黃長庚

（福建省閩西交通工程有限公司，福建龍巖 361000）

0 引言

預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿質(zhì)量直接影響現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工質(zhì)量。第一，一旦預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量無法達(dá)到設(shè)計要求，當(dāng)橋梁投入使用后，在自身混凝土徐變和車輛荷載的雙重作用下，箱梁不可避免地會出現(xiàn)下?lián)辖Y(jié)構(gòu)變形，致使橋面出現(xiàn)裂縫，甚至影響行車安全。第二，預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度不足容易導(dǎo)致鋼絞線出現(xiàn)應(yīng)力損失和銹蝕等現(xiàn)象，對箱梁的承載力和耐久性造成較大的影響。第三，人工預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿技術(shù)由于受到操作人員專業(yè)水平和人工測量等因素的影響，張拉同步性和鋼絞線伸長量量測的精準(zhǔn)性無法得到保證，鋼絞線斷絲或者滑絲的現(xiàn)象時有發(fā)生，同時也會導(dǎo)致操作誤差較大。第四，水泥漿水膠比計量存在誤差和壓漿力控制不當(dāng)會影響管道壓漿的密實度，致使現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工質(zhì)量無法得到保證。智能張拉與壓漿施工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全過程自動化控制，不僅可以有效提高預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿質(zhì)量，還可以節(jié)約工程造價、提高施工效率、提升經(jīng)濟(jì)效益，值得廣泛推廣應(yīng)用。

1 工程概況

海翔大道（公鐵立交—香山段）提升改造工程路基施工第一標(biāo)段的施工區(qū)域橫跨廈門集美區(qū)到同安區(qū)，全長為15.42km，道路等級為一級公路結(jié)合城市快速路，雙向6 車道，道路紅線寬度為60m，設(shè)計速度為80km/h，起訖樁號為K11+100—K26+520，最大縱坡為4.09%，圓曲線最小半徑為410m，面層為瀝青路面。集美公鐵立交天橋全長為141.9m，主跨采用連續(xù)鋼箱梁，錦園村節(jié)點(diǎn)新建高架橋1 座，全長為997m，起點(diǎn)于集美公鐵立交天橋，終點(diǎn)于后浦立交前，高架橋上跨規(guī)劃縱三路和三南路，樁基選用鉆孔灌注樁，承臺厚度為2.0～2.5m，分別設(shè)置花瓶墩和U 形橋臺，結(jié)構(gòu)形式均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。大橋分雙幅進(jìn)行布置，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋梁分9 聯(lián)布置，即(4×36m)+(37m+24m+27m)+(3×30m)+(3×35m)+(3×36m)+(4×36m)+(35m+29m+34m+28m)+(28m+40m+28m)+(3×30m)，第1 聯(lián)和第9 聯(lián)的連續(xù)箱梁為單箱三室結(jié)構(gòu)，等截面，梁高為2.0m，其余7 聯(lián)連續(xù)箱梁為單箱四室結(jié)構(gòu)，變截面，支點(diǎn)和跨中的梁高分別為3.2m和2.0m，支點(diǎn)位置箱梁頂板厚度為25cm，腹板和底板厚度分別為75cm 和100cm，漸變增厚，翼緣根部厚度為50cm，箱梁翼緣往兩邊懸挑2.5m，跨中箱梁腹板、頂板和底板厚度分別為45cm、25cm 和25cm。現(xiàn)澆連續(xù)箱梁選用強(qiáng)度為1860MPa 的鋼絞線，直徑為15.2mm，鋼絞線布置情況如表1 所示?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁的混凝土強(qiáng)度為C50，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿所用水泥漿強(qiáng)度為M50，為了確?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工質(zhì)量，經(jīng)過項目部研究決定采用智能張拉與壓漿施工技術(shù)進(jìn)行施工。

表1 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁鋼絞線布置情況表單位：根

2 作用原理及應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 作用原理

2.1.1 智能張拉作用原理

現(xiàn)澆連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力智能張拉的設(shè)備和儀器主要有千斤頂、高壓油泵、智能張拉機(jī)和傳感器等，具體如圖1 所示。操作人員在智能張拉機(jī)的電腦端輸入張拉力、分級持荷時間和伸長量等張拉參數(shù)，由主機(jī)向千斤頂發(fā)出張拉指令，讓千斤頂能夠同步對鋼絞線進(jìn)行兩端張拉，嚴(yán)格按照張拉力和鋼絞線伸長量等指標(biāo)對張拉質(zhì)量進(jìn)行控制[1]，主要以張拉力為主、鋼絞線伸長量為輔，相應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)由傳感器實時收集并反饋給主機(jī)，計算機(jī)自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并及時將處理結(jié)果以指令形式發(fā)送給油泵，讓張拉加載速度和每級張拉力能夠符合張拉質(zhì)量的要求，確保預(yù)應(yīng)力智能張拉的準(zhǔn)確性。

