成。在控制張拉預(yù)應(yīng)力過程中,主機(jī)起到核心作用，油泵與千斤頂兩者互相配合，三者之間共同作用，充分發(fā)揮系統(tǒng)的有效功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為智能化，操作界面體驗(yàn)度較好。借助計(jì)算機(jī)將張拉控制力、伸長(zhǎng)量誤差范圍輸入到主機(jī)系統(tǒng)中，直觀準(zhǔn)確的反映出張拉力與鋼絞線伸長(zhǎng)量，可以作為張拉施工時(shí)校對(duì)指標(biāo)。

利用傳感器第一時(shí)間將收集的施工數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在主機(jī)接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，及時(shí)進(jìn)行分析和研究，確定張拉過程中力與伸長(zhǎng)量的變化情況。對(duì)張拉設(shè)備發(fā)出系統(tǒng)指令，兩者交互進(jìn)行，多頂對(duì)稱張拉，及時(shí)對(duì)張拉設(shè)備的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)張拉補(bǔ)償功能，通過對(duì)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速展開有效的把控，確保更準(zhǔn)確的控制好張拉預(yù)應(yīng)力。

在整個(gè)過程中借助主機(jī)的指令控制模式，對(duì)整個(gè)張拉過程進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制。利用智能張拉系統(tǒng)的漏壓補(bǔ)償功能及斷電后數(shù)據(jù)記憶功能，在張拉過程不會(huì)因?yàn)闄C(jī)械故障造成張拉的數(shù)據(jù)及能效損失，可以有效提升橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理如下圖所示：

2.2 智能張拉施工技術(shù)

在千斤頂張拉工作結(jié)束后，智能張拉系統(tǒng)可逐步有效減壓，確保鋼絞線張拉力有效過渡，特別是在檢查過程中借助減壓技術(shù)，減小對(duì)工作夾片的沖擊。在連續(xù)梁張拉施工前，輸入對(duì)應(yīng)號(hào)段的建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等相關(guān)方信息，預(yù)應(yīng)力張拉過程中，通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信技術(shù)，為建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等相關(guān)方提供遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，增加對(duì)工程質(zhì)量控制力度。例如監(jiān)理工程師可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，審核相關(guān)的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)報(bào)表中進(jìn)行簽名和確認(rèn)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可以對(duì)整個(gè)張拉過程進(jìn)行監(jiān)控，具體到每一個(gè)行程的千斤頂應(yīng)力、應(yīng)變值隨著時(shí)間不斷變化情況，實(shí)現(xiàn)精確控制壓力位移值（壓力精度0.1MPa、位移精度1mm），有效分析和研究具體的數(shù)據(jù)。另外張拉機(jī)械具有漏壓補(bǔ)償功能，可長(zhǎng)時(shí)間保持壓力，同時(shí)在機(jī)械意外斷電后有記憶功能，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，這樣在預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)若出現(xiàn)安全、質(zhì)量等突發(fā)性問題，可在第一時(shí)間解除張拉狀態(tài)，待問題處理完畢后，再繼續(xù)進(jìn)行張拉施工。為保證現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況時(shí)不影響橋梁整體預(yù)應(yīng)力施工，預(yù)應(yīng)力智能張拉機(jī)械安裝了超壓保護(hù)、超位移保護(hù)、通訊中斷保護(hù)功能，預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束以后，技術(shù)人員可以有針對(duì)性的校對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)。另外智能化張拉系統(tǒng)可以自動(dòng)化生成張拉記錄表，較全面系統(tǒng)性反映出張拉過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，確保工程數(shù)據(jù)真實(shí)性、可追溯性。

2.3 智能壓漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理分析

智能壓漿系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)主機(jī)、測(cè)控體系與循環(huán)壓漿體系三部分構(gòu)成。壓漿體系回路主要由預(yù)應(yīng)力管道、制漿機(jī)與壓漿泵三者緊密聯(lián)系，協(xié)同工作。智能壓漿系統(tǒng)中參數(shù)的設(shè)置與調(diào)節(jié)是智能壓漿體系的關(guān)鍵所在，對(duì)施工人員操作能力提出了較高的要求。

計(jì)算機(jī)主機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)流程控制的核心，可以有效確保漿液在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)持續(xù)不間斷的循環(huán)，利用壓力沖孔將管道內(nèi)部的空氣等相關(guān)雜質(zhì)排除出去，如果漿液在循環(huán)過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，則開啟主機(jī)進(jìn)行報(bào)警，要在第一時(shí)間處理完畢。

在預(yù)應(yīng)力管道的進(jìn)出口安裝精密傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漿液的水膠比、管道壓力、漿液流量等具體參數(shù)，及時(shí)將所測(cè)的數(shù)據(jù)在第一時(shí)間輸入到計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)部，并根據(jù)主機(jī)的判斷和分析，向測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行反饋，逐步優(yōu)化和完善具體參數(shù)，保證整個(gè)壓漿過程平穩(wěn)有序推進(jìn)。智能壓漿系統(tǒng)可以有效保障預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部的漿液密實(shí)度，減少內(nèi)部孔隙，對(duì)壓力的大小進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，可結(jié)合具體圖紙規(guī)范要求進(jìn)行管內(nèi)持壓。在改善漿液其流動(dòng)性方面，傳統(tǒng)壓漿工藝是通過試驗(yàn)儀器測(cè)量或人工觀察的方式，確定是否通過人工加水來改善，而循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)具備自動(dòng)加水裝置，能夠準(zhǔn)確計(jì)量用水量以控制水膠比。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原理如下圖所示。

2.4 智能壓漿施工技術(shù)

