橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉、壓漿智能化施工成套技術(shù)

1、讓中國橋梁更安全讓中國橋梁更安全橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉、壓漿智能化施工成套技術(shù) 主 要 內(nèi) 容1.研究、研制背景2.預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)3.預(yù)應(yīng)力智能壓漿技術(shù)4.預(yù)應(yīng)力遠程監(jiān)控技術(shù)5.智能張拉壓漿應(yīng)用案例6.預(yù)應(yīng)力智能技術(shù)發(fā)展趨勢1. 研究、研制背景最近15年的橋梁安全事故統(tǒng)計 從1999年到 2009年，10年間全國發(fā)生的較大橋梁垮塌事件為30起。 2007年2011年5年來，全國共有37座橋梁垮塌，其中13座在建橋梁發(fā)生事故，共致使182人喪生，177人受傷。平均每年有7.4座“奪命橋”，即平均不到兩個月就會有一起事故發(fā)生。橋梁事故逐年增長。 在這37座橋梁中有60%的橋齡不足20年 ，有些橋梁

2、壽命還不足12年，引起了全國震驚。世界橋梁安全趨勢7結(jié)構(gòu)受損結(jié)構(gòu)受損橋梁垮塌橋梁垮塌產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫鋼絞線銹蝕留下質(zhì)量隱患威脅橋梁安全的關(guān)鍵因素如下張拉質(zhì)量差施工質(zhì)量通病壓漿不飽滿8 原因一：預(yù)應(yīng)力張拉不合格 在使用的預(yù)應(yīng)力橋梁中發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)數(shù)量的箱梁在頂板、腹板、底板、橫隔板以及齒塊等部位出現(xiàn)了各種不同形式的裂縫，其中箱梁腹板裂縫最為普遍和嚴(yán)重。同樣，預(yù)應(yīng)力簡支梁板在運行中大量出現(xiàn)底板、腹板裂縫，承載能力下降。9 有效預(yù)應(yīng)力偏小，預(yù)應(yīng)力度不足，結(jié)構(gòu)過早出現(xiàn)裂縫，下?lián)铣蕖?有效預(yù)應(yīng)力偏大，可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋安全儲備不足，結(jié)構(gòu)過大變形或裂紋，甚至脆性破壞。 有效預(yù)應(yīng)力精度不夠10重力活載作用結(jié)構(gòu)下?lián)?/p>

3、開裂施加預(yù)應(yīng)力使梁體上拱實際運營中受組合作用11 概念：孔道內(nèi)各絞線受力不均勻和同一斷面各孔道受力不均。 有效預(yù)應(yīng)力不均勻?qū)?dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋的早期疲勞，危及橋梁使用壽命。有效預(yù)應(yīng)力大的鋼筋承受了本應(yīng)該所有預(yù)應(yīng)力筋承受的力，這樣有效預(yù)應(yīng)力大的鋼筋在使用階段逐漸屈服，梁體也隨之下?lián)稀?有效預(yù)應(yīng)力不均勻度大12原因二：孔道壓漿不密實1、壓漿工藝不能保證管道充盈；2、漿液質(zhì)量差，水膠比大，泌水；3、管道堵塞。13電化學(xué)腐蝕壞蛆效應(yīng)應(yīng)力腐蝕承載能力下降甚至散失銹蝕14 張拉導(dǎo)致碳晶體重新分布，晶體間隙變大，空氣和水極易進入，引起鋼絞線銹蝕，是為應(yīng)力腐蝕。一旦發(fā)生銹蝕，銹蝕速度約是非應(yīng)力狀態(tài)下的6倍。原電池反

4、應(yīng)15電化學(xué)腐蝕，空氣和水，氧化還原反應(yīng)。原因三：預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病 預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量通病主要體現(xiàn)在：張拉強度和時間失控；斷絲、滑絲；錨下開裂、下陷；絞線在孔道內(nèi)纏繞；多穿或少穿絞線；錨夾具質(zhì)量差；砼質(zhì)量、材料質(zhì)量等問題。 有問題并不可怕，可怕的是這些問題被隱瞞，將給結(jié)構(gòu)留下了很大質(zhì)量、安全隱患。這些原因?qū)е铝宋覀兊臉蛄喝绱恕岸堂焙汀按嗳酢?，給我們留下了一個難題。？如何讓中國橋梁更安全18 據(jù)此，2011年，由交通運輸部公路科學(xué)研究院、交通運輸部工程質(zhì)量監(jiān)督局牽頭，湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司參加的西部科技項目公路工程質(zhì)量安全過程控制智能化與遠程監(jiān)控技術(shù)研究將智能張拉和壓漿技術(shù)作為子課題進行深入研

