高墩大跨连续刚构桥悬臂施工智能张拉压浆工艺现场实际应用--中国期刊网

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高墩大跨连续刚构桥悬臂施工智能张拉压浆工艺现场实际应用

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：乔新伟

[导读] 摘要：预应力张拉与压浆是预应力桥梁施工中的两道关键工序，预应力张拉与压浆的施工质量直接关系到预应力桥梁的安全性和耐久性，近年来因预应力施加不准确，管道压浆不饱满、不密实而出现的桥梁垮塌屡见不鲜。

        中铁十四局集团第三工程有限公司山东省济南市 250300
        摘要：预应力张拉与压浆是预应力桥梁施工中的两道关键工序，预应力张拉与压浆的施工质量直接关系到预应力桥梁的安全性和耐久性，近年来因预应力施加不准确，管道压浆不饱满、不密实而出现的桥梁垮塌屡见不鲜。本项目施工的延延高速黄河特大桥墩高跨径大，预应力施工质量尤为重要，施工中为保证预应力施工质量采用智能张拉压浆施工工艺，本文将对智能张拉压浆施工设备、工艺等方面进行全面阐述，为同类型施工条件积累施工经验。
        关键词：高墩大跨智能张拉压浆施工工艺
        1 引言
        延延高速黄河特大桥位于陕晋交界，横跨黄河为一座高墩大跨连续刚构桥，桥梁全长1072米，主桥最大墩高141米，为陕西黄河第一高墩。主桥上部为（88+4×160+88）米混凝土预应力刚构桥，下部为薄壁空心墩。
        运用传统的施工方法存在着多方面的不足，容易出现应力施加不准确、管道压浆不饱满、不密实等情况，影响工程建设的顺利进行和施工质量。为了改变这种情况，提高施工质量和施工效益，在施工中采用梁体预应力智能张拉和大循环智能压浆技术，使得传统的施工方法得以很大程度的改进，提高了施工质量和施工效益。
        采用这种施工方法，在施工过程中，施工人员不需要相互喊话操作，不需要通过肉眼判断施工质量，不需要利用手工方式记录相关数据，大大减少了施工中的人为因素影响。而是通过利用无线传感等新技术，通过电脑对预应力的施加和大循环灌浆进行控制，实现了对智能张拉伸长量的精确控制，保证了智能压浆注浆管道的密实度和质量，使得梁体预应力能够得到充分发挥，有利于保证梁体预应力稳定工作，使梁体结构的安全性和耐久性得以提高。
        本文主要结合高墩大跨桥梁建设的实际情况，探讨分析了智能张拉系统和智能压浆系统在桥梁建设中的具体运用，希望能够引起人们对这一问题的进一步重视，能够对桥梁建设的实际工作发挥借鉴。
        2 预应力智能张拉
        主梁箱体进行预应力钢束配置时按短暂状况承载能力极限状况及持久状况承载能力极限状态和正常使用极限状态验算：
        C55混凝土设计强度：
        fcd=24.4Mpa，ftd=1.8Mpa
        弹性模量E=35000MPa
        钢束弹性模量Ep=1.9×105MPa
        锚下张拉控制应力：
        σcon=0.75×fpk=1395 MPa
        孔道偏差系数0.001
        松弛率0.045
        摩阻率0.19
        锚具变形△=0.006m

千斤顶回归方程：

        2.1 智能张拉工作原理
        智能张拉系统由系统主机，油泵，千斤顶三大部分组成，预应力智能张拉系统以应力为控制指标，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量（含回缩量）等数据，并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的实时精确控制系统还根据预设的程序，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台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程。

