桥梁工程现浇连续箱梁智能张拉与压浆施工技术研究

黄长庚

（福建省闽西交通工程有限公司，福建龙岩 361000）

0 引言

预应力张拉与压浆质量直接影响现浇连续箱梁施工质量。第一，一旦预应力张拉质量无法达到设计要求，当桥梁投入使用后，在自身混凝土徐变和车辆荷载的双重作用下，箱梁不可避免地会出现下挠结构变形，致使桥面出现裂缝，甚至影响行车安全。第二，预应力管道压浆密实度不足容易导致钢绞线出现应力损失和锈蚀等现象，对箱梁的承载力和耐久性造成较大的影响。第三，人工预应力张拉与压浆技术由于受到操作人员专业水平和人工测量等因素的影响，张拉同步性和钢绞线伸长量量测的精准性无法得到保证，钢绞线断丝或者滑丝的现象时有发生，同时也会导致操作误差较大。第四，水泥浆水胶比计量存在误差和压浆力控制不当会影响管道压浆的密实度，致使现浇连续箱梁施工质量无法得到保证。智能张拉与压浆施工技术能够实现全过程自动化控制，不仅可以有效提高预应力张拉与压浆质量，还可以节约工程造价、提高施工效率、提升经济效益，值得广泛推广应用。

1 工程概况

海翔大道（公铁立交—香山段）提升改造工程路基施工第一标段的施工区域横跨厦门集美区到同安区，全长为15.42km，道路等级为一级公路结合城市快速路，双向6 车道，道路红线宽度为60m，设计速度为80km/h，起讫桩号为K11+100—K26+520，最大纵坡为4.09%，圆曲线最小半径为410m，面层为沥青路面。集美公铁立交天桥全长为141.9m，主跨采用连续钢箱梁，锦园村节点新建高架桥1 座，全长为997m，起点于集美公铁立交天桥，终点于后浦立交前，高架桥上跨规划纵三路和三南路，桩基选用钻孔灌注桩，承台厚度为2.0～2.5m，分别设置花瓶墩和U 形桥台，结构形式均为钢筋混凝土结构。大桥分双幅进行布置，上部结构为现浇连续箱梁，桥梁分9 联布置，即(4×36m)+(37m+24m+27m)+(3×30m)+(3×35m)+(3×36m)+(4×36m)+(35m+29m+34m+28m)+(28m+40m+28m)+(3×30m)，第1 联和第9 联的连续箱梁为单箱三室结构，等截面，梁高为2.0m，其余7 联连续箱梁为单箱四室结构，变截面，支点和跨中的梁高分别为3.2m和2.0m，支点位置箱梁顶板厚度为25cm，腹板和底板厚度分别为75cm 和100cm，渐变增厚，翼缘根部厚度为50cm，箱梁翼缘往两边悬挑2.5m，跨中箱梁腹板、顶板和底板厚度分别为45cm、25cm 和25cm。现浇连续箱梁选用强度为1860MPa 的钢绞线，直径为15.2mm，钢绞线布置情况如表1 所示。现浇连续箱梁的混凝土强度为C50，预应力孔道压浆所用水泥浆强度为M50，为了确保现浇连续箱梁施工质量，经过项目部研究决定采用智能张拉与压浆施工技术进行施工。

表1 现浇连续箱梁钢绞线布置情况表单位：根

2 作用原理及应用优势

2.1 作用原理

2.1.1 智能张拉作用原理

现浇连续箱梁预应力智能张拉的设备和仪器主要有千斤顶、高压油泵、智能张拉机和传感器等，具体如图1 所示。操作人员在智能张拉机的电脑端输入张拉力、分级持荷时间和伸长量等张拉参数，由主机向千斤顶发出张拉指令，让千斤顶能够同步对钢绞线进行两端张拉，严格按照张拉力和钢绞线伸长量等指标对张拉质量进行控制[1]，主要以张拉力为主、钢绞线伸长量为辅，相应指标数据由传感器实时收集并反馈给主机，计算机自动对数据进行分析，并及时将处理结果以指令形式发送给油泵，让张拉加载速度和每级张拉力能够符合张拉质量的要求，确保预应力智能张拉的准确性。

