桥梁预应力智能张拉与压浆系统原理及施工技术

王文建

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，天津　300222）

桥梁预应力智能张拉与压浆系统原理及施工技术

王文建

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，天津300222）

摘要：桥梁工程中，预应力智能张拉与智能压浆系统的应用可以有效提升桥梁的施工质量，实现施工效益的增长。基于此，主要对智能张拉与智能压浆系统的构造以及工作原理进行了分析，并对桥梁工程中智能张拉与压浆技术的具体应用进行了探讨。桥梁工程的应用实例表明，智能张拉与智能压浆施工技术可以有效满足当前桥梁的施工需求，有利于保障桥梁结构的安全与施工质量。这一技术在桥梁工程中会得到更加广泛的运用。

关键词：桥梁工程；智能张拉；智能压浆；施工原理；施工技术

0　引言

桥梁工程的施工过程中，最大的难点在于预制梁的施工，传统的预制梁施工方式存在诸多的弊端，如出现应力张力不足或应力张拉过大、混凝土的压浆管道出现不密实等，这些情况会对桥梁工程的施工质量造成直接的影响［1］。为了有效改善这一状况，施工过程中使用智能化的张拉与大体积循环压浆技术来取代传统的张拉与压浆，可以很大程度上实现施工质量与施工效益的提升［2］。

智能张拉与智能压浆的施工过程中，相应的施工人员不需要通过语音进行配合操作，不需要通过肉眼来对施工质量进行观测，不需要通过手工方式进行相关数据的记录［3］。智能化的张拉和压浆系统通过程序化的控制方式实现了对张拉伸长量的精准化控制，进而保证了压浆注浆管道的密实度，实现了桥梁预应力的最有效发挥，使得桥梁的安全性与耐久性得以提升［4］。

笔者主要针对当前桥梁工程建设的实际情况，对桥梁工程建设过程中的智能张拉系统与智能压浆系统的实际应用进行了探讨，对相关技术施工过程中的一些需要注意的问题进行了分析，为相关工程的施工提供一定的参考与借鉴。

1　桥梁的常见问题概述

长期的桥梁工程建设为我国的工程实践积累了很多经验，特别是近10年来，桥梁工程的制造与施工工艺水平实现了很大的提升，同时也有很多高强度高耐久的新型材料被研制出来，并运用于实际的工程之中［5］。然而在桥梁使用过程中，由于行车频繁且承载较大，对桥梁的使用提出了更高的要求。进行桥梁工程的结构设计时，往往会对桥梁横向与竖向的刚度以及各项力学性能指标提出相当高的要求，在相应的预应力设计存在不足时，会导致桥梁在使用过程中抵抗灾害的能力有所不足，为桥梁留下一定的安全隐患。

当前桥梁工程使用过程中预应力不足的病害，主要有以下的几个方面。①高速公路桥梁的病害。高速公路桥梁的病害主要表现为桥梁路面的凹陷与孔洞，有些桥梁由于桥面的自收缩过大，使桥梁路面出现钢筋外露，有些桥面由于局部的破损导致锚固钢筋出现坑槽现象，这些病害会在很大程度上影响高速公路桥梁的使用。并且随着行车荷载的不断作用，导致桥梁的缺陷不断增大，加上水分与空气的侵袭，会造成桥面钢筋的不断锈蚀，使得桥面的承载能力不断下降，桥梁工程的耐久性不断降低。②高速公路桥梁的上部病害。由于桥面行车频繁，承受着主要的荷载作用，往往会在使用一段时间之后，出现混凝土脱落，导致主筋或者是钢绞线外露，使得桥梁梁体的承载力不断下降，影响桥梁的使用寿命。桥梁工程的上部病害还表现为预制板的铰缝脱落，造成漏水现象，随着水分的进入与侵蚀，会造成极大的安全隐患［6］。

2　桥梁预应力智能张拉与压浆施工技术的实际应用分析

为了确保桥梁的施工质量，凌源到绥中的高速公路建昌至兴城的一段使用了预制T梁395片，其中工程项目中的玲珑塔大桥共施工了250片，在施工过程中采用了智能张拉与压浆施工技术。

2.1桥梁预应力智能张拉施工技术的应用

2.1.1智能张拉系统的结构与工作原理分析桥梁工程智能张拉系统的结构主要包括3个重要部分，为主机、油泵与千斤顶。实际的桥梁工程施工过程中，通过主机来实现张拉预应力的程序化控制，再通过油泵与千斤顶的综合作用来实现张拉，为此三者相互联系并相互作用，进而实现系统的最佳功能。

实际的桥梁工程施工过程中，智能张拉体系通过将张拉预应力作为主要的控制指标，通过计算机的程序化输入方式输入到主机，同时引进伸长量的误差范围作为辅助的校对指标，结合传感器的控制技术实现系统数据的采集工作。通常情况下，所记录的数据主要有张拉设备的拉力与钢绞线的实际伸长量［7］。传感器将所采集的数据及时传输到计算机系统之中，通过主机对所传入的数据进行及时分析与判断。与此同时，张拉设备及时接收到计算机主机的系统指令，及时对张拉设备的电机参数进行相应的调整，实现对油泵电机转速的控制，最终实现对张拉预应力的精确控制，实现施工效果的提升。

