橋梁預應力結結構張拉、壓壓漿

智能化化施工成套技技術湖南聯智橋隧隧技術有限公公司湖南省預應力力工程技術中中心主要內容容1.研究、研制背背景2.預應力智能張張拉技術3.預應力智能壓壓漿技術4.預應力遠程監監控技術5.智能張拉壓漿漿應用案例6.預應力智能技技術發展趨勢勢1.研究、研制背背景最近15年的橋梁安全全事故統計從1999年到2009年，10年間全國發生生的較大橋梁梁垮塌事件為為30起。2007年～2011年5年來，全國共共有37座橋梁垮塌，，其中13座在建橋梁發發生事故，共共致使182人喪生，177人受傷。平均均每年有7.4座“奪命橋””，即平均不不到兩個月就就會有一起事事故發生。橋橋梁事故逐年年增長。在在這這37座橋梁中有60%的橋齡不足20年，有些橋橋梁壽命還不不足12年，引起了全全國震驚。國內某大橋運運行僅10年后，主橋箱箱梁腹板開裂裂，中間三跨跨跨中底板橫橫向貫穿開裂裂，跨中下撓撓嚴重。大橋橋最終于2005年拆除。橋梁拆除后的的截面預應力管道壓壓漿質量存在在嚴重缺陷某橋爆破拆除除后的照片縱向主梁預應應力管道壓漿漿嚴重不飽滿滿，50%孔道鋼束完全全未被水泥漿漿包裹，30%孔道存在部分分空洞。某市二環路改改造工程某立立交橋拆除現現場-現澆連續箱梁梁拆除剖面圖圖對某大橋（主主跨7×96.0m預應力混凝土土箱梁）進行行檢測：每跨跨箱梁內腹板板存在裂縫，，共發現裂縫縫194條，裂縫寬度度大部分在0.1mm～0.5mm，裂縫長度在在0.3m～3.0m。與橋梁行車車方向夾角為為30°～60°。11結構受損橋梁垮塌產生結構裂縫縫鋼絞線銹蝕留下質量隱患患威脅橋梁安全全的關鍵因素素如下張拉質量差施工質量通病病壓漿不飽滿12原因一：預應應力張拉不合合格在使用的預應應力橋梁中發發現，有相當當數量的箱梁梁在頂板、腹腹板、底板、、橫隔板以及及齒塊等部位位出現了各種種不同形式的的裂縫，其中中箱梁腹板裂裂縫最為普遍遍和嚴重。13原因二：孔道道壓漿不密實實1、壓漿工藝不不能保證管道道充盈；2、漿液質量差差，水膠比大大，泌水；3、管道堵塞。。原因三：預應應力施工質量量通病預應力施工質質量通病主要要體現在：張張拉強度和時時間失控；斷斷絲、滑絲；；錨下開裂、、下陷；絞線線在孔道內纏纏繞；多穿或或少穿絞線；；錨夾具質量量差；砼質量量、材料質量量等問題。有問題并不可可怕，可怕的的是這些問題題被隱瞞，將將給結構留下下了很大質量量、安全隱患患。這些原因導致致了我們的橋橋梁如此“短命”和“脆弱”，給我們留下下了一個難題題。？？？如何讓讓中國橋梁更更安全16據此，2011年，由交通運運輸部公路科科學研究院、、交通運輸部部工程質量監監督局牽頭，，湖南聯智橋橋隧技術有限限公司參加的的西部科技項項目《公路工程質量量安全過程控控制智能化與與遠程監控技技術研究》將智能張拉和和壓漿技術作作為子課題進進行深入研究究，研發預應應力張拉與壓壓漿智能化成成套技術，提提高橋梁安全全性和耐久性性。2012年5月20日，課題成果在在昆明通過了了由交通部組組織科學技術術成果鑒定，，成果被認定為為“國際先進進水平”。2012年10月至2013年7月，中鐵一局局物貿公司與與湖南聯智橋橋隧在滬昆高高鐵進行鐵路路預應力橋梁梁智能張拉應應用課題研究究，得到了技技術中心領導導的高度重視視和支持并取取得階段性成成果。2014年5月，鐵路總公公司委托中國國鐵道科學研研究院、湖南南聯智橋隧技技術有限公司司、鄭徐鐵路路客運專線有有限公司等相相關單位進行行《鐵路橋梁預應應力自動張拉拉系統應用技技術研究》。目前，課題《鐵路橋梁預應應力自動張拉拉系統應用技技術研究》已經通過鐵路路總公司組織織的現場試驗驗評審，即將將結題。已完完成《鐵路橋梁預應應力自動張拉拉技術條件》的編制，正在在送審中。