5、究，研發(fā)預(yù)應(yīng)力張拉與壓漿智能化成套技術(shù)，提高橋梁安全性和耐久性。 2012年5月20日，課題成果在昆明通過了由交通部組織科學(xué)技術(shù)成果鑒定，成果被認定為“國際先進水平”。 2014年5月，鐵路總公司委托中國鐵道科學(xué)研究院、湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司、鄭徐鐵路客運專線有限公司等相關(guān)單位進行鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力自動張拉系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究。 目前， 專項課題研究已經(jīng)取得初步成果并得到總公司領(lǐng)導(dǎo)大力支持和高度認可。結(jié)合課題研究成果，課題組正在編制鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力自動張拉技術(shù)條件和驗收標(biāo)準(zhǔn)，下一步將在全路范圍進行推廣應(yīng)用。同時，制定基于梁場的預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量數(shù)據(jù)接入總公司bim平臺的解決方案。2.預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)2.

6、1 傳統(tǒng)張拉工藝壓力表讀取張拉力手動驅(qū)動油泵鋼尺測量伸長值人工記錄張拉數(shù)據(jù) 22 通過大量的預(yù)應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的張拉工藝存在如下主要問題：伸長值測量不及時不準(zhǔn)確張拉力誤差過大，10%張拉過程不規(guī)范，損失大人工記錄，隱患被掩蓋 施工過程存在安全隱患23 最新公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（jtg/tf50-2011)關(guān)于預(yù)應(yīng)力張拉施工與舊規(guī)范的區(qū)別:1、對張拉控制應(yīng)力的精度提出了具體要求（第、對張拉控制應(yīng)力的精度提出了具體要求（第7.12.2條第條第2款，款，1.5）；）；2、對對稱同步張拉工況張拉力提出了允許誤差要、對對稱同步張拉工況張拉力提出了允許誤差要求（見第求（見第7.12.2條第條第1

7、款，款，2）；）；3、注重結(jié)構(gòu)建立合格的有效預(yù)應(yīng)力，對有效預(yù)應(yīng)、注重結(jié)構(gòu)建立合格的有效預(yù)應(yīng)力，對有效預(yù)應(yīng)力偏差提出了具體要求（見第力偏差提出了具體要求（見第7.12.2條第條第3款，款，5；第；第7.6.3條第條第2款）；款）；4、延長了錨固持荷時間，由以前的、延長了錨固持荷時間，由以前的2分鐘延長到分鐘延長到5分鐘（見第分鐘（見第7.12.2條第條第2款）；款）；5、重視有效預(yù)應(yīng)力的均勻度，強調(diào)采用梳編整體、重視有效預(yù)應(yīng)力的均勻度，強調(diào)采用梳編整體穿束工藝防止鋼絞線纏繞。（見第穿束工藝防止鋼絞線纏繞。（見第7.12.2條第條第3款；款；第第7.2.7條；第條；第7.8.3條第條第2款）款）2

8、4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)概要工作原理 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)是指采用計算機、通信、控制、液壓等現(xiàn)代技術(shù)對預(yù)應(yīng)力整個張拉過程進行控制，不受人為因素干擾，全過程按規(guī)范要求自動完成的預(yù)應(yīng)力張拉工藝。 其中預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)以張拉力控制為主，伸長量誤差為校對指標(biāo)。26 系統(tǒng)能精確控制施加的預(yù)應(yīng)力力值，將誤差范圍由傳統(tǒng)張拉的10縮小到1。（2011版橋涵施工技術(shù)規(guī)范7.12.2 第2款規(guī)定“張拉力控制應(yīng)力的精度宜為1.5”該系統(tǒng)具有兩個獨立的力值測量系統(tǒng)，能夠相互矯正，保證測力精度）（1）、精確施加張拉控制應(yīng)力（2）、實時校核伸長值誤差 智能系統(tǒng)可實時采集鋼絞線伸長量，自動計算伸長量，及時校核

