桥梁预应力智能张拉和压浆设备技术研究

于小鹏

（山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

桥梁预应力是桥梁在承受荷载前作用于与荷载作用力相反的力，当桥梁受荷载作用时，荷载首先要抵消这部分预应力，然后桥梁才受力，这样就增加了桥梁的承载能力。桥梁预应力张拉和压浆设备是在桥梁预应力施工过程中应用的专业设备，张拉设备实现对孔道预应力筋的张拉功能；压浆设备对预应力孔道进行压浆，以防止孔道中的预应力筋氧化腐蚀。预应力管道压浆是预制混凝土梁板的关键工序，即压浆的质量直接影响桥梁结构的质量和使用寿命[1]。随着桥梁预应力施工技术的不断发展与完善，对预应力施工的工艺和机具都提出了较高要求，本文对JKZL01型智能张拉设备和JKYJ01型智能压浆设备进行了技术介绍。

1 智能张拉设备

1.1 技术原理

JKZL01型预应力智能张拉设备采用液压系统输出动力对预应力筋进行张拉，液压系统以超高压油泵作为动力输出装置，为预应力筋张拉提供可靠、稳定的张拉动力，在张拉过程中，设备通过配备的监控系统和实时反馈装置可实现对张拉力和张拉位移的精准控制。控制系统能够精准地实现程序设定的各项指令，通过无线通信与操作电脑进行数据交换，确保数据通信的可靠互通。设备采用专业开发的张拉设备监控操作软件，可记录设备在张拉过程中的相关数据，如位移伸长量和压力值等，并对张拉过程的相关数据进行实时监测。

1.2 设备结构

智能张拉设备由智能张拉仪、智能千斤顶、高压油管、操作电脑及软件等组成。智能张拉设备结构及工作原理图见图1。

图1 智能张拉设备结构和工作原理图

智能张拉仪是预应力张拉的超高压动力输出装置，为梁体的张拉装置（智能千斤顶）提供可靠、稳定的张拉动力，可实现张拉和保压等功能。主要包括油箱、液压系统、控制系统和机架等部件。液压系统由液压泵站、组合电磁阀、液压管路等组成。液压泵内置于液压油箱，具有泄油少、噪声低、寿命长等优势，最大工作压力为63 MPa，油泵流量为4.5 L/min，电机功率为4.0 kW，为预应力筋张拉提供稳定可靠的动力。控制系统由控制元件、操作电脑和配套的软件操控系统组成，操作电脑通过无线传输与智能张拉仪连接通信，能够准确地操控设备的各项指令。软件操控系统包括手动和自动操作部分，手动按钮主要用于设备的前期准备调试，开启自动张拉系统后，设备可根据输入系统的参数进行张拉，当达到张拉位移后，即停止张拉。

智能千斤顶为穿心式结构，采用新型耐油耐压密封件，保证了张拉过程中缸体的高密封性。千斤顶内安装有电子位移传感器和高精度压力传感器，能精准测量千斤顶的伸长量和输出的力值。

1.3 操作技术要点

a）施工前需将预应力筋、配套的锚具、限位板、智能千斤顶进行有效固定，连接智能千斤顶和张拉设备的进油管路、回油管路。

b）接通设备电源，打开张拉仪开关，设备指示灯显示正常后，连接智能千斤顶与张拉设备的数据连接线。操作人员在张拉梁体的侧面操作设备，既可保证安全操作，也不影响现场施工，并且在张拉过程中可全面观察张拉梁两端。开启操作笔记本，启动预应力智能张拉系统应用软件，确定与张拉仪通信正常后，点击选择张拉构件参数菜单，输入预应力张拉的相关参数。

c）开始张拉。分别点击千斤顶位移清零和自动开始张拉键，可开始预应力筋的张拉，张拉过程中如有异常现象发生，可点击油泵停止键停止张拉，等异常处理后，再开始张拉。

d）张拉结束。一孔张拉完成后，点击张拉完成键，生成张拉数据报表，开始下一孔的张拉，全部张拉结束后，应先进行油泵退油，退出操作系统，关闭设备电源等操作。

2 智能压浆设备

2.1 技术原理

JKYJ01型智能压浆设备采用大循环灌注的工艺进行压浆，即用高压管路将预应力孔道和设备的浆液存储罐连接，形成浆液闭环回路，开启压浆泵，使浆液在预应力孔道中循环流动，将孔道中的空气排放干净后，关闭浆液回流阀，开始压浆，达到压力并进行一段时间稳压后，即可关闭孔道进出口阀门，完成孔道压浆。压浆时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。对于曲线管道，一次压浆很难将管道内的空气完全带出，而采用大循环回路方式，可使得浆液在管道内持续循环，通过调整压浆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[2]。设备设计有进浆和回浆流量监测装置，可对孔道理论进浆量和实际进浆量进行实时监测和对比，以保证孔道压浆的充盈度。

