桥梁预应力智能张拉压浆系统施工工法 1 前言桥梁结构耐久性是影响桥梁安全、结构寿命的关键因素，上部结构的提前损坏如出现早期下挠、开裂等病害和桥梁安全事故发生是国内交通行业日益关注的问题。大量预应力桥梁调查和检测表明，预应力桥梁质量隐患主要来源于预应力张拉施工工艺不规范和缺乏有效的压浆质量控制手段，有效预应力的建立直接关系桥梁安全性、可靠性和使用寿命。如何改进预应力施工技术，如何对桥梁预应力进行有效控制，已经成为亟待解决的重要问题。河北省高速公路石安改扩建项目桥梁、高岭2号高架桥、天津津歧公路东风大桥、通平沙园里高架桥，推行桥梁标准化施工和精细化管理，桥梁预应力采用智能张拉和智能压浆施工技术，改变了传统的张拉压浆工艺，严格控制预应力张拉的精度和管道压浆的密实度，对提高桥梁结构的耐久性和使用寿命、降低桥梁的寿命周期成本具有重大现实意义。2012年5月20日，由交通运输部科技司组织的鉴定委员会对预应力张拉与压浆智能化成套技术及远程监控研究进行了技术鉴定，专家委员会一致认为该预应力张拉与压浆智能化成套技术及远程监控研究成果具有创新性和自主知识产权，推广应用意义深远，经济效益和社会效益显著，项目成果总体达到国际先进水平。2 工法特点2.1采用智能张拉施工技术，变人工操作为智能机械自动控制，实现精确同步，自动施工提升张拉精度。2.2采用大循环智能压浆施工技术，持续循环压力排尽孔道空气，保证压浆密实，避免或明显减少钢绞线锈蚀，提高桥梁结构的耐久性，采用双孔同时压浆，提高工效、提高工程施工进度。2.3智能张拉、智能压浆配套智能系统控制方案，其共同作用效果保证桥梁预应力良好实现。2.4智能化施工，改变了传统的质量管理模式，一键式操作简单易懂，实现远程监控，全过程系统自动运作，施工规范，系统自动打印数据表，无法篡改，实现“智能控制、远程跟踪、及时纠错”，便于实行动态管理和历史溯源。2.5采用优质专用压浆料，避免单纯使用水泥和外加剂混合，保证浆体质量。3 适用范围该工法适用于桥梁结构预应力张拉和孔道压浆施工。4 工艺原理4.1智能张拉系统工艺原理桥梁预应力智能张拉系统指一种预应力自动张拉设备及其计算机控制系统，主要由预应力智能张拉仪、智能千斤顶、自带无线网卡的笔记本电脑、高压油管等组成。其以应力为控制指标，伸长量误差作为校对指标，系统通过传感技术采集每台张拉设备（千斤顶）的工作压力和钢绞线的伸长值（含回缩量）等数据，实时将数据传输给系统主机进行分析判断，同时张拉设备（泵站）接收系统指令，实现张拉力及加载速度实时精确控制。系统还根据预设程序，由主机发出指令，同步控制每台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程。工艺原理示意图4.1。图4.1 智能张拉系统工艺原理示意图智能张拉系统原理图4.14.1.1预应力智能张拉仪此设备为超高压动力输出装置，它的作用主要是为梁体的张拉装置（千斤顶）提供可靠、稳定的提升动力，具有提升、保压、回程等功能。该设备能够精准的实现程序设定的命令，通过无线通讯接口确保数据通讯的可靠交互。预应力智能张拉仪结构构成，请见图4.1.1。图4.1.1 智能张拉仪结构示意图4.1.2智能千斤顶它采用新型密封件，高压自增强油缸强度，优化千斤顶结构尺寸，在保证千斤顶行程，油压不变的前提下，重量比常规穿心式千斤顶减轻3045，使千斤顶的重量出力比达到0.6：1，同时千斤顶长度和外径减小，能减小预留钢绞线的长度，可广泛应用于先张法和后张法的预应力施工。自身附带电子位移传感器，用于千斤顶内缸伸长量的测试。具有精度高、误差小、量程大、移动平顺等特点；自身附带高精度压力传感器，能精准测量千斤顶输出的力值。智能千斤顶及其尺寸（150T）示意图4.1.2。