        图1智能张拉系统结构图图        2智能压浆系统结构图
        2.2 主要技术特点
        系统能精确控制施加的预应力值，将误差范围由传统张拉的±10%缩小到± 1%。并且及时校核伸长量，实现“双控”。实时采集钢绞线伸长量，自动计算伸长量，及时校核伸长量是否在±6%范围内，实现应力与伸长量同步“双控”。张拉程序智能控制，不受人为、环境因素影响。停顿点、加载速率、持荷时间、卸载速率等张拉过程要素完全符合桥梁设计和施工技术规范要求，最大限度减少了张拉过程中的预应力损失。
        3 预应力智能压浆
        3.1 智能压浆工作原理
        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，消除导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监测压力，并实时反馈给系统主机进行分析判断，测系统根据主机指令进行压力的调整，保证预应力管在施工技术规范要求的浆液质量、压力大小、稳压时等重要指标约束下完成压浆过程，确保压浆饱满和实、主机判断管道充盈的依据为进出浆口压力差在定的时间内是否保持恒定。
        3.2 主要技术特点
        3.2.1 浆液满管路循环排除管道内空气
        管道内浆液从出浆口导流至储浆桶，再从进浆口入管道，形成大循环回路、浆液在管道内持续循环，过调整压力和流量，将管道内空气通过出浆口和钢线丝间空隙完全排出，还可带出孔道内残留杂质。
        3.2.2 准确控制压力、调节流量
        能够精确调节和保持灌浆压力。自动实测管道压损失，以出浆口满足规范最低压力值来设置灌浆压力值，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。关闭出浆口后长时间内保持不低于0.5MPa的压力。并且能够按施工配合比数量自动加水，准确控制加水量，从而保证水胶比符合要求
        3.2.3 一次压注双孔、提高工效
        对于跨径160m的悬臂现浇梁，单孔长度小于320m的预应力管道均可大循环双孔同时压浆，从位置较低的腹板一孔压入，从位置较高顶板的一孔压出回流至储浆桶，节约劳动力，提高工效100%。
        灌浆过程由计算机程序控制，不受人为因素影响，准确计量加水量，实时监测灌浆压力、稳压时间、浆液温度、环境温度各个指标，自动记录，并打印报表。无线传输将数据实时反馈至相关部门，实现预应力管道压浆的远程监控。
        3.2.4 系统集成度高、简单适用
        系统将高速制浆机、储浆桶、进浆测控仪、返浆测控仪、压浆泵集成于一体，现场使用只须将浆管、返浆管与预应力管道对接，即可进行压浆施工操作简单，适用于各种预应力管道压浆。
        4 现场施工应用
        4.1 现场张拉施工
        4.1.1 张拉前准备
        首先将千斤顶进行标号1、2、3、4号，1、3号顶对应同一个泵站，2、4号顶对应一个泵站。然后在安装时将锚垫板表面和钢绞线上的污物、油脂等清除，将锚具上的油污擦洗干净，同时清除夹片上的毛刺。。安装锚垫板后将千斤顶吊装将钢绞线穿入千斤顶，安装限位板，将限位板上的小孔与钢绞线和锚环小孔相对应，使限位板紧贴锚环、无缝（如图3）。安装千斤顶时钢束穿过千斤顶的穿心孔道，千斤顶紧贴限位板。安装工作锚环和夹片，在锚环上相对应的小孔中穿入钢绞线，调整钢绞线平行顺直后，将工作锚环贴紧锚垫板安装（如图4）。根据上述操作，先将少许石腊或黄油抹在工具锚夹片的光面上，然后再装入，进而在一定程度上便于张拉完后夹片退出。将对应的油管安装到泵站上，分为主油压，副油压，安装油管时主油压口对应连接千斤顶内侧油口，副油压口对应千斤顶外侧油口，并连接对应的位移传感器。

图3 安装夹片图4 安装工作锚

        图5 同步张拉遥控器操作界面
        4.1.2 现场操作张拉机
        打开张拉遥控器，对张拉参数进行检查，检查后打开张拉机，进入遥控器张拉界面，点击自动，进行同步张拉（如图5）。张拉过程中张拉遥控器显示：张拉力、油压、顶行程、伸长量、回缩量、总伸长量。在张拉力达到10%，20%，100%时张拉遥控器自动暂停并进行记录此时的张拉力及伸长量等数据。当达到100%张拉力，同时伸长量在±6%的范围内时，系统自动进入保压状态，保压时间5分钟。
        4.1.3 智能张拉以及传统张拉对比分析
        可以有效的提高施工效益，在人力以及时间上智能张拉均能得到有效的提高。时间对比图如下表1所示，可以有效的分析出传统张拉在安装锚具时效率高于智能张拉，但是在更换锚具跟张拉时间上智能张拉所需时间相比传统张拉更加有效率，节约一倍的时间。由此得出结论智能张拉相比与传统张拉要更加提高施工效益。