我我司正在搭建建BIM系統中的鐵路路橋梁預應力力自動張拉系系統模塊。2.預應力智能張張拉技術2.1傳統張拉工藝藝壓力表讀取張張拉力手動驅動油泵泵鋼尺測量伸長長值人工記錄張拉拉數據22通過大量的預預應力檢測數數據分析，發發現傳統的張張拉工藝存在在如下主要問問題：伸長值測量不不及時不準確確張拉力誤差過過大，±10%張拉過程不規規范，損失大大人工記錄，隱隱患被掩蓋施工過程存在在安全隱患23最新《公路橋涵施工工技術規范》（JTG/TF50-2011)關于預應力張張拉施工與舊舊規范的區別別:1、對張拉控制制應力的精度度提出了具體體要求（第7.12.2條第2款，±1.5％）；2、對對稱同步步張拉工況張張拉力提出了了允許誤差要要求（見第7.12.2條第1款，±2％）；3、注重結構建建立合格的有有效預應力，，對有效預應應力偏差提出出了具體要求求（見第7.12.2條第3款，±5％；第7.6.3條第2款）；4、延長了錨固固持荷時間，，由以前的2分鐘鐘延延長長到到5分鐘鐘（（見見第第7.12.2條第第2款））；；5、重重視視有有效效預預應應力力的的均均勻勻度度，，強強調調采采用用梳梳編編整整體體穿穿束束工工藝藝防防止止鋼鋼絞絞線線纏纏繞繞。。（（見見第第7.12.2條第第3款；；第第7.2.7條；；第第7.8.3條第第2款））24系統統結結構構圖圖2.2預應應力力智智能能張張拉拉技技術術概概要要預應應力力智智能能張張拉拉技技術術是是指指采采用用計計算算機機、、通通信信、、控控制制、、液液壓壓等等現現代代技技術術對對預預應應力力整整個個張張拉拉過過程程進進行行控控制制，，不受受人人為為因因素素干干擾擾，全全過過程程按按規規范范要要求求自動動完完成成的預預應應力力張張拉拉工工藝藝。。其其中中預預應應力力智智能能張張拉拉系系統統以以張張拉拉力力控控制制為為主主，，伸伸長長量量誤誤差差為為校校對對指指標標。。25系統統能能精精確確控控制制施施加加的的預預應應力力力力值值，，將將誤誤差差范范圍圍由由傳傳統統張張拉拉的的±10％縮縮小小到到±1％。。（2011版橋涵施施工技術術規范7.12.2第2款規定““張拉力力控制應應力的精精度宜為為±1.5％”該系系統具有有兩個獨獨立的力力值測量量系統，，能夠相相互矯正正，保證證測力精精度）（1）、精確確施加張張拉控制制應力張拉方式數據總量誤差1.5%以內數據個數（百分比%）誤差1.5%以外數據個數（百分比%）張拉力相對誤差均值張拉力相對誤差均方差傳統張拉602（3.3%）58（96.70%）4.68%1.32%智能張拉7272（100%）00.70%0.42%張拉力精精度對比比分析（2）、實時校核核伸長值值誤差智能系統統可實時時采集鋼鋼絞線伸伸長量，，自動計計算伸長長量，及及時校核核實際伸伸長量與與理論伸伸長值偏偏差是否否在±6%范圍內，，實現應應力與伸伸長量同同步“雙雙控”。。（規范規規定“實實際伸長長值與理理論伸長長值的偏偏差應控控制在±6%以內)伸長值準準確度對對比分析析數據總數（組）最大偏差（mm）最小偏差（mm）平均值（mm）均方差（mm）2641.50.00.480.39（3）、精確確實現多頂同步步張拉一臺計算算機控制制兩臺或或多臺千千斤頂同同時、同同步對稱稱張拉，，實現““多頂同同步張拉拉”工藝藝。（規范規規定“各各千斤頂頂之間同同步張拉拉力的允允許誤差差為±2％）（4）、消除除張拉過程程中預應應力損失失張拉程序序智能控控制，不不受人為為、環境境因素影影響；停停頓點、、加載、、卸載速速率、持持荷時間間等張拉拉過程要要素完全全符合橋橋梁設計計和施工工技術規規范要求求。（規范規規定持荷荷時間為為5分鐘）最最大限度度減少了了張拉過過程的預預應力損損失。