9、實際伸長量與理論伸長值偏差是否在6%范圍內(nèi)，實現(xiàn)應(yīng)力與伸長量同步“雙控”。 （規(guī)范規(guī)定“實際伸長值與理論伸長值的偏差應(yīng)控制在6%以內(nèi))（3）、精確實現(xiàn)多頂同步張拉 一臺計算機控制兩臺或多臺千斤頂同時、同步對稱張拉，實現(xiàn)“多頂同步張拉”工藝。（規(guī)范規(guī)定“各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為2）（4）、消除張拉過程中預(yù)應(yīng)力損失 張拉程序智能控制，不受人為、環(huán)境因素影響；停頓點、加載、卸載速率、持荷時間等張拉過程要素完全符合橋梁設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范要求。（規(guī)范規(guī)定持荷時間為5分鐘）最大限度減少了張拉過程的預(yù)應(yīng)力損失。 張拉過程再現(xiàn)，張拉加載力、伸長量、加載速率、停頓點、張拉過程再現(xiàn)，張拉加載力、伸長量、

10、加載速率、停頓點、持荷時間等張拉要素真實記錄，一覽無余，永久追溯。持荷時間等張拉要素真實記錄，一覽無余，永久追溯。 （5）、精確智能錨固功能 張拉結(jié)束后，緩慢卸載，自動測量錨固回縮值，計算預(yù)應(yīng)力損失。降低了傳統(tǒng)瞬間卸載帶來的一系列安全隱患，如滑絲、斷絲等風(fēng)險。（6）、遠距離施工質(zhì)量同步管理功能 預(yù)應(yīng)力張拉施工關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實時、在線、高標(biāo)準(zhǔn)控制。采用b/s架構(gòu)設(shè)計的數(shù)據(jù)平臺，用戶根據(jù)權(quán)限可隨時查看管理相應(yīng)的施工情況，及時動態(tài)掌握現(xiàn)場情況。 （7）、遠程故障診斷維護功能 核心部件采用工備結(jié)合設(shè)計模式，可遠程實時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)問題，提前解決問題，保障順利施工。 張拉力值、伸長值、伸長值誤

11、差、回縮值、同步率等關(guān)鍵數(shù)值在記錄表中均有記錄。減少了內(nèi)業(yè)整理資料的工序。（8）、自動生成張拉記錄表千斤頂類型介紹（1）、普通穿心式千斤頂（2）、自動上夾下夾前卡式千斤頂鋼索過度套工具錨工具夾片活塞桿缸筒（3）、前置式千斤頂39 技術(shù)經(jīng)濟比較表技術(shù)經(jīng)濟比較表比較內(nèi)容比較內(nèi)容傳統(tǒng)手工張拉傳統(tǒng)手工張拉智能張拉系統(tǒng)智能張拉系統(tǒng)1張拉力精度張拉力精度10%1%2自動補張拉自動補張拉無此功能無此功能張拉力下降張拉力下降1%時，錨固前自動時，錨固前自動補拉至規(guī)定值。補拉至規(guī)定值。3伸長量測量伸長量測量與校核與校核人工測量，不準(zhǔn)確，不及時，人工測量，不準(zhǔn)確，不及時，未能及時校核，未實現(xiàn)規(guī)范未能及時校核，未實

12、現(xiàn)規(guī)范規(guī)定規(guī)定“雙控雙控”自動測量，及時準(zhǔn)確，及時校自動測量，及時準(zhǔn)確，及時校核，與張拉力同步控制，實現(xiàn)核，與張拉力同步控制，實現(xiàn) 真正真正“雙控雙控”4對稱同步對稱同步人工控制，同步精度低，無人工控制，同步精度低，無法實現(xiàn)多頂對稱張拉法實現(xiàn)多頂對稱張拉同步精度達同步精度達2%，計算機控制，計算機控制實現(xiàn)多頂對稱同步張拉。實現(xiàn)多頂對稱同步張拉。 5加載速度與加載速度與持荷時間持荷時間隨意性大，加載過快，持荷隨意性大，加載過快，持荷時間過短時間過短按程序設(shè)定速度加載和持荷，按程序設(shè)定速度加載和持荷，排除人為影響排除人為影響6卸載錨固卸載錨固瞬時卸載，回縮時對夾片造瞬時卸載，回縮時對夾片造成沖擊，