圖1 智能張拉系統(tǒng)組成

2.1.2 智能壓漿作用原理

預(yù)應(yīng)力孔道智能壓漿為大循環(huán)壓漿，主要由主機(jī)、壓漿泵、測控臺、制漿系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)等組成，具體如圖2 所示。將需要壓漿的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力孔道相關(guān)參數(shù)輸入主機(jī)即可自動計算出孔道所需灌漿量，根據(jù)設(shè)計的配合比將壓漿劑、自來水和水泥等材料自動下料，在制漿系統(tǒng)中攪拌形成漿液，并流入儲漿桶[2]，將高壓管路接通灌漿管道與儲漿桶，讓漿液在閉合的回路中循環(huán)?？椎纼?nèi)空氣和雜物清除干凈后，主機(jī)下達(dá)壓漿指令，采用先進(jìn)的傳感技術(shù)將漿液的密度、流量和壓力等實時數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，由主機(jī)自動作出判斷，并對壓力值與穩(wěn)壓時間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保管道壓漿密實度與飽滿度符合設(shè)計與規(guī)范的要求。

圖2 智能壓漿系統(tǒng)組成

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢

2.2.1 數(shù)據(jù)追溯性好

智能張拉與壓漿的所有數(shù)據(jù)均來自計算機(jī)自動實時采集的結(jié)果，數(shù)據(jù)真實有效，所有數(shù)據(jù)均由計算機(jī)自動記錄和打印，避免人工填寫的偽造之嫌，施工過程數(shù)據(jù)追溯性好，并可以隨時對張拉和壓漿過程進(jìn)行回放與查看，數(shù)據(jù)調(diào)取方便。

2.2.2 同步性有保證

智能張拉時，計算機(jī)采用無線信號同時對多臺千斤頂下達(dá)張拉指令，無線信號的延遲率控制在3ms 之內(nèi)，可以實現(xiàn)同步張拉。常規(guī)的人工張拉，采用對講機(jī)對2 臺千斤頂操作人員進(jìn)行指揮與聯(lián)絡(luò)，同步性難以保證。

2.2.3 精度高

智能張拉時，鋼絞線伸長量采用傳感器采集，其精度為0.01mm；而人工量測時采用鋼尺，其精度為1mm。智能張拉能夠?qū)崿F(xiàn)同步張拉，張拉應(yīng)力的精度誤差為1%以內(nèi)[3]；而人工張拉應(yīng)力值需要從油表進(jìn)行讀取，精度誤差約為±13%。同時，智能張拉過程中，計算機(jī)能夠?qū)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而讓所獲得的數(shù)據(jù)精度更高。

2.2.4 壓漿效果好

智能壓漿系統(tǒng)將制漿系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和壓漿系統(tǒng)等高度集成化，只需要將管路正確連接，即可利用計算機(jī)進(jìn)行控制，全程自動化，且大循環(huán)系統(tǒng)能夠?qū)⒖椎纼?nèi)空氣全部排空，漿體密實度更高。

3 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁智能張拉施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

要求預(yù)應(yīng)力張拉所需的鋼絞線、工作夾片、錨具等材料的質(zhì)量檢查合格，千斤頂、油表校驗和標(biāo)定合格。該工程千斤頂型號為YCW400B，油泵型號為ZB2×2-500，每個千斤頂配套2 個油表。所有參與張拉施工的人員均應(yīng)接受技術(shù)交底，以深入了解張拉質(zhì)量控制要點(diǎn)?？刂普疽话悴贾迷诹后w的側(cè)面，布置區(qū)域要求無陽光直射且不影響張拉施工。采用薄片砂輪機(jī)切割鋼絞線，鋼絞線外露長度應(yīng)比千斤頂長出20cm。鋼絞線穿束后套上工作錨板，在錨墊板位置固定好工作錨板，采用鋼圈箍起工作夾片再推入工作錨板的錐孔進(jìn)行卡緊固定[4]。限位板尺寸應(yīng)與鋼絞線的規(guī)格相匹配，確保安裝位置符合設(shè)計要求。千斤頂前端止口應(yīng)對準(zhǔn)限位板，千斤頂和張拉設(shè)備分別安裝在現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的兩端，采用油管將油泵和油表連通。工具錨安裝時應(yīng)與張拉端錨具處于同一直線上，孔位排列應(yīng)一致，確保鋼絞線順直。為了防止張拉過程中錨具飛出傷人，在千斤頂四周2m 范圍內(nèi)安裝防護(hù)板。

3.2 預(yù)應(yīng)力智能張拉施工

在計算機(jī)操作端的面板上詳細(xì)填寫工程名稱、箱梁型號、箱梁結(jié)構(gòu)、施工單位名稱、張拉力、理論伸長量、張拉方式、回歸方程、超張比例、量程和起點(diǎn)位置等項目信息和張拉參數(shù)，分級張拉時，鋼絞線理論伸長量應(yīng)提前算出，并對張拉力與伸長量等數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格檢查與復(fù)核，確保準(zhǔn)確無誤。由計算機(jī)下達(dá)張拉指令，張拉順序為腹板—頂板—橫梁—底板[5]，各個部位鋼束嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行分段依次張拉?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用兩端同步張拉方式，分10%、20% 和100%張拉值共三級荷載進(jìn)行加載，系統(tǒng)自動收集千斤頂位移、油壓、鋼絞線伸長量和張拉應(yīng)力等數(shù)據(jù)，并自動生成張拉應(yīng)力與伸長量的關(guān)系曲線，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到鋼絞線的實際伸長量與理論值之間的差值超過±6%時，將自動報警并立即停止張拉，待找出原因并進(jìn)行處理后方可繼續(xù)張拉。

