预制T 梁的智能张拉和大循环智能压浆技术

陈有强

（龙岩交通发展集团有限公司，福建 龙岩 364000）

1 工程概况

某高速公路一标段路线全长为7.918km，该梁场采用“工厂化”预制梁场建设，预制T 梁共有414 片，其中30mT 梁边梁数量为80 片，中梁数量为151 片；40mT 梁边梁数量为72 片，中梁数量为111 片。梁体混凝土强度为C50，钢绞线的直径为15.2mm，公称面积为140mm2，抗拉强度为1860MPa。30mT 梁锚具型号为YJM15-8、9、10、11 型，40mT梁锚具型号为YJM15-8、9、10 型，限位板槽深为6.2mm。水泥浆的强度为M50，外加剂采用专用压浆剂，压浆料与水的比例为0.26～0.28。本工程预制T 梁预应力工程采用智能张拉和大循环智能压浆技术。

2 工作原理

2.1 智能张拉工作原理

预应力智能张拉系统主要由千斤顶、智能张拉主机、智能张拉从机、油泵、压力传感器和位移传感器等组成[1]，系统示意图如图1所示。该系统由主机根据设置好的张拉参数发出张拉指令，由系统自动控制张拉机具对钢绞线进行张拉，张拉遵循伸长量和张拉应力的双重控制原则，采用现代传感技术通过压力传感器和位移传感器分别自动收集工作压力（千斤顶）和伸长量与回缩量（钢绞线）等实时信号，控制指标为应力值，校正指标为伸长量误差，实时信号通过无线信号传输给主机，主机自动分析后并将分析结果反馈给油泵，根据系统的相关指令，油泵自动调整电机的转速，从而控制张拉机具的应力和张拉加载速度，使得钢绞线的伸长量与张拉应力能够呈平衡稳定增长，从而精准和同步地完成张拉作业。

图1 智能张拉系统示意图

2.2 大循环智能压浆工作原理

大循环智能压浆系统主要由螺杆泵、高速搅拌桶、储料桶、压力变送器、电磁流量计、上料口、水箱和LED 屏等组成[2]，系统示意图如图2 所示。水泥、拌合水和专用压浆剂等材料通过系统自动称重和上料，计量精度为0.1kg，压浆料在高速搅拌桶内高速旋转搅拌均匀后通过放浆阀门流入低速储料桶。储料桶和预应力管道通过高压管路形成闭合浆液回路，压浆液在管路中持续循环，将管道内的杂物和空气排净后，即可开始压浆，待压力达到设定值后稳压一定时间，预应力管道完成压浆作业。在管道进出浆位置安装压力变送器和电磁流量计对管道的压力和压浆流量进行实时监测，并将监测结果反馈到主机，经过主机系统分析后将调整指令下达到压浆系统，从而确保管道压力和稳压时间符合设计及施工规范要求，使得预应力管道压浆密实与饱满。

图2 大循环智能压浆系统示意图

3 智能张拉技术

3.1 张拉质量控制要点

本梁场T 梁采用二次张拉工艺，一期张拉完成后迅速移至存梁区，空出台座后可继续进行预制T 梁生产，二次张拉及压浆在存梁区进行，提高了施工效率。T 梁蒸汽养护24h 且梁体混凝土强度达到75%的设计值时，即可进行一期张拉，张拉控制应力为0.45fpk（837MPa），单股张拉力为117.18kN。T 梁预张拉后采用2 点吊装法吊至存梁区自然养护，待梁体混凝土强度达到90%的设计值且龄期≥7d 时即可开始终张拉，张拉控制应力为0.75fpk（1395MPa），单股张拉力为195.3kN。预应力管道、锚具、锚垫板锚口和千斤顶轴线中心应保持在同一直线上，采用两段对称同步张拉方法，张拉质量控制采用双控法[3]，即应力控制和伸长量校核，预应力钢绞线的理论伸长值计算公式为其中代表钢绞线长度，单位为mm代表张拉力，单位为N代表钢绞线公称面积，单位为mm2，取值为140mm2，EP代表钢绞线弹性模量，单位为N/mm2，取值为1.95×105N/mm2。钢绞线实际伸长值计算公式为，其中代表从初始应力开始直至张拉控制应力的实际伸长值，单位为mm，代表初始应力的推算伸长量。钢绞线的实际伸长值与理论伸长值的误差应≤±6%。钢绞线的断丝率≤1%该断面的钢丝总数。

3.2 主要操作要点

（1）钢绞线穿束后，套上工作锚板并固定在锚垫板处，将黄油涂抹在锚板锥孔内，接着安装工作夹片和限位板，工作夹片应卡紧，对准限位板安装千斤顶。工作夹片和工具锚应对正张拉端锚具，钢绞线应顺直不缠绕，孔位排列应一致。在千斤顶周围设置防护板，防止锚具弹出伤人。连接千斤顶的油表、油管和油泵电源，安装无线网络，检查通讯情况并做好测试。

（2）登录主机系统，在主界面上设置张拉基本参数，比如梁型、梁号、孔号、梁长、张拉方式、钢绞线张拉力和理论伸长值等，检查100%张拉力与设计规定相符后，即可开始张拉。