图1 智能张拉系统组成

2.1.2 智能压浆作用原理

预应力孔道智能压浆为大循环压浆，主要由主机、压浆泵、测控台、制浆系统和循环系统等组成，具体如图2 所示。将需要压浆的现浇连续箱梁预应力孔道相关参数输入主机即可自动计算出孔道所需灌浆量，根据设计的配合比将压浆剂、自来水和水泥等材料自动下料，在制浆系统中搅拌形成浆液，并流入储浆桶[2]，将高压管路接通灌浆管道与储浆桶，让浆液在闭合的回路中循环。孔道内空气和杂物清除干净后，主机下达压浆指令，采用先进的传感技术将浆液的密度、流量和压力等实时数据传输给主机，由主机自动作出判断，并对压力值与稳压时间进行适当调整，确保管道压浆密实度与饱满度符合设计与规范的要求。

图2 智能压浆系统组成

2.2 应用优势

2.2.1 数据追溯性好

智能张拉与压浆的所有数据均来自计算机自动实时采集的结果，数据真实有效，所有数据均由计算机自动记录和打印，避免人工填写的伪造之嫌，施工过程数据追溯性好，并可以随时对张拉和压浆过程进行回放与查看，数据调取方便。

2.2.2 同步性有保证

智能张拉时，计算机采用无线信号同时对多台千斤顶下达张拉指令，无线信号的延迟率控制在3ms 之内，可以实现同步张拉。常规的人工张拉，采用对讲机对2 台千斤顶操作人员进行指挥与联络，同步性难以保证。

2.2.3 精度高

智能张拉时，钢绞线伸长量采用传感器采集，其精度为0.01mm；而人工量测时采用钢尺，其精度为1mm。智能张拉能够实现同步张拉，张拉应力的精度误差为1%以内[3]；而人工张拉应力值需要从油表进行读取，精度误差约为±13%。同时，智能张拉过程中，计算机能够对传感器反馈的数据进行分析和处理，从而让所获得的数据精度更高。

2.2.4 压浆效果好

智能压浆系统将制浆系统、上料系统、监控系统和压浆系统等高度集成化，只需要将管路正确连接，即可利用计算机进行控制，全程自动化，且大循环系统能够将孔道内空气全部排空，浆体密实度更高。

3 现浇连续箱梁智能张拉施工技术

3.1 施工准备

要求预应力张拉所需的钢绞线、工作夹片、锚具等材料的质量检查合格，千斤顶、油表校验和标定合格。该工程千斤顶型号为YCW400B，油泵型号为ZB2×2-500，每个千斤顶配套2 个油表。所有参与张拉施工的人员均应接受技术交底，以深入了解张拉质量控制要点。控制站一般布置在梁体的侧面，布置区域要求无阳光直射且不影响张拉施工。采用薄片砂轮机切割钢绞线，钢绞线外露长度应比千斤顶长出20cm。钢绞线穿束后套上工作锚板，在锚垫板位置固定好工作锚板，采用钢圈箍起工作夹片再推入工作锚板的锥孔进行卡紧固定[4]。限位板尺寸应与钢绞线的规格相匹配，确保安装位置符合设计要求。千斤顶前端止口应对准限位板，千斤顶和张拉设备分别安装在现浇连续箱梁的两端，采用油管将油泵和油表连通。工具锚安装时应与张拉端锚具处于同一直线上，孔位排列应一致，确保钢绞线顺直。为了防止张拉过程中锚具飞出伤人，在千斤顶四周2m 范围内安装防护板。