13、回縮量大成沖擊，回縮量大可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量片，減少回縮量2.3 技術(shù)經(jīng)濟比較40 技術(shù)經(jīng)濟比較表技術(shù)經(jīng)濟比較表比較內(nèi)容比較內(nèi)容傳統(tǒng)手工張拉傳統(tǒng)手工張拉智能張拉系統(tǒng)智能張拉系統(tǒng)7回縮量測定回縮量測定無法準(zhǔn)確測定錨固后回縮量無法準(zhǔn)確測定錨固后回縮量可準(zhǔn)確測定實際回縮量可準(zhǔn)確測定實際回縮量8預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失張拉過程預(yù)應(yīng)力損失大張拉過程預(yù)應(yīng)力損失大由于張拉過程規(guī)范，損失小由于張拉過程規(guī)范，損失小9張拉記錄張拉記錄人工記錄，可信度低人工記錄，可信度低自動記錄，真實再現(xiàn)張拉過自動記錄，真實再現(xiàn)張拉過程程10安全保障安全保障邊張拉邊測量延伸量有人身邊張拉邊

14、測量延伸量有人身安全隱患安全隱患操作人員遠離非安全區(qū)域，操作人員遠離非安全區(qū)域，人身安全有保障人身安全有保障11質(zhì)量管理與遠質(zhì)量管理與遠程監(jiān)控程監(jiān)控真實質(zhì)量狀況難以掌握，缺真實質(zhì)量狀況難以掌握，缺乏有效的質(zhì)量控制手段乏有效的質(zhì)量控制手段便于質(zhì)量管理，質(zhì)量追溯，便于質(zhì)量管理，質(zhì)量追溯，提高管理水平、質(zhì)量水平，提高管理水平、質(zhì)量水平，實現(xiàn)質(zhì)量遠程監(jiān)控實現(xiàn)質(zhì)量遠程監(jiān)控12經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益張拉過程需要張拉過程需要6人同時作業(yè)人同時作業(yè)只需要只需要2人同時作業(yè)，一年節(jié)人同時作業(yè)，一年節(jié)約人工費用約人工費用20萬元左右萬元左右412.4 智能張拉應(yīng)用效果 從上圖可以看出，延伸量超過6的情況客觀存在，只是以

15、前沒有被發(fā)現(xiàn)，隨著加強施工管理，施工質(zhì)量得到了控制，趨勢向好，到3月底時，延伸量誤差基本控制在6（紅線）范圍內(nèi)，說明應(yīng)用智能張拉系統(tǒng)讓張拉質(zhì)量顯著提升。2月份好轉(zhuǎn)，月份好轉(zhuǎn)，3月底完全受控月底完全受控3.預(yù)應(yīng)力智能壓漿技術(shù)高度較大的高點出現(xiàn)空洞真空工藝明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝傾角處的先流現(xiàn)象無法克服真空負壓不易實現(xiàn)真空輔助壓漿工藝的缺點：44 最新公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（jtg/tf50-2011)關(guān)于預(yù)應(yīng)力孔道壓漿施工與舊規(guī)范的區(qū)別:1、將壓漿質(zhì)量問題提到了前所未有的高度，強調(diào)、將壓漿質(zhì)量問題提到了前所未有的高度，強調(diào)從壓漿材料從壓漿材料 、設(shè)備、工藝、組織管理等方面全面提、設(shè)備、工藝、組織管理等方面

16、全面提升來保證壓漿密實度。升來保證壓漿密實度。2、大幅度提出了對壓漿材料的質(zhì)量要求，并要求、大幅度提出了對壓漿材料的質(zhì)量要求，并要求采用專用壓漿料或?qū)Ｓ脡簼{劑。概括起來就是：采用專用壓漿料或?qū)Ｓ脡簼{劑。概括起來就是：“低水膠比、高流動度、零泌水率低水膠比、高流動度、零泌水率”。（見第。（見第7.9.2和和7.9.3條）條）3、對拌漿和壓漿設(shè)備提出了更高的要求（見第、對拌漿和壓漿設(shè)備提出了更高的要求（見第7.9.4條）條） 橋涵施工技術(shù)規(guī)范，將壓漿質(zhì)量提高到了 前所未有 的高度。從4個方面來保證壓漿密實度： 合理的壓漿設(shè)備 高性能壓漿材料 先進的壓漿工藝 精細的施工管理 工作原理： 循環(huán)智能壓漿