2.2 设备结构

智能压浆设备由智能压浆车、高压胶管、操作电脑及配套软件等组成。设备主要结构和工作原理图见图2。

图2 智能压浆设备工作原理图

智能压浆车主要由高速制浆罐、低速储浆罐、压浆泵、水胶比监测装置、进浆测控装置、回浆测控装置及操作控制柜等组成。高速制浆罐用于将水泥、添加剂和水按比例配制成浆液，由专门设计的高速搅拌装置和搅拌罐构成，搅拌罐底部为椭圆封头结构，高速搅拌装置可快速把水泥、添加剂和水搅拌均匀。低速储浆罐用于储备配制好的浆液，低速搅拌装置可防止浆液中的水泥结块。在孔道压浆时，循环回流后的浆液经过滤后可回流到储浆罐。压浆泵采用活塞式连续作业的压浆泵，流量为5 m3/h，扬程为5 m。水胶比监测装置可对低速储浆罐内配置的浆液配比进行实时监测，装置包括低速循环泵、监测罐、压力计等构成，压力计安装于监测罐侧面下部，低速循环泵通过管路将低速储浆罐与监测罐连接。根据压强公式和混合液体密度计算公式，通过大量反复试验，得到浆液中水泥含量与监测罐下部压力呈线性比例关系，通过压力计测定的压力值，即可反推出浆液水胶比。压浆时需接通的吸浆管、进浆管、返浆管、孔道对接管，采用高压胶管，可承受最大压力为1.0 MPa。

设备配套的操作电脑采用无线传输与智能压浆车进行数据通信，使用方便快捷，有效控制距离200 m。操控软件可实时监测显示压浆过程中浆液的水胶比、孔道进浆、回浆的压力和流量，自动计算浆液密实度、孔道充盈度，智能分析处理数据，生成工程所需报表。

2.3 操作技术要点

2.3.1 选定设备和现场操作位置

根据现场实际情况，将压浆台车移至压浆孔道的中部或一端位置，准备好制浆需要的水泥、稳定剂和水，接通设备电源，检查电路及控制系统是否正常，为设备工作做好准备。操作电脑需放置在距压浆台车200 m内，且避强光位置，以便正常进行系统操作。

2.3.2 管路连接

正常情况下，一次可压浆A和B两个孔道，先将距智能压浆车较远一侧的A孔道和B孔道用杆件及高压管路连接，距智能压浆车较近一侧的A孔道和B孔道分别与智能压浆台车的进浆管路和回浆管路连接。用吸浆管连接低速储浆罐和压浆泵。将浆液回流管道与回流测控装置连通并流回低速储浆罐，这样就将智能压浆车与2个压浆孔道接通形成一个浆液流通的大循环回路。

2.3.3 电路及系统软件启动

接通电源，查看电路是否正常，依次空载点动搅拌电机、压浆泵、循环泵等查看旋转方向是否正确，检查进浆、回浆流量仪和压力表仪表显示是否正确。开启操作电脑，打开操作软件，进入操作界面，点击连接设备按钮，连接正确后，分别点动手动区域各按钮，验证操作系统与设备连接正常。

2.3.4 浆液配制

按浆液配制比例准备好相应的水、水泥和添加剂，把1/2水加入搅拌罐中，再逐渐加入1/2水泥，同时启动搅拌叶片，加完后再加入剩余1/2水和水泥，最后再加入添加剂。加水泥时需均匀加入，以免引起水泥结块，全部浆液制成后，搅拌时长不得超过5 min，浆液在高速搅拌罐内的储存时间不得超过30 min，以免引起浆液固化。打开罐体底部阀门，浆液即可流入低速储浆罐。

2.3.5 孔道压浆

在保证软件与智能压浆车控制系统连接正常、各管路连接正确的情况下，在软件操作界面，点击开始压浆，即开始孔道压浆，初期回流管路会有大量气体排出，软件界面进浆口和出浆口流量的差值较大，当回流管出口无气体排出时，进浆口和出浆口流量的差值较小，梁体孔道充盈度达到85%后，回流阀自动关闭，当进浆压力达到泄压压力时，调压阀打开，当充盈度达设计要求时，调压阀和进浆阀全部关闭，进浆压力为0.5～0.7 MPa，稳压3～5 min后，系统提示自动压浆结束，可手动关闭孔道阀门后，打开管路阀门泄压，再开始下面孔道压浆[1]。

2.3.6 结束压浆

孔道压浆结束后，需连接进浆管路和回流管路，用清水将设备及所有管道进行清洗，以免因浆液固化引起设备堵塞或性能损坏，清洗结束后，按操作软件、操作控制台和电源的先后顺序关闭系统[3]。

3 结论

JKZL01型智能预应力张拉设备和JKYJ01型智能预应力压浆设备在山西忻保高速龙须梁加固梁场进行了现场应用考核，张拉预应力筋36孔180束，灌注预应力孔道36孔，完成了梁场桥梁预应力的张拉和孔道压浆任务，设备各部件运行稳定可靠，张拉和压浆设备的技术指标和使用性能均满足桥梁预应力张拉和压浆的工艺和要求。随着智能张拉和压浆技术的进一步发展，桥梁预应力筋张拉和孔道压浆的施工工艺将更加完善，施工质量也会不断提高。