4.1.2 智能千斤顶及其尺寸（150T）示意图4.1.3设备无线连接本系统采用局域网WIFI连接计算机与智能张拉仪，利用计算机自带的无线网卡，使用方便快捷，性能可靠。4.1.4高压油管油管包括进油管、回油管，构成千斤顶提升、回程的油路。4.1.5系统特点1.采用创新性设计，精确控制张拉力值大小，精确测量预应力筋伸长量，实现自动补张，自动采集预应力筋伸长量，及时校核伸长量误差，精确实现“双控”操作。2.可同时控制两个或多个千斤顶的张拉，真正实现“多顶同步”张拉施工工艺。3.张拉加载速率、停顿点、持荷时间等张拉要素自动控制。4.系统采用无线采集控制，远程监控，便于操作，模块化设计，具有较高可靠性及可维护性。5.掌握梁板信息和张拉有关的技术信息，能实现验收评估自动化。6.随时掌握张拉设备的状况，如性能、校准状况等。7.智能分析处理数据，自动形成工程管理所需的各种报表。8.能及时自动反馈数据至相关部门，相关部门可及时下达指令。9.系统采用傻瓜式操作控制，软件界面友好，易于操作，可靠性高。10.该电动液压装置采用立式电机安装，油泵内置油箱，噪音小，漏泄小，寿命长，结构合理，手动、自动一体化设计。4.2智能大循环压浆系统工艺原理大循环预应力管道智能压浆系统特指预应力自动压浆装置及其计算机控制系统，其主要技术原理如下：系统由系统主机、测控系统、循环压浆系统组成。浆液在由预应力管道、制浆机、压浆泵组成的回路内持续循环以排净管道内空气，及时发现管道堵塞等情况，并通过加大压力进行冲孔，排出杂质，消除致压浆不密实的因素。在管道进、出浆口分别设置精密传感器实时监测压力，并实时反馈给系统主机进行分析判断，测控系统根据主机指令进行压力的调整，保证预应力管道在施工技术规范要求的浆液质量、压力大小、稳压时间等重要指标约束下完成压浆过程，确保压浆饱满和密实。主机判断管道充盈的依据为进出浆口压力差在一定的时间内是否保持恒定。在预应力混凝土张拉完成后，采用快硬砂浆或快硬水泥对端头预应力筋与锚具间缝隙进行封堵，同时布置施工设备及机具。准备工作完成后，启动压浆系统LZJ02进行压浆作业，其工艺原理见示意图4-2。 图4.2预应力智能压浆系统结构示意图4.2.1智能压浆台车构成1.高速制浆机：此设备将成品压浆料和水进行高速搅拌，制作可用于压浆用的浆液，其转速为1420r/min,叶片线速度10m/s。2.低速储浆桶：浆液在高速桶内配置好以后导流至此桶内低速搅拌（转速85r/min）储存，以保持流动度和不因发热而改变性能（浆液一直处于高速搅拌状态则易发热而性能改变）。3.灰浆泵：此为动力输出装置，将低速储浆桶内浆液加压并输送至预应力管道内。4.水胶比测试仪：用于测量低速搅拌桶内浆液的密度与水胶比。5.进浆测控仪：此设备包含压力测量装置、流量测量装置、进浆-溢流阀，能准确测量管路中浆液的压力和流量、控制浆液的流向。6.返浆测控仪：此设备包含压力测量装置、流量测量装置、返浆阀和调压阀，能准确测量管路中浆液的压力和流量、进行系统的自动调压。4.2.2设备无线连接该系统采用局域网连接计算机与智能压浆台车，性能可靠，有效控制距离为200m。4.2.3高压橡胶管此设备为浆体的流动提供管路。需要现场连接的管路有吸浆管、进浆管、返浆管、两孔对接管，可承受最大压力为8MPa。4.2.4系统特点1.实时监测水胶比系统水胶比测试仪实时监测浆液水胶比，当实测水胶超过规范要求时及时给出警示信息，公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）规定“浆液水胶比宜为0.260.28 ”。2.精确控制压力 系统通过每次压浆时实测管道压力损失，以出浆口满足规范最低压力值为原则设置灌浆压力值。