17、系統(tǒng)由系統(tǒng)主機、測控系統(tǒng)、循環(huán)壓漿系統(tǒng)組成。 通過帶壓力漿液在回路內(nèi)持續(xù)循環(huán)以排凈管道內(nèi)空氣，及時發(fā)現(xiàn)管道堵塞等情況，消除致壓漿不密實的因素。在管道進、出漿口設(shè)置精密傳感器實時進行壓力、流量與漿液水膠比等各個參數(shù)監(jiān)測。使孔道在規(guī)范要求的漿液質(zhì)量、壓力大小、穩(wěn)壓時間等重要指標(biāo)約束下完成壓漿過程，確保壓漿飽滿和密實。 主機判斷管道充盈的依據(jù)為進出漿口漿液體積是否大于孔道內(nèi)空隙體積，同時壓力差是否恒定來進行校核。（3）精確控制壓漿壓力和流量1）精確調(diào)節(jié)和保持灌漿壓力2）當(dāng)壓力差保持穩(wěn)定后，可判定管道充盈3）通過調(diào)節(jié)閥對流量和壓力進行自動調(diào)整4）持壓狀態(tài)下持續(xù)補充漿液 按施工配合比數(shù)量自動加水，準(zhǔn)確控

18、制加水量，從而保證水膠比符合要求。（2011版橋涵施工技術(shù)規(guī)范7.9.3條規(guī)定“漿液水膠比宜為0.260.28 ）（4）精確控制水膠比大小灌漿過程由計算機程序控制，不受人為因素影響，準(zhǔn)確計量加水量，實時監(jiān)測灌漿壓力、穩(wěn)壓時間、漿液溫度、環(huán)境溫度各個指標(biāo)，自動記錄，并打印報表。無線傳輸將數(shù)據(jù)實時反饋至相關(guān)部門，實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管道壓漿的遠程監(jiān)控。 （6）規(guī)范壓漿過程，實現(xiàn)遠程監(jiān)控50技術(shù)經(jīng)濟比較表技術(shù)經(jīng)濟比較表序號序號比較內(nèi)容比較內(nèi)容傳統(tǒng)壓漿傳統(tǒng)壓漿循環(huán)智能測控壓漿循環(huán)智能測控壓漿1排凈管道空氣排凈管道空氣普通壓漿靠漿液自流排氣，普通壓漿靠漿液自流排氣，真空輔助壓漿因封錨問題真空輔助壓漿因封錨問題難以

19、達到真正負壓難以達到真正負壓循環(huán)回路讓漿液在管道內(nèi)持循環(huán)回路讓漿液在管道內(nèi)持續(xù)循環(huán)以排凈管道內(nèi)空氣和續(xù)循環(huán)以排凈管道內(nèi)空氣和雜質(zhì)雜質(zhì)2壓力大小及穩(wěn)壓力大小及穩(wěn)壓時間控制壓時間控制較隨意，往往導(dǎo)致出漿口較隨意，往往導(dǎo)致出漿口沒壓力，致壓漿不密實沒壓力，致壓漿不密實自動調(diào)整壓力大小，以保證自動調(diào)整壓力大小，以保證全管路按規(guī)范要求的大小和全管路按規(guī)范要求的大小和時間持壓時間持壓3水膠比控制水膠比控制現(xiàn)場材料比控制不嚴(yán)，往現(xiàn)場材料比控制不嚴(yán)，往往通過加水改善流動性往通過加水改善流動性電腦自動加水，切實控制漿電腦自動加水，切實控制漿液性能水膠比液性能水膠比4測試管道實際測試管道實際壓力損失壓力損失無此功

20、能無此功能實時測試得到管道壓力損失實時測試得到管道壓力損失便于調(diào)整灌漿壓力便于調(diào)整灌漿壓力3.3 技術(shù)經(jīng)濟比較51技術(shù)經(jīng)濟比較表（續(xù)）技術(shù)經(jīng)濟比較表（續(xù)）序號序號比較內(nèi)容比較內(nèi)容傳統(tǒng)壓漿傳統(tǒng)壓漿大循環(huán)智能測控壓漿大循環(huán)智能測控壓漿5壓漿工藝壓漿工藝低進高出，壓漿過程不得低進高出，壓漿過程不得中斷，排氣孔要依次打開，中斷，排氣孔要依次打開，操作難度大操作難度大封閉循環(huán)回路解決這些難題，封閉循環(huán)回路解決這些難題，工藝簡單，易操作工藝簡單，易操作6工效工效一次壓一孔一次壓一孔兩孔同時壓注，工效提高一兩孔同時壓注，工效提高一倍倍7壓漿記錄壓漿記錄人工記錄，可信度低人工記錄，可信度低自動記錄，可真是再現(xiàn)整個自動記錄，可真是再現(xiàn)整個壓漿過程壓漿過程8質(zhì)量管理質(zhì)量管理真