智能张拉和压浆施工技术在预应力桥梁中应用研究

摘要：简述了预应力桥梁张拉和压浆的重要性，以及目前预应力张拉和压浆技术存在的缺陷，详细阐述了智能预应力张拉技术和智能压浆技术及其技术优势，对智能预应力张拉和压浆技术的应用前景进行展望。

关键词：预应力桥梁；智能张拉；压浆

0 引言

对停止使用甚至发生坍塌事故的预应力钢筋混凝土桥梁的最终调查结果均表明，其预应力张拉施工时损失部分预应力、管道压浆不符合要求是主要原因，加上车辆载货超过桥梁设计承载能力，导致发生桥梁坍塌事故。基于此，本文详细阐述了智能预应力张拉技术和智能压浆技术及其技术优势，并对智能预应力张拉和压浆技术的应用前景进行展望

1 桥梁常见故障原因分析

1.1 预应力张拉不规范

桥梁进入预应力张拉施工环节，常存在预应力张拉不规范问题，从而造成桥梁底板等部位发生不同程度的裂缝。分析认为，在施工过程中没有准确控制预应力是导致上述情况的主要因素。当施加的预应力不足时，就会降低桥梁强度，引起桥梁结构出现裂缝会。当施加的预应力过大时，会造成桥梁整体结构发生改变，甚至使工程内部的钢筋发生脆性损坏，从而产生巨大的安全隐患。

除了施加预应力不足湖过大问题外，施加的预应力不均匀同样会造成工程结构损伤。桥梁内部每一条孔道每一个部分，甚至不同孔道的相同位置所受力都是不同的，施加的预应力如果不均匀，将会严重影响桥梁内部的力场分布，降低钢筋结构的使用寿命。

1.2 管道压浆不紧实

在规范的预应力张拉和压浆施工过程中，需将预应力筋所处孔道注满水泥浆液，通过水泥浆液的黏着力使预应力筋和孔道内壁充分融合，完成高密度的封闭。这不但能充分发挥预应力筋的效用，还能将构筑物最大程度融合成一个整体，保障其主体结构的强度。但若压浆密实度不符合规范，留有若干空隙，就会造成预应力钢筋发生锈蚀现象，使预应力筋无法发挥作用，导致桥梁内部结构和力场遭到破坏，进而引发裂缝甚至结构断裂垮塌[1]。

1.3 其他施工问题

在预应力张拉和压浆施工过程中，若出现锚头滑丝、钢绞线断丝等情况，同样会影响预应力张拉效果。此外项目设计缺陷、工人操作不规范等情况，也会影响预应力张拉效果。其中一个环节的疏忽，就可能导致整个桥梁结构的稳定性。

2 传统预应力张拉和压浆技术缺陷

2.1 张拉施工精度难以保证

原有预应力张拉施工的主要设备包括液压油泵、千斤顶等，这些设备的使用效果主要取决于操作人员的使用熟练度、操作技巧、施工经验等，由此导致张拉误差较难准确掌控。液压油泵的输出压力需要手工调节，不能设置准确的参数，张拉压力完全取决于压力表的读数。如果压力表准确度欠缺，加上操作人员施工经验不足，导致张拉力精度难以保证。

在油压表读数稳定在规定压力值后，钢绞线持荷时间不得少于5min。在此时间段内如果发生欠张拉，无法进行张拉补偿，继续加载难度极大，则会对桥梁结构造成损伤。钢绞线张拉是否合格，其张拉压力值和伸长量均需符合规定数值，但是其伸长量需要依靠人工测量，但是人工测量难以保障测量的准确度。

2.2 压浆施工工艺存在缺陷

原有压浆施工工艺是存在明显缺陷，主要表现在孔道压浆密度低。如果孔道压浆密度不够，就会造成孔道内的预应力筋与孔道内壁的融合不够紧实，导致预应力筋在空气中暴露，引发腐蚀，使其强度降低。孔道压浆密度低，会导致桥梁结构强度变低，进而降低整个桥梁的承载能力，为桥梁竣工后的使用埋下安全隐患。孔道压浆密度低，还会导致预应力筋的锚头应力集中，预应力筋整体受力不平均、负荷强度降低[2]。