        4.2 现场压浆施工
        4.2.1 压浆前准备
        将规范要求的注浆压力、水胶比及计算得出的各孔道理论注浆体积输入主机程序，根据将要注浆的孔道编号启动注浆程序，注浆系统自动开始注浆。然后点击启动压浆，将压浆档位设置到自动，系统提示开始压浆进入智能压浆操作界面（如图6）。当进、出浆口压力差保持稳定后，判定管道充盈；实时监测进浆、返流量及计算管道内浆液体积与充盈程度；系统根据测定的压力、流量的情况实时进行调整直至达到规范要求，自动生成注浆质检报告，提示注浆完成，人工更换孔道进行下一孔道的注浆。

        图6现场操作             图7 智能压浆操作界面
        4.2.2 现场操作压浆机
        现场设置专人在压浆机前进行操作，并及时控制以及暂停压浆机。并设置一人观察压浆口出浆。当出浆口冒浓浆后开始进入保压状态，保压时间3分钟。压浆机操作现场如图7：
        4.2.3 智能压浆以及传统压浆对比分析
        可以有效的提高施工质量，传统压浆易造成管道压浆不饱满、不密实等情况的发生，通过智能压浆能够有效的减少这种情况的发生，提高施工质量，保证桥梁安全。
        5 现场实际操控注意事项
        实现智能张拉虽然简化了工序提高了施工效率，但实际应用还应该结合现场，实现智能传统相结合。
        在块段施工施工期间锚盒预埋的位置要提前固定好，防止锚盒位置变动致使装顶困难并无法对正。张拉的过程中操作人员应注意钢绞线如有异常声响，应及时暂停检查张拉器具、检查钢绞线受损情况，防止钢绞线受力不均匀出现的断丝、拉崩等现象，如有需要单根张拉到位。张拉的前期要在试块强度达到的同时对锚头进行回弹，防止锚头局部强度不够拉裂锚头。或者在不够的情况下采取防护措施，比如垫钢板。
        智能压浆有别于传统个单根压浆，可以进行压浆“大循环”。即两腹板之间、腹板顶板之间连续压浆。连续压浆不仅有效的解决了传统压浆下弯束压浆不饱满的问题，还节省了施工时间减少了对压浆料的浪费。智能压浆前必须要检查好出浆口及压浆口是否通畅，并随时观察出浆情况防止机器的提示压满的情况下不出浆的现象。
        6 结语
        采用这种新工艺，可以解决传统施工中存在的很多问题，有利于提高张拉质量，提高结构的安全性和稳定性，为高墩大跨桥梁施工建立有效的预应力体系。此外，智能压浆还能够实现对预应力钢绞线的有效保护，使其不会被锈蚀，降低预应力的损失，提高结构整体的抗弯刚度，能够保证结构的承载能力满足桥梁建设的要求，提高预应力桥梁结构的耐久性和安全性，值得将来在实际工作中进一步推广和运用。
        智能张拉和智能压浆施工效果提高还依赖于施工经验的总结，今后在施工过程中，应该重视对相关经验的总结，不断提高施工水平，使智能张拉和智能压浆在桥梁建设中得到更好的运用，提高施工水平和桥梁的建设质量。
        总之，智能张拉和智能压浆新工艺的采用，有效的解决了高墩大跨下张拉压浆的施工难题，取得了良好的经济效果，为今后的施工积累了经验。
        参考文献：
        [1] 侯志辉，王伟哲，江阿兰.预应力混凝土连续箱梁的张拉与压浆施工控制［J］.交通科技与经济，2007（2）：23－24.
        [2] JTG/TF50－2011，公路桥涵施工技术规范［S］