壓漿的主要作用是確保預(yù)應(yīng)力筋處在混凝土的保護(hù)層之中，通過壓漿使鋼絞線、漿體、混凝土結(jié)成一個(gè)整體，將預(yù)應(yīng)力分擔(dān)到整個(gè)梁體，同時(shí)也保護(hù)鋼絞線使其免受環(huán)境因素的影響而造成破壞。預(yù)應(yīng)力鋼絞線筋主要利用水泥漿體與周邊混凝土包裹，通過預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間的握裹力使兩者有效結(jié)合、錨固，提升梁體抗裂性能與承載力。若預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部壓漿不密實(shí)，孔隙大，大大降低橋梁的使用年限。智能壓漿系統(tǒng)的引入使橋梁工程壓漿不密實(shí)的問題得以有效解決，提升了橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量與耐久性。

施工中采用循環(huán)回路的方式，將預(yù)應(yīng)力管道出口位置漿液導(dǎo)流至相應(yīng)的儲(chǔ)漿桶之中，實(shí)現(xiàn)了灌漿回路的循環(huán)。為了有效保障灌漿的密實(shí)度，排除預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部空氣，智能壓漿系統(tǒng)采用持續(xù)循環(huán)灌輸漿方式，在出漿口與進(jìn)漿口位置設(shè)置傳感器，對(duì)漿液水膠比進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效保障灌漿液達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過計(jì)算機(jī)主機(jī)接收的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)采集接收數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算與分析判斷，向壓漿系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)信息反饋，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集整理分析并及時(shí)調(diào)整機(jī)器施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量，提升施工效益。錨頭密封是一個(gè)較難控制的工序，施工過程中，采取了密封加彈性墊片的施工手段，與傳統(tǒng)的橋梁工程壓漿施工相比，智能壓漿體系有效避免了人為操作因素的干擾，使各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)更為精準(zhǔn)。

3 預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

2018年5 月-12月，在連徐鐵路站前Ⅰ標(biāo)東海大橋連續(xù)梁 2聯(lián)（32+48+32 m），1聯(lián)（40+64+40m）施工中引進(jìn)預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿系統(tǒng)，32+48+32m連續(xù)梁底、腹、頂板束共336孔預(yù)應(yīng)力（其中6孔為備用束），左右對(duì)稱張拉即需張拉162次，智能壓漿168次（雙孔同時(shí)壓漿），40+64+40m連續(xù)梁底、腹、頂板束共194孔預(yù)應(yīng)力（其中10孔為備用束），左右對(duì)稱張拉即需張拉92次，智能壓漿97次（雙孔同時(shí)壓漿）。提高了預(yù)應(yīng)力工程質(zhì)量及施工效率，并節(jié)約了施工成本。

在技術(shù)方面智能張拉系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：①?gòu)埨ο陆?%時(shí)，錨固前自動(dòng)補(bǔ)拉至規(guī)定值；②自動(dòng)測(cè)量，及時(shí)準(zhǔn)確，及時(shí)校核，與張拉力同步控制，實(shí)現(xiàn)真正“雙控”；③同步精度達(dá)±2%，計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)多頂對(duì)稱同步張拉；④按程序設(shè)定速度加載和持荷，排除人為影響；⑤可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量；⑥操作人員遠(yuǎn)離非安全區(qū)域，人身安全有保障；⑦便于質(zhì)量管理，質(zhì)量追溯，提高管理水平、質(zhì)量水平，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控；

智能壓漿系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：①大循環(huán)回路讓漿液在管道內(nèi)持續(xù)循環(huán)以排凈管道內(nèi)空氣；②自動(dòng)調(diào)整壓力大小，以保證全管路按規(guī)范要求的大小和時(shí)間持壓、穩(wěn)壓；③電腦自動(dòng)加水加料，切實(shí)控制漿液性能水膠比；④實(shí)時(shí)測(cè)試得到管道壓力損失便于調(diào)整灌漿壓力；⑤可進(jìn)行質(zhì)量追溯，還原壓漿全過程，提高管理水平；

在經(jīng)濟(jì)效益方面?zhèn)鹘y(tǒng)張拉需要兩端各1人操作油泵，各1人量測(cè)伸長(zhǎng)量，各1人記錄張拉數(shù)據(jù)，共需6人同時(shí)作業(yè)。智能張拉只需1人操作電腦，1人照看張拉現(xiàn)場(chǎng)，共2人可完成張拉。節(jié)約2人，按2人每月工資5000元，年節(jié)約人工費(fèi)用24萬(wàn)元。

傳統(tǒng)壓漿工藝僅可一次壓一孔，智能壓漿工藝可實(shí)現(xiàn)雙孔同時(shí)壓漿，提高工效100%，節(jié)省人工50%，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

在社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益方面智能張拉壓漿系統(tǒng)能讓混凝土構(gòu)件形成牢固的有效預(yù)應(yīng)力體系，保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性，顯著延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壽命，有利于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，降低橋梁結(jié)構(gòu)全壽命周期成本，節(jié)約大量寶貴社會(huì)資源。推廣至公路、高鐵、市政等行業(yè)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益難以估量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)基于橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉壓漿技術(shù)在高速鐵路施工中的應(yīng)用推廣等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析和研究有至關(guān)重要的意義，在具體的橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工過程中，有效使用智能張拉壓漿體系已成必然，實(shí)踐表明橋梁工程中采用智能化預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿技術(shù)，可以最大限度保證梁體剛度及穩(wěn)定性。壓漿的密實(shí)度使鋼絞線得到有效保護(hù)，提升橋梁工程耐久性，有效降低預(yù)應(yīng)力損失，提高了梁體的抗彎曲能力。對(duì)于確保工程質(zhì)量和降低施工難度以及提升施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著重要作用。近年來我國(guó)橋梁施工中已初步推廣使用智能化張拉與壓漿技術(shù)。