3.3 技術(shù)要點(diǎn)

第一，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁混凝土養(yǎng)護(hù)時間不小于7d 且混凝土強(qiáng)度不小于設(shè)計強(qiáng)度的90%。

第二，錨具、錨墊板錨口、千斤頂和預(yù)應(yīng)力孔道的軸線應(yīng)保持同軸同心，在梁體兩端進(jìn)行對稱同步張拉，采用張拉應(yīng)力和鋼絞線伸長量等雙控指標(biāo)對張拉質(zhì)量進(jìn)行控制。

第三，每級張拉加載速度應(yīng)保持相同，最后一級加載后應(yīng)持荷5min，鋼絞線實際伸長量與理論值的差值應(yīng)控制在±6%之內(nèi)。

第四，伸長量ΔL=100% 設(shè)計張拉值對應(yīng)鋼絞線伸長量+20%設(shè)計張拉值對應(yīng)鋼絞線伸長量-2×10%設(shè)計張拉值對應(yīng)鋼絞線伸長量-工作夾片回縮量。

第五，在分級加載時，張拉力誤差允許偏差控制在±1%之內(nèi)，每束鋼絞線斷絲不大于1 絲，斷絲總數(shù)不大于鋼絲總數(shù)的1%。

4 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁智能壓漿施工技術(shù)

4.1 壓漿設(shè)備配置

壓漿設(shè)備選用氣密性較好的螺桿式壓漿泵和高速強(qiáng)制性攪拌機(jī)，智能壓漿臺車布置在壓漿管道中部位置，預(yù)應(yīng)力管道與壓漿臺車之間采用高壓管道進(jìn)行連接，并在管路上安裝流量與壓力計量裝置，讓漿液能夠在壓漿系統(tǒng)中形成大循環(huán)回路。

4.2 智能壓漿施工

在主機(jī)系統(tǒng)的操作界面上設(shè)置漿液配合比設(shè)計、壓漿力、漿液流量與流速、漿液攪拌時間、穩(wěn)壓壓力與時間和壓漿量等智能壓漿參數(shù)。在壓漿設(shè)備運(yùn)行正常的情況下，啟動智能壓漿系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)即刻開始漿液的上料與攪拌操作，待儲漿桶內(nèi)的漿液體積滿足壓漿需求時點(diǎn)擊壓漿按鈕，高壓管道內(nèi)的積水和空氣即從廢漿閥中排出，待閥門處排出的漿液稠度與顏色同壓漿的漿液一致時，將出漿閥門關(guān)閉，以0.5～0.7MPa 的壓漿力進(jìn)行循環(huán)壓漿[6]，保壓壓力為0.5MPa，若低于該保壓壓力則壓漿系統(tǒng)會自動補(bǔ)漿，持續(xù)穩(wěn)壓3～5min 后即可停止壓漿并關(guān)閉閥門。

4.3 技術(shù)要點(diǎn)

第一，漿液水膠比為0.26～0.28，初凝時間為3～4h，水泥選用P·O42.5，水泥相關(guān)性能應(yīng)符合設(shè)計要求。

第二，壓漿順序為先低位后高位，同個孔道則由低處往高處壓漿，壓漿應(yīng)均勻、緩慢、連續(xù)不中斷。

第三，漿液從拌制開始到壓入循環(huán)管道的時間控制在30～45min，漿液過濾網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于3mm。

第四，漿液下料時應(yīng)先投料50% 的水泥和自來水，攪拌均勻后再投料剩余的50%，攪拌時間應(yīng)符合規(guī)范要求，攪拌應(yīng)充分、均勻。

5 結(jié)語

智能張拉與壓漿系統(tǒng)成功地將自動化、智能化、大數(shù)據(jù)和傳感器等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中。經(jīng)檢測，該工程實例中鋼絞線伸長量的實測值與理論值之間的差值為2%～3%，符合設(shè)計要求；采用灌漿質(zhì)量檢測儀檢測波紋管內(nèi)漿體的密實度，波形振幅呈規(guī)律性變化，未發(fā)現(xiàn)畸變現(xiàn)象，表明管道注漿飽滿；智能張拉操作人員只需2 人，而人工張拉需6 人，施工效率顯著提升。由此可見，智能張拉與壓漿施工技術(shù)能夠有效減少人工操作誤差，實現(xiàn)自動化和標(biāo)準(zhǔn)化施工，提高施工效率，確?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量合格，具備較大的推廣應(yīng)用價值。