预制箱梁工程中的智能张拉及压浆施工技术

2021-04-01郭建峰

工程建设与设计 2021年4期

郭建峰

（中铁十二局集团第七工程有限公司，长沙410000）

1 工程概况

某高速公路路线总长19.8km，沿线施工所用预制梁板总量1 385 片，其中，5m 和8m 的普通钢筋混凝土空心板分别为95 片、333 片；10m、13m、16m、20m、35m 的预应力混凝土空心板分别为413 片、156 片、68 片、268 片、52 片。预制箱梁为沿线重点施工内容，采用智能张拉及压浆技术。

2 智能张拉施工技术分析

2.1 智能张拉的应用优势

智能张拉的应用优势包括：

1）智能张拉机配置简单，仅需准备2 台设备，降低了操作难度，且控制了所需成本。

2）配套的智能控制系统运行稳定、作业精度较高，全程可较为平顺地完成张拉作业。

3）智能张拉充分彰显出自动化特征，对速率的控制更加精细，可有效排除人工干扰问题，经过预应力张拉后所得结果的精度有所保障。

4）智能张拉系统能够根据实际施工需求高精度控制千斤顶，以保证施加的预应力具有合理性，相较于传统张拉方法的±1.5%误差，在应用智能张拉的方法后可减小至约±1%。

2.2 智能张拉设备的应用特点

智能张拉设备可以按既定的程序自动化完成张拉作业，实现对预应力值和伸长量的双重控制，保证两项指标的实际误差均被控制在许可范围内[1]。计算机与千斤顶具有一对多的关系，即单台计算机可控制多台设备，形成协调作业的关系，提高张拉的同步性。在张拉施工前，能够精准控制加载速率、持荷时间等关键指标，同时采集并完整记录张拉期间的数据，而远程管理功能的应用则突破了时间和空间的束缚。

2.3 预应力管道施工

预应力管道施工过程为：

1）将金属波纹管作为预应力管道的材料，对接后连接成整体，同时用胶带密封，以避免外界杂物进入管道。

2）通过焊接工艺的应用将预应力管道稳定在底腹板箍筋处，底板和腹板分别按照直线段80cm、曲线段40cm 的标准设置定位钢筋，考虑到波纹管曲线范围内的特殊性，于该处将间距减小至1m。

3）以设计坐标为准精准安装预应力管道，保证所处位置具有合理性。浇筑前设置内衬管，浇筑施工期间适当抽动内衬管，通过此方式避免水泥浆混入管道内。

4）预应力锚垫板的设置采取的是稳固于模板的方式，用胶带处理二者间形成的接缝，提高严密性。

2.4 预应力张拉

2.4.1 张拉前的准备

张拉前的准备工作包括：

1）检测每批钢绞线的弹性模量，详细计算张拉的预应力理论伸长值。建立健全张拉作业组，技术培训考试合格后持证上岗。

2）张拉千斤顶的张拉力应大于所施预应力最大值的1.2～1.5 倍，使用前先测定摩阻系数f，试验次数不低于5 次，f＞1.05时此千斤顶不能使用。

3）检验周期：新购设备必须做检验标定，当千斤顶和油压表使用200 频次时或使用6 个月，抑或千斤顶受瞬时猛烈冲击（如在断丝突然卸荷）以及千斤顶、油压表修复后，要重新检验标定方可使用。

2.4.2 钢绞线编束

为了保证各钢绞线受力的均匀性，必须避免钢绞线在穿束过程中互相缠绕的现象，采用整束梳编穿束工艺，将钢绞线逐根首尾对应编号（每根预应力筋两端的编号应相同）、梳编、理顺，每隔1～1.5m 捆绑一次，使其绑扎牢固、顺直[2]。然后整束穿入管道，保证预应力筋顺直、不扭转、相互平行。穿束前采用通孔器疏通预留管道，穿束安装时严格控制每根预应力筋的相对位置（两端对应、平行）。

2.4.3 张拉关键参数的控制

箱梁混凝土的实测强度满足设计强度85%且不少于7d的要求后，才能进入张拉施工环节。正弯矩和负弯矩均遵循的是对称张拉原则，但前者以整束张拉为宜，后者单根依次张拉到位。预应力张拉期间以张拉力为判断作业质量的关键指标，再通过伸长量检验。