保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低压力值，公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）规定 “对水平或曲线管道，压浆压力宜为0.5 0.7MPa，关闭出浆口后宜保持一个不小于0.5MPa的压力”。3.实时监测流量、自动计算管道内浆液体积系统智能测控仪可监测实时进浆、返浆流量及计算管道内浆液体积与充盈程度。4.浆液循环排气对于曲线管道，一次过浆往往很难将管道内的空气完全带出，而采用大循环回路方式，将出浆口浆液导流至储浆桶，从而可使得浆液在管道内持续循环，通过调整泵排流量将管道内空气完全排出，同时通过浆液循环带出孔道内残留杂质。5.自动测试管道压力损失及自动调压通过浆液持续循环实时测试管道进、出浆口压力损失值，并自动调整灌浆压力以保证全管路灌浆压力值满足规范的相应要求。6.智能分析处理数据，自动形成工程管理所需的各种报表。7.能及时自动反馈数据，相关部门可根据反馈数据及时下达指令。8.系统采用傻瓜式操作控制，软件界面友好，易于操作，可靠性高。5 施工工艺流程及操作要点5.1智能张拉施工工艺及操作要点准备工作准备限位板、锚具等材料油管连接锚具安装千斤顶、天线、数据线安装电线连接清点检查设备核对千斤顶编号进行技术交底确定张拉梁板布置张拉控制站张拉作业完成进行下步工序 图5.1 智能张拉施工工艺流程图5.1.1准备工作1.准备与张拉系统能配套使用的限位板、锚具、夹片，电脑（预装Windows XP操作系统，自带无线网络适配器），三相电缆，阳伞等必须准备齐全。2对照张拉系统清单，清点设备，确定设备完好、配件齐全。3.核对专用千斤顶的编号，由于专用千斤顶都在出厂前统一标定，使用时一定要注意对应正确的标定公式。4.确定好待张拉的梁板。5.进行技术交底，学习熟悉系统软件说明文件。6.布置张拉控制站。控制站选择在确定待张拉梁板侧面，要求不影响现场施工、控制站能安全工作、无阳光直射，在张拉过程中无需移动就能方便看到梁板的两端，能连接到220V电源以保证电脑张拉过程中不掉电，取消电脑的屏幕保护，自动关闭硬盘等功能，安装好控制软件。将张拉仪主机和专用千斤顶布置于张拉端，并使之能与控制站保持直线可视状态。5.1.2电线连接由专业电工连接好三相电源（连接三根火线），接电箱中，一般数字2、4 、6位置代表火线，字母N代表零线。不应该剪断或拆除接线插头，连接电线以后，用试电笔检查电源是否正常。严禁带电状态下作电线连接操作。请见电线连接示意图5.1.2，其中2、4、6位置代表火线，N位置代表零线；右侧图指明仪器插头中连接火线的位置。靠近凹槽位置的一孔不连接电线。图5.1.2电线连接示意图5.1.3油管连接连接好油管：仔细检查油嘴及接头是否有杂质，必须将其擦拭干净，确保进油管与回油管不被混淆。回油管在千斤顶的安装位置为张拉时千斤顶远离梁板的一段，即千斤顶安装了黑色安全阀的一端；油管连接处必须使用铜垫片以防止漏油。油管的保护弹簧应当靠近油嘴处以延长油管使用寿命。 油管连接位置示意图5.1.3。如图所示，进油管安装位置靠近数据线接口，保护弹簧靠近油嘴起到保护作用；回油管安装位置远离数据线接口，回油管的另外一端安装在千斤顶带有安全阀的油嘴处。图5.1.3油管连接位置示意图5.1.4专用千斤顶、天线、数据线安装安装好限位板以后，起吊专用千斤顶。千斤顶必须采用钢丝绳起吊以确保安全。起吊之后，安装好工具锚、工具夹片。工具夹片的安装必须符合公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）相关要求。工具夹片未起作用或未完全起作用都会导致最终伸长量误差偏大。然后连接张拉仪与千斤顶的数据线，张拉一孔完毕，不得拉扯该数据线用于移动千斤顶。为了使钢绞线受力均匀，应当采用梳编穿束工艺，接下来安装好仪器天线。1