3 智能预应力张拉技术

3.1 智能张拉技术的优越性

面对目前规模大、标准高、结构复杂的预应力桥梁工程需求，采用智能预应力张拉和压浆新技术新设备是必然的选择。采用该项新技术新设备，不仅能够准确控制预应力张拉值并将误差管控在合理范围内，同时能够提升施工效率，减少人力资源投入，有效降低工程成本。

3.2 智能张拉系统组成和工作原理

3.2.1 智能张拉系统组成

智能张拉系统主要由智能主机、液压油泵和千斤顶组成。智能主机在控制张拉预应力的过程中起着关键作用，是智能张拉系统的核心设备。智能主机与液压油泵和千斤顶有机协同，不依靠人工调节，便可充分发挥其最大效能。

3.2.2 智能张拉系统工作原理

智能张拉系统可实现人机交互智能化，界面简单、易操作。在进行张拉施工时，只需使用计算机将张拉预应力、钢绞线伸长量等数据录入智能主机中，这些数据就会以常量的形式在智能主机中储存，实时显现对应数据变化情况，操作人员则可以及时对动态指标进行调整。

在计算机中录入张拉预应力数据后，智能主机就会以总线为媒介接收到相应参数，并对参数进行智能分析，科学确定张拉预应力、钢绞线伸长量的变化情况。随后智能主机发出操作信号，指令张拉设备进行智能张拉作业。

智能张拉系统可随时线性调整电动机参数，实时对张拉过程进行补偿操作。智能主机通过计算精确操作液压油泵电动机转速，达到精准控制张拉预应力的目的。通过智能主机AI指令控制张拉施工，实现全过程动态监测，以全自动化模式完成各类参数实时调整和控制[3]。智能张拉系统工作原理如图1所示。

3.3 智能张拉系统技术优势

3.3.1 互联互通

在张拉作业之前，操作人员需要将项目机构和相关单位信息输入到系统中。在进行预应力张拉时，系统会通过互联网将工程实施数据传送给工项目机构和相关单位，便于其掌握第一手数据并做出准确快速的后续操作。

3.3.2 操作精准

工程项目监理单位工程师可通过互联网传输的数据信息，实时监察和审核系统回传数据并在线上签字确认。现场施工人员可在施工进程中实时监控张拉作业的全过程，甚至可精准控制每每组线束的预应力值，将预应力精度控制在0.1MPa以内，将每组线束的位移精度控制在1mm以内。智能系统可以对实时传送的数据进行分析，实现精准、动态控制。

3.3.3 具备补偿与记忆功能

智能张拉系统具有漏压补偿功能，在特殊情况下仍能保持持久压力。基于系统智能储存技术，智能张拉系统具有断电记忆功能，如果出现断电情况，系统仍能完整成保存各项数据。这两项功能在施工现场遇到极端状况时，可以为现场人员争取更多的时间解决问题，保证施工的正常推进。

3.3.4 储存可导出

智能张拉系统具备操作日志的储存及导出功能，系统会实时记录每个节点的系统状态、参数数据等。日志可准确、客观反映系统运行过程，施工结束后，技术人员可以导出日志，快速对施工过程进行复盘分析。

4 智能压浆技术

4.1 智能压浆系统组成和工作原理

4.1.1 智能压浆系统组成

智能压浆系统主要由智能主机、循环压浆机和测控设备组成。智能主机是智能压浆系统的神经中枢，可预置和调节所有参数，以保证整个系统的正常运行。智能压浆系统要求技术人员具有良好的计算机实操能力。

4.1.2 智能压浆系统工作原理

智能主机通过系统软件和数据输入，对孔道压浆进行精准控制。智能压浆系统需要保持水泥浆液的不间断内部循环，实时将孔道内部的空气和杂质通过压力冲孔的方式排出。如果在内部循环中水泥浆液发生堵塞现象，智能主机则会自动报警，紧急提示技术人员。