此外智能张拉系统还会依据计算机主机所设定的初始程序，通过主机的指令控制模式，实现整个张拉过程的自动化。这种张拉方式对张拉施工完成之后，桥梁施工质量与结构性能的提升有着非常重要的作用，为后期的桥梁施工创造了良好的条件。同时，张拉系统的初始程序设计对相关的桥梁设计人员提出了非常高的要求。

2.1.2智能张拉施工技术传统的桥梁施工过程中，导致桥梁工程产生各种病害的主要根源在于预应力施工过程中的不规范性与不标准性［8］。玲珑塔大桥的预应力桥梁工程施工过程中，有些会出现钢绞线相互缠绕，造成钢绞线在实际张拉过程中，存在长短不一的情况，导致张拉过程中出现断丝与滑丝现象。还有些预应力施工张拉过程并没有出现问题，然而在桥梁工程完成后不久，便会由于钢绞线疲劳作用导致断裂。

为了解决上述问题，玲珑塔大桥的预应力张拉开始之前，便将所需要施工T梁的所有要素输入主机系统。包括工程承包单位的名称、监理单位的名称、所张拉T梁的相关信息等。并通过相应的桥梁设计确定出预应力张拉过程中所需要的钢绞线根数、混凝土的弹性模量、混凝土的强度等参数。

通过对张拉过程的实时监控可以看出，预应力桥梁张拉过程中每一个行程的千斤顶应力、应变的值随着时间不断发生变化。如此可以对相关的数据进行分析，若遇到预应力施工过程中的一些突发情况，可以及时解除张拉状态，在排除相应问题之后，继续预应力张拉施工。

玲珑塔大桥的T梁完成预应力张拉之后，经过数据的比对可知，由于玲珑塔大桥采用智能化张拉系统，其施工效果相当明显，最高的延伸误差在2％以内。

此外，玲珑塔大桥工程建设过程中，通过智能张拉系统的引入，可以有效实现业主方、施工方、设计方、检测方以及监理方之间的相互交流。同时通过互联网技术的支持，智能张拉系统可以有效突破空间限制，实现对桥梁工程施工的远距离管理，如此可以促进工程施工质量的提升。智能化张拉系统可以自动化生成张拉记录表，通过互联网技术将这些数据反馈至业主方，可以有效提升工程数据的真实性，一定程度上杜绝了施工单位的数据造假行为。通过将真实的施工过程进行还原，实现施工质量的精确化控制，同时这种方式省去了相关工程数据的统计工作，极大提升了桥梁工程施工的效率。

2.2桥梁智能压浆施工技术的应用

2.2.1智能压浆系统的结构与工作原理分析智能压浆系统的使用可以确保预应力筋处于混凝土的保护层之中，使得钢筋免受环境因素的影响而造成破坏。为此智能压浆体系是桥梁结构提升耐久性的重要措施之一［9］。桥梁工程施工过程中，预应力钢筋主要是通过水泥浆体与周边混凝土包裹，通过预应力筋与混凝土的有效结合，实现锚固可靠性的提升，进而有效提升桥梁结构的抗裂性能与承载能力。桥梁工程的施工过程中，若预应力的管道内部压浆密实度不够，内部孔隙过大，会对结构的耐久性造成非常大的影响，进而影响整个桥梁结构的施工质量。随着智能压浆系统在桥梁工程中得以运用，压浆不密实的问题得以有效解决，实现桥梁结构质量与耐久性的提升。该系统结构的原理如图1所示。

图1　智能压浆系统结构原理图Tab.1 Schematic diagram of intelligent grouting system

桥梁工程智能压浆系统的主要结构包括计算机主机、测控体系与循环压浆体系。

智能压浆体系的回路主要由预应力管道、制浆机与压浆泵构成，通过计算机主机的程序化控制，实现浆液在预应力管道内部的持续循环，直至排尽管道内部的空气为止。若浆液在回路的循环过程中造成堵塞情况，会被及时发现并进行处理。

智能压浆系统主要是通过压力进行冲孔，使得管道内部的杂质得以排尽，有效消除管道内部压浆不密实的情况。此外，在预应力管道的进浆口与出浆口，通过安装精密的传感器装置实现相应参数的实时监测，通常情况下监测的数据主要包括浆液的水胶比、管道的压力、压浆的流量等。通过将所监测的数据及时发送至计算机主机之中，结合主机的分析与判断，对相应测控系统进行相应反馈，使得相应的参数值能得到及时调整，直至整个压浆过程顺利完成。

智能压浆系统可以有效保障预应力管道内部的浆液密实度，实现内部孔隙的降低，为此智能压浆系统对于压浆施工有着非常直接的作用，可实现桥梁施工质量的提升。智能压浆系统相应参数的设置与调节是智能压浆体系的关键所在，对相关施工人员的操作能力提出了更高的要求。