張拉過程程再現，，張拉加加載力、、伸長量量、加載載速率、、停頓點點、持荷荷時間等等張拉要要素真實實記錄，，一覽無無余，永永久追溯溯。（5）、精確確智能錨錨固功能能張拉結束束后，緩緩慢卸載載，自動動測量錨錨固回縮縮值，計計算預應應力損失失。降低了傳傳統瞬間間卸載帶帶來的一一系列安安全隱患患，如滑滑絲、斷斷絲等風風險。（6）、遠距距離施工工質量同同步管理理功能預應力張張拉施工工關鍵數數據，實實時、在在線、高高標準控控制。采采用B/S架構設計計的數據據平臺，，用戶根根據權限限可隨時時查看管管理相應應的施工工情況，，及時動動態掌握握現場情情況。（7）、遠程程故障診診斷維護護功能核心部件件采用工工備結合合設計模模式，可可遠程實實時掌握握設備的的運行狀狀態，提提前發現現問題，，提前解解決問題題，保障障順利施施工。張拉力值值、伸長長值、伸伸長值誤誤差、回回縮值、、同步率率等關鍵鍵數值在在記錄表表中均有有記錄。。減少了了內業整整理資料料的工序序。（8）、自動生成成張拉記記錄表（9）、張拉拉設備自動進行行摩阻試試驗鐵路專用用張拉設設備具備備自動測測試孔道道摩阻試試驗的功功能。36技術經經濟比比較表表比較內容傳統手工張拉智能張拉系統1張拉力精度±10%±1%2自動補張拉無此功能張拉力下降1%時，錨固前自動補拉至規定值。3伸長量測量與校核人工測量，不準確，不及時，未能及時校核，未實現規范規定“雙控”自動測量，及時準確，及時校核，與張拉力同步控制，實現真正“雙控”4對稱同步人工控制，同步精度低，無法實現多頂對稱張拉同步精度達±2%，計算機控制實現多頂對稱同步張拉。5加載速度與持荷時間隨意性大，加載過快，持荷時間過短按程序設定速度加載和持荷，排除人為影響6卸載錨固瞬時卸載，回縮時對夾片造成沖擊，回縮量大可緩慢卸載，避免沖擊損傷夾片，減少回縮量2.3技術經經濟比比較37技術經經濟比比較表表比較內容傳統手工張拉智能張拉系統7回縮量測定無法準確測定錨固后回縮量可準確測定實際回縮量8預應力損失張拉過程預應力損失大由于張拉過程規范，損失小9張拉記錄人工記錄，可信度低自動記錄，真實再現張拉過程10安全保障邊張拉邊測量延伸量有人身安全隱患操作人員遠離非安全區域，人身安全有保障11質量管理與遠程監控真實質量狀況難以掌握，缺乏有效的質量控制手段便于質量管理，質量追溯，提高管理水平、質量水平，實現質量遠程監控12經濟效益張拉過程需要6人同時作業只需要2人同時作業，一年節約人工費用20萬元左右382.4智能張張拉應應用效效果從上圖圖可以以看出出，延延伸量量超過過±6％的情情況客客觀存存在，，只是是以前前沒有有被發發現，，隨著著加強強施工工管理理，施施工質質量得得到了了控制制，趨趨勢向向好，，到3月底時時，延延伸量量誤差差基本本控制制在±6％（紅線））范圍內，，說明應用用智能張拉拉系統讓張張拉質量顯顯著提升。。2月份好轉，，3月底完全受受控2.5橋梁維修同同步頂升技技術橋梁維修同同步頂升技技術橋梁維修同同步頂升技技術項目名稱項目內容項目難點系統優勢耒宜高速大修工程簡支空心板整體標高提升20-60cm1.同步頂升的高度較大，需循環頂升。2.空心板鉸縫為受力薄弱位置，如同步控制不精確，橋面很容易在此處開裂。1.同步位移控制精度0.5mm，全過程未發現橋面開裂。2.需多次抄墊，強大的適時存儲、數據回放功能保證了提升過程的順利進行。長韶婁高速支座更換工程6*30連續T梁、4*40連續T梁，4*20連續空心板支座更換橋面已經鋪裝瀝青混凝土，多孔連續梁，需一聯多跨同步頂升。發揮了主控設備和分控制器模塊化生產的優勢，多點布置、長距離同步控制。常德張家灘橋頂升加固工程6*30簡支T梁頂升更換支座對橋梁進行了簡支變連續等加固改造，支點受力發生變化但效果未知，施工工期較短，需盡早通車。