（3）点击张拉任务，在弹出对话框中对钢绞线的分阶段张拉力、基本信息和持荷时间等基本参数进行确认，点击自动张拉按钮，智能张拉系统即刻启动。钢绞线张拉过程中，系统实时采集张拉力和伸长量等数据，当张拉力未达到100%设计值时，钢绞线实际伸长量与理论值误差超过±6%时，系统会自动报警，点击急停按钮停止张拉，查明原因后采取一定措施方可继续张拉。

（4）每个孔号钢绞线张拉完成后，系统将自动退顶和储存张拉数据，可以在历史数据截面查看钢绞线的详细张拉数据。

（5）将千斤顶拆卸后，下一孔号的钢绞线张拉按照上述步骤进行准备和张拉，直至整片梁钢绞线全部张拉完成。

（6）钢绞线张拉完成后按照规定进行锚固，多余的钢绞线采用砂轮锯切割，钢绞线外露长度≥30mm。

4 大循环智能压浆技术

4.1 压浆质量控制要点

水泥采用P·O42.5，外加剂采用专用压浆剂，水胶比为0.26～0.28，稠度为10～25s，三氧化硫含量≤0.1%，氯离子含量≤0.5%，初凝时间为3～4h，体积变化率≤2%，浆液强度为M50，初始流动度为10～17s。根据浆液配合比设计，在高速搅拌桶内先后加入50%的拌合水和水泥，搅拌均匀后再加入剩余的拌合水和水泥，搅拌均匀后再加入压浆剂[4]，搅拌时间≤5min，压浆液在高速搅拌桶存放时间≤30min。高速搅拌机的钻速应≥1000r/min，螺杆泵压力采用恒压0.5～0.7MPa，储料桶应设置网格规格≤3mm 的过滤网。储料桶的容量应满足预应力管道一次性压浆的需求。

4.2 主要操作要点

（1）压浆液的配合比设计必须经实验室试配和验证，拌制的浆液各项性能指标符合设计要求方可投入使用。

（2）在预应力管道中部安置好压浆台车，根据压浆所需材料数量准备好水泥、拌合水和压浆剂，采用高压管道连接好压浆台车与预应力管道之间的进出浆管路，在进出浆管路安装压力变送器和电磁流量计，使得预应力管道和压浆台车形成浆液大循环回路。

（3）登录主机系统，在主界面进行压浆参数设置。接通设备电源，检查高速搅拌机和螺杆泵在空载情况下运行是否正常，检查压力变送器和电磁流量计等仪表显示是否正确。对压力变送器实行校零。根据压浆料配合比设计，设置好水泥、拌合水和压浆剂的重量，并设置好搅拌时间。在压浆参数设置对话框内输入压力值和保压时间。

（4）将预应力管道压浆总重量计算好后输入系统，点击循环启动按钮，主机系统自动完成压浆液的上料、搅拌和放料。

（5）待储料桶内浆液容量符合预应力管道压浆需求时，将废浆阀打开，点击压浆保压按钮开始压浆，待管道内空气和泥水全部排出后，且浆液颜色正常时，关闭废浆阀并打开回浆阀，使得浆液在高压管道内循环[5]。待压力变送器和电磁流量计显示压力和流量等数据稳定后关闭回浆阀，压浆系统自动进入保压状态，保压压力为0.5～0.7MPa，低于0.5MPa 自动补浆，保压3～5min 后系统自动提示压浆结束即可手动关闭阀门。

（6）压浆结束后，压浆设备自动溢流，系统自动保存数据。

（7）采用清水将高速搅拌桶和储料桶清洗干净，将进出浆管道直接对接，点击压浆按钮，采用清水将管道冲洗干净。

（8）将高压管路拆卸后，准备下一孔道压浆工作，按照上述步骤进行压浆，直至整片梁预应力管道全部压浆完成。

5 结束语

通过对钢绞线智能张拉数据分析可知，钢绞线实际伸长量与理论伸长量误差为2%～3%，远低于6%的设计要求。采用灌浆质量检测仪对预应力管道压浆密实度进行检测，弹性波波形振幅呈均匀衰减规律性变化，无畸变图形出现，浆体密实性良好。传统张拉工艺需要安排6 人在张拉端进行千斤顶油泵、钢绞线伸长量测量和相关数据记录等操作，而智能张拉工艺只需安排2～3 人进行主机系统的监测等操作，有效地节约人工成本。智能张拉技术能够实现对张拉力和伸长量的全自动控制，控制精度较高，有效确保钢绞线的张拉质量。采用大循环智能压浆技术不仅能够有效保证浆体密实度，减少钢绞线锈蚀，延长结构使用寿命，还可以实现双孔同时压浆，有效地提高施工效率，缩短工期。预制T 梁采用智能化张拉和大循环智能压浆技术，操作简便，张拉和压浆施工由主机操作系统全自动控制，各种施工数据自动生成和保存，符合高速公路标准化施工要求，确保预制T 梁的施工质量，大幅提高施工效率，取得良好施工效果。