张拉平台是顺利开展张拉作业的基础装置，结构组成包含3 个部分：（1）底盘，以10mm 厚的槽钢为基础材料，经焊接后制作而得；（2）托盘，以80mm 的槽钢为基础材料，加工后制得滑动槽；（3）支架，采用的是φ50mm 钢管。在张拉平台搭建完成后刷涂黑白油漆，挂设警示标牌。

2.4.4 锚具、夹片的安装

锚具、夹片的安装过程为：

1）安装作业前做全面的检查，包含钢架线、锚垫板及混凝土，若各方面均无误则将锚具安装到位。

2）将夹片放入钢绞线锚具孔内，用20mm 的钢管敲击以提高其密实性，期间加强对夹片和钢绞线锚固情况的检查，确保无误。

3）按照先张拉垫板、后工具锚和夹片的方式依次安装到位，且在安装夹片前对其采取打蜡处理措施，以便在结束张拉后可快速拆除。

2.4.5 预应力张拉

张拉程序为：0→初应力（0.15σk）→0.3σk→1.0σk（持荷5min）锚固（σk为控制应力）。实际伸长值的测量由智能张拉专用电脑自动生成并存档，以0～0.15σk作为应力初调点，并以此量出油缸活塞伸长值以及夹片的外露长度，然后从0.15σk张拉到0.3σk，分别在0.3σk和1.0σk时量取相对应值，根据此值与理论计算伸长值进行比较。伸长值计算方法：

式中，ΔL1为从初应力至最大张拉力间的实测伸长值，mm；ΔL2为初应力以下的推算伸长值，mm。

夹片回缩量初次张拉完毕后，观察夹片是否出现滑丝、脱锚现象，若出现必须补充应力或进行退锚处理，并取得监理工程师认可。在试拉到0.3σk时观察有无脱锚现象，以及千斤顶轴线方向和张拉方向是否与钢绞线轴心方向成一条线。

3 智能压浆施工技术分析

3.1 智能压浆的作业特点

智能压浆的作业特点包括：

1）管道内的浆液按照先出浆口、后储浆桶、再进浆口泵入管道的流程依次转移，由此形成大循环回路，在正确调整压力和流量后，可以将残留在管道内的空气通过出浆口排出，期间还可携带孔道内残留的杂质。

2）自动化检测，从而确定管道压力损失，以最低压力要求为准设置灌浆压力值，此时尽管岩土存在压力损失的情况，但依然可以保证灌浆压力满足要求。注浆后关闭出浆口，要求其在相对较长的时间内压力稳定在0.5MPa 及其以上水平。

3）以配比为准适时掺水，使水胶比维持在合理区间内。预应力管道施工中，以双孔同步压浆的方式较为合适，压入点为较低的一孔，再由较高的孔流出，回流至储浆桶内。全程具有秩序性，且能够实时呈现压力、温度等方面的信息，以供施工人员对施工质量做出判断。

4）通过计算机程序的运行自动化调控灌浆作业，几乎无须人为参与，由软硬件的协同便可完成压浆作业，控制水平较高，可以减少人为误差所带来的不良影响。

3.2 智能压浆

智能压浆设备为关键装置，可提供自动上料、自动控压等功能，搅拌运行期间的转速可达到1 020r/min，原材料的称量精度较高，可在±0.4%以内。智能压浆设备不易受到外界因素的干扰，能够连续完成压浆作业，压力维持相对稳定的状态，正常工况下注浆量达到4.5m3/h，除了采取自动控制模式外，也可根据需求切换为人工手动的模式[3]。保压范围具有可调性，压力表的稳定性较好，无指针异常波动的现象，总量程1.6MPa，覆盖了绝大部分压浆施工场景。

智能压浆施工的主要流程为：

1）安装压浆管阀使其精准就位于压浆孔内，同时在上一管道压浆孔处连接出浆孔管道。

2）完成水泥浆的配制作业后转至储浆罐内，再进入灌浆泵，该处打出浆体的浓度与灌浆泵内的浓度保持一致时关闭灌浆泵，在此基础上连接高压橡胶管，使其与孔道的灌浆管稳定对接，正式进入管道压浆施工环节。

3）开启灌浆阀连续灌浆，随着灌浆压力的提高，当该值达到约0.5MPa 时暂停加压，稳压3min，在该阶段内通过压力作用完成排气泌水，切实提高管道内部浆液的密实性，若无误则关闭灌浆泵及灌浆阀门。

4）压浆作业落实到位后拆除压浆管阀，封堵压浆孔。

5）拆除管路，全面清理灌浆泵等相关装置，以免浆液在其中凝结。