2.2.2智能压浆施工技术玲珑塔大桥工程施工过程中，使用大循环回路的方式，实现预应力管道出口位置浆液导流至相应的储浆桶之中，实现了灌浆回路的循环。由于预应力管道内部存在空气，为了有效保障灌浆的密实度，需要采取相应的措施来将其排除。智能压浆系统采用持续循环灌输浆方式，并通过在出浆口与进浆口位置设置相应的传感器装置，对浆液水胶比实时监测，有效保障相应的灌浆液达到施工标准与设计要求。此外将传感器数据发送至计算机主机之中，通过计算机主机的综合计算与分析判断，对压浆系统进行及时反馈，使其自动调整机器的施工参数。如此整个压浆施工过程都能够通过计算机主机进行及时调整与监控，有效保障了施工质量。

智能压浆体系在桥梁工程施工过程中的应用，可以有效避免预应力管道中存在压浆不密实的情况，实现预应力管道内部空气排尽，保证预应力压浆施工的施工质量。此外在智能压浆系统的应用过程中，还会采取密封加弹性垫片的施工手段，来有效消除锚头密封的难题。与传统的桥梁工程压浆施工相比，智能压浆体系可以有效避免人为操作因素的干扰，实现施工精准度与施工质量的提升。通过对灌浆过程的及时监控与调整，有效保障施工质量。同时整个压浆过程实现智能化后，可以避免相关施工操作人员的人为影响，有利于施工效率的提升，进而使得桥梁工程的社会效益得以提升。

3　结语

桥梁工程施工过程中，使用智能张拉与智能压浆体系，能有效解决传统预应力桥梁施工过程中的相关问题，实现桥梁工程施工效率的提升。同时通过智能化的施工工艺控制，更好地保障了桥梁工程的施工质量和施工效益。桥梁工程中采用智能化预应力张拉与压浆技术，可以实现桥梁工程施工的稳定性与安全性。通过对预应力张拉钢绞线的有效保护，使其在自然条件下，更难以被锈蚀，有效实现桥梁工程耐久性的提升。同时智能化预应力张拉与压浆技术可以有效降低后期的预应力损失，提升了结构整体的抗弯曲能力，使得桥梁工程的结构承载能力得以增强。由此可见，智能预应力张拉与压浆技术在未来桥梁工程中的应用有着良好的前景与市场。

当前中国桥梁施工中采用智能化张拉与压浆技术的工程实践案例相对较少，为此智能张拉与压浆技术应用的稳定性还有待进一步考证。随着该技术在工程施工过程中的应用以及工作经验的积累，智能化张拉与压浆技术会更加完善，得以更加广泛的应用。

参考文献（References）

［1］赵翔宇.浅谈梁板智能张拉压浆系统在高速公路的应用及发展前景［J］.山西交通科技，2012（12）：69-71.

［2］芦科.智能张拉和智能压浆系统在桥梁建设的运用［J］.科教纵横，2012（10）：89.

［3］张瑞斌.谈公路桥梁预应力智能张拉施工技术［J］.山西建筑，2013（1）：197-198.

［4］陈海斌.预应力混凝土智能张拉与智能压浆新工艺应用［J］.内蒙古公路与运输，2012（5）：1-3.

［5］梁晓东，吴涛，刘德坤.预应力智能张拉与传统张拉的比对试验研究［J］.公路，2012（4）：144-146.

［6］姜桂秀，谢寅涛.预应力混凝土现浇箱梁分联结构分析［J］.山西建筑，2011（35）：172-174.

［7］赵翔宇.浅谈梁板智能张拉压浆系统在高速公路的应用及发展前景［J］.山西交通科技，2012（6）：69-70，76.

［8］赵永鹏.智能张拉技术在预应力施工中的应用［J］.四川水泥，2015（4）：137.

［9］王晶龙.预应力智能张拉技术在预制小箱梁施工中的应用［J］.国防交通工程与技术，2015（1）：78-80.

（责任编辑：陈旷）

Principle and Technology of Prestressed Intelligent Tensioning and Intelligent Grouting of Bridge Engineering

WANG Wenjian
（China Railway 18thBureau Group Tunnel Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Abstract：In bridge engineering, the utilization of prestressed intelligent tensioning and intelligent grouting can improve the construction quality and performance of bridge.Base on it, the structure and principle of intelligent tensioning and intelligent grouting are analyzed, and the concrete application of these technology are explored.The application example shows the technology of intelligent tensioning and intelligent grouting meet the demand of bridge construction, and they are in favor of the safety and the quality of bridge structure.The technology will be used widely in bridge engineering.

Keywords：bridge engineering；intelligent tensioning；intelligent grouting；construction principle；construction technology

作者简介：王文建（1971—），男，高级工程师，硕士，研究方向：土木工程。

收稿日期：2015-04-09

DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.04.008

中图分类号：U445.55

文献标志码：A

文章编号：1673-0143（2015）04-0328-04