1.發揮系統獨特的稱重功能，驗證了各點理論受力情況。按設計預想進行了頂升和墊石的加固改造。2.頂升過程在安全保障的前提下，對加載速率等參數進行了調整，加快了施工進度，7天就完成所有工程，開放了交通。LZ-TS-YD橋梁同步頂頂升項目代代表性案例例橋梁維修同同步頂升技技術2.6吊索智能張張拉和調索索技術吊索智能張張拉和調索索系統吊索智能張張拉和調索索技術吊索智能張張拉和調索索技術2.10錨下有效預預應力無損損檢測技術術在進行錨下下檢測的過過程中，發發現縱向預預應力質量量控制的較好，豎豎向預應力力、橫向預預應力質量量控制較差差。目前錨錨下有效預應應力無損檢檢測技術已已經在湖南南、陜西、、貴州、廣廣東等省大面面積應用。。錨下有效預預應力檢測測現場T梁錨下預應應力檢測：：錨下下預預應應力力為為1390kN，預應應力力損損失失11%豎向向預預應應力力錨錨固固不不可可靠靠橫向向預預應應力力漏漏張張拉拉漏張張拉拉檢檢測測曲曲線線2.11預制制梁梁片片靜靜載載試試驗驗我司司依依據據《TBT+2092-2003+預應應力力混混凝凝土土鐵鐵路路橋橋簡簡支支梁梁靜靜載載彎彎曲曲試試驗驗方法法及及評評定定標標準準》結合合智智能能張張拉拉技技術術與與同同步步頂頂升升技技術術，，研研制制開開發發了了預預制制梁梁片片靜載載試試驗驗系系統統。。其其依依據據規規范范設設定定力力值值進進行行加加載載。。3.預應應力力智智能能壓壓漿漿技技術術3.1傳統統壓壓漿漿工工藝藝壓漿泵進漿管攪拌器攪拌桶傳統統壓壓漿漿工工藝藝左端端進進右右端端出出拌制制設設備備不不合合格格壓漿漿泵泵動動力力不不穩穩53普通通壓壓漿漿工工藝藝真空空壓壓漿漿工工藝藝位于于梁梁底底部部的的兩兩根根管管位于于梁梁頂頂部部的的兩兩根根管管普通通壓壓漿漿工工藝藝真空空壓壓漿漿工工藝藝高度度較較大大的的高高點點出出現現空空洞洞真空空工工藝藝明明顯顯優優于于傳傳統統工工藝藝傾角處的先流流現象無法克克服真空負壓不易易實現真空輔助壓漿漿工藝的缺點點：54最新《公路橋涵施工工技術規范》（JTG/TF50-2011)關于預應力孔孔道壓漿施工工與舊規范的的區別:1、將壓漿質量量問題提到了了前所未有的的高度，強調調從壓漿材料料、設備、、工藝、組織織管理等方面面全面提升來來保證壓漿密密實度。2、大幅度提出出了對壓漿材材料的質量要要求，并要求求采用專用壓壓漿料或專用用壓漿劑。概概括起來就是是：“低水膠膠比、高流動動度、零泌水水率”。（見見第7.9.2和7.9.3條）3、對拌漿和壓壓漿設備提出出了更高的要要求（見第7.9.4條）橋涵施工技術術規范，將壓壓漿質量提高高到了前所未有的高度。從4個方面來保證證壓漿密實度度：合理理的的壓壓漿漿設設備備高性性能能壓壓漿漿材材料料先進進的的壓壓漿漿工工藝藝精細細的的施施工工管管理理56系統統結結構構圖圖3.2循環環智智能能壓壓漿漿技技術術概概要要結合合工工程程實實際際，，湖湖南南聯聯智智橋橋隧隧技技術術有有限限公公司司自自主主研研發發了了循循環環智智能能壓壓漿漿系系統統。。工作原理：循環智能壓漿漿系統由系統統主機、測控控系統、循環環壓漿系統組組成。通過帶壓力漿液在在回路內持續續循環以排凈管道內內空氣，及時時發現管道堵堵塞等情況，，消除致壓漿漿不密實的因因素。在管道道進、出漿口口設置精密傳傳感器實時進進行壓力、流流量與漿液水水膠比等各個個參數監測。。使孔道在規規范要求的漿漿液質量、壓壓力大小、穩穩壓時間等重重要指標約束束下完成壓漿漿過程，確保保壓漿飽滿和和密實。主機判斷管道道充盈的依據據為進出漿口漿漿液體積是否否大于孔道內內空隙體積，，同時壓力差差是否恒定來來進行校核。