智能压浆系统在孔道出口区域安装高精度传感器，技术人员可通过高精度传感器掌握压浆流量、孔道压力、浆液水胶比等实时数据。智能压浆系统将实时数据回传给智能主机，智能主机会自动分析回传数据，并根据分析结果对施工参数进行智能调节，确保压降作业在规定参数范围内完成。

智能压浆系统能够实时对施工参数进行调节，确保浆液在孔道内部的密实度符合技术要求，最大程度减少孔道中的空隙，并线性调节浆液压力值。智能压浆系统装有智能浆液加水装置，可可实现水胶比的精准智能调节[4]。智能压浆系统工作原理如图2所示。

4.2 智能压浆系统技术优势

4.2.1 确保压浆紧密性

压浆作业的目的是确保通过混凝土浆液，将预应力钢筋与孔道内壁完全融合，使预应力筋与混凝土结构有机结合成一个整体，预应力在桥梁内部科学分布，并确保预应力钢筋不裸露，避免其出现腐蚀现象。预应力孔道内一旦密实度达不到标准，则不能对预应力钢筋完全包裹，同时预应力钢筋与主体架构的锚固也不会稳固，这都会很大程度降低主体结构的承载能力。

智能压浆系统可以解决这一弊端，完美实现压浆的紧密性。其在作业过程中可以不间断保持浆液的往复循环，可以把预应力孔道口的浆液储存在储浆桶内，并重新循环入孔道。系统为了保持孔道内压浆的紧密性，可以智能化排出孔道内的空气，并可持续进行压浆。

4.2.2 可精准管控压浆技术指标

安装在进出口的传感器实时对水胶比进行实时检测，可将参数误差控制在合理区间。在压浆作业过程中，以智能主机为核心形成连接施工工具和传感器的循环模式，实时调整技术参数，确保施工质量符合要求。智能压浆系统避免了人为操作可能产生的误差，可以精准的管控压浆技术指标[5]。

5 智能预应力张拉和压浆技术应用前景

桥梁建设项目可以充分发挥智能预应力张拉和压浆的技术优势。在技术参数方面，一旦张拉力误差范围超过1%，智能张拉系统在锚固前会自动触发张拉功能，智能修正张力值，完成双向智能控制。智能张拉系统实时获取张拉数据，根据张拉力值进行智能调整，二者误差不超过2%。技术人员可以依托智能化张拉系统实现自动施工，避免人为操作误差和操作失误问题，大幅提升张拉施工质量。

智能压浆技术在桥梁建设的技术优势，主要集中在参数的精准调整和控制方面，其可以实现完全排出孔道内的空气和杂质，提高压浆的整体均匀度及密实度。智能压浆技术与原有人工作业方式相比，其对工程质量有着巨大提升。同时，在桥梁工程中应用智能压浆技术，可以自动对作业日志、施工过程参数等进行记录，使施工操作实现溯源管理。

在桥梁建设中智能预应力张拉和智能压浆技术，在工程管理方面有很大技术优势，在经济效益方面则更加直观。例如原有张拉施工方式至少需要6名以上施工人员参与，而智能张拉系统仅需2名施工人员；原有压浆只能进行单孔道压浆作业，而智能压浆系统可同时进行双孔道压浆作业。

6 结束语

综上所述，智能预应力张拉和压浆技术在提高施工质量、提升施工效率、节约施工成本等方面具有很大优势，可以在桥梁张拉施工中广泛使用，拥有广阔的应用前景。相信未来经过不断优化调整，智能预应力张拉和压浆技术会得到普及，为提高桥梁工程质量保驾护航。

参考文献

[1] 王记涛，王志杰，焦刘霞.桥梁预应力智能张拉和压浆技术在高速铁路施工中的应用[J].粘接，2021（2）：175-179.

[2] 庞盼青.智能张拉和压浆技术在高速公路桥梁工程中的应用[J].交通世界，2021（Z1）：172-173.

[3] 于丽恒.智能预应力张拉和压浆设备在预应力张拉和压浆中的应用[J].价值工程，2019，38（10）：130-133.

[4] 刘亚昌.智能张拉和智能压浆系统在桥梁建设中的应用[J].交通运输研究，2014，42（10）：111-113.

[5] 黎人伟.智能预应力施工工艺在桥梁施工中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2014.