3.2 预应力智能张拉施工

在计算机操作端的面板上详细填写工程名称、箱梁型号、箱梁结构、施工单位名称、张拉力、理论伸长量、张拉方式、回归方程、超张比例、量程和起点位置等项目信息和张拉参数，分级张拉时，钢绞线理论伸长量应提前算出，并对张拉力与伸长量等数据进行严格检查与复核，确保准确无误。由计算机下达张拉指令，张拉顺序为腹板—顶板—横梁—底板[5]，各个部位钢束严格按照设计要求进行分段依次张拉。现浇连续箱梁采用两端同步张拉方式，分10%、20% 和100%张拉值共三级荷载进行加载，系统自动收集千斤顶位移、油压、钢绞线伸长量和张拉应力等数据，并自动生成张拉应力与伸长量的关系曲线，当系统监测到钢绞线的实际伸长量与理论值之间的差值超过±6%时，将自动报警并立即停止张拉，待找出原因并进行处理后方可继续张拉。

3.3 技术要点

第一，现浇连续箱梁混凝土养护时间不小于7d 且混凝土强度不小于设计强度的90%。

第二，锚具、锚垫板锚口、千斤顶和预应力孔道的轴线应保持同轴同心，在梁体两端进行对称同步张拉，采用张拉应力和钢绞线伸长量等双控指标对张拉质量进行控制。

第三，每级张拉加载速度应保持相同，最后一级加载后应持荷5min，钢绞线实际伸长量与理论值的差值应控制在±6%之内。

第四，伸长量ΔL=100% 设计张拉值对应钢绞线伸长量+20%设计张拉值对应钢绞线伸长量-2×10%设计张拉值对应钢绞线伸长量-工作夹片回缩量。

第五，在分级加载时，张拉力误差允许偏差控制在±1%之内，每束钢绞线断丝不大于1 丝，断丝总数不大于钢丝总数的1%。

4 现浇连续箱梁智能压浆施工技术

4.1 压浆设备配置

压浆设备选用气密性较好的螺杆式压浆泵和高速强制性搅拌机，智能压浆台车布置在压浆管道中部位置，预应力管道与压浆台车之间采用高压管道进行连接，并在管路上安装流量与压力计量装置，让浆液能够在压浆系统中形成大循环回路。

4.2 智能压浆施工

在主机系统的操作界面上设置浆液配合比设计、压浆力、浆液流量与流速、浆液搅拌时间、稳压压力与时间和压浆量等智能压浆参数。在压浆设备运行正常的情况下，启动智能压浆系统，搅拌系统即刻开始浆液的上料与搅拌操作，待储浆桶内的浆液体积满足压浆需求时点击压浆按钮，高压管道内的积水和空气即从废浆阀中排出，待阀门处排出的浆液稠度与颜色同压浆的浆液一致时，将出浆阀门关闭，以0.5～0.7MPa 的压浆力进行循环压浆[6]，保压压力为0.5MPa，若低于该保压压力则压浆系统会自动补浆，持续稳压3～5min 后即可停止压浆并关闭阀门。

4.3 技术要点

第一，浆液水胶比为0.26～0.28，初凝时间为3～4h，水泥选用P·O42.5，水泥相关性能应符合设计要求。

第二，压浆顺序为先低位后高位，同个孔道则由低处往高处压浆，压浆应均匀、缓慢、连续不中断。

第三，浆液从拌制开始到压入循环管道的时间控制在30～45min，浆液过滤网格尺寸应不大于3mm。

第四，浆液下料时应先投料50% 的水泥和自来水，搅拌均匀后再投料剩余的50%，搅拌时间应符合规范要求，搅拌应充分、均匀。

5 结语

智能张拉与压浆系统成功地将自动化、智能化、大数据和传感器等先进技术应用到现浇连续箱梁施工中。经检测，该工程实例中钢绞线伸长量的实测值与理论值之间的差值为2%～3%，符合设计要求；采用灌浆质量检测仪检测波纹管内浆体的密实度，波形振幅呈规律性变化，未发现畸变现象，表明管道注浆饱满；智能张拉操作人员只需2 人，而人工张拉需6 人，施工效率显著提升。由此可见，智能张拉与压浆施工技术能够有效减少人工操作误差，实现自动化和标准化施工，提高施工效率，确保现浇连续箱梁预应力施工质量合格，具备较大的推广应用价值。