（1）漿液帶壓持持續循環，排排除管道空氣氣和雜質氣泡排出（2）一次壓漿雙雙孔，工效提提高1倍循環回路出漿口進漿口（3）精確控制壓壓漿壓力和流流量1）精確調節和和保持灌漿壓壓力2）當壓力差保保持穩定后，，可判定管道道充盈3）通過調節閥閥對流量和壓壓力進行自動動調整4）持壓狀態下下持續補充漿漿液按施工配合比比數量自動加加水，準確控控制加水量，，從而保證水水膠比符合要要求。（2011版橋涵施工技技術規范7.9.3條規定“漿液液水膠比宜為為0.26～0.28）（4）精確控制水水膠比大小采用高速制漿漿機，將水泥泥、壓漿劑和和水進行高速速攪拌，其轉轉速為1420r/min，葉片線速度度>10m/s，能完全滿足足規范要求。。（2011版橋涵施工技技術規范7.9.4條規定“攪拌拌機的轉速應應不低于1000r/min,其葉片的線速速度不宜小于于10m/s。）（5）保證漿液攪攪拌質量壓漿完成后出出漿口灌漿過程由計計算機程序控控制，不受人人為因素影響響，準確計量量加水量，實實時監測灌漿漿壓力、穩壓壓時間、漿液液溫度、環境境溫度各個指指標，自動記記錄，并打印印報表。無線線傳輸將數據據實時反饋至至相關部門，，實現預應力力管道壓漿的的遠程監控。。（6）規范壓漿漿過程，實實現遠程監監控64山西某高速速箱梁預應應力管道截面壓壓漿密實度度對比左4孔智能壓漿漿右4孔傳統壓漿漿3.3智能壓漿應應用效果65鐵絲插入從以上測量可知：傳統壓漿梁孔道空隙深度約為：

2.5m+0.5m=3m管道內空隙隙深度測量量66湖北某高速試驗過程及結果67傳統工藝循環工藝某廠設備聯智工藝循環工藝聯智工藝從以上測量可知：傳統壓漿梁孔道空隙深度約為：

0.5m+0.4m=0.9m在全國范圍圍內進行切切梁試驗的的省份不少少于15個，試驗結結果都表明明循環智能能壓漿的效效果明顯由由于其他單單孔智能壓壓漿方式，，智能壓漿漿又都較非非智能壓漿漿效果好。。其他地方方照片不再再一一列舉舉。目前前采采用用的的智智能能控控制制技技術術，，對對于于預預制制梁梁具具有有很很高高的的保保證證率率，，而而對對于于連連續續梁梁、、連連續續鋼鋼構構保保證證率率較較低低，，應應加加強強事事中中和和工工后后檢檢測測。。3.4孔道道壓壓漿漿密密實實的的無無損損檢檢測測技技術術關鍵鍵控控制制點點（（波波峰峰位位置置進進行行檢檢測測））事事中中檢檢測測充填填度度測測試試（（等等效效波波速速法法））缺陷陷定定位位測測試試及及缺缺陷陷類類型型識識別別當出出現現灌灌漿漿不不密密實實時時：：通過過該該區區域域的的彈彈性性波波波波速速會會出出現現下下降降在缺缺陷陷處處會會產產生生反反射射DHAADHDHAA11A21b1b2工后后檢檢測測3.5預應應力力孔孔道道專專用用壓壓漿漿材材料料現有有壓壓漿漿材材料料存存在在的的問問題題：：（1）漿漿液液的的質質量量穩穩定定性性和和流流動動性性差差、、流流動動度度損損失快快、、體體積積穩穩定定性性不不良良；；（2）新新拌拌漿漿液液泌泌水水率率大大、、易易離離析析分分層層、、使使孔孔道道內很很難難形形成成飽飽滿滿狀狀態態；；（3）硬硬化化后后的的漿漿體體不不密密實實、、空空隙隙多多。。新研研制制的的預預應應力力孔孔道道專專用用壓壓漿漿料料的的主主要要優優點點：：（1）實實現現了了規規范范要要求求的的低低水水膠膠比比，，低低至至0.27。（2）實實現現了了規規范范要要求求的的高高流流動動度度，，漿漿體體的的出出機機流流動動度度可可達達10s，30min后流動度度仍在18s以內，60min后流動度度仍保持持在25s以內。（3）實現了了零泌水水率，漿漿體3h、24h自由泌水水率和3h鋼絲間泌泌水率均均為0。（4）保證了了微膨脹脹性，3h產生0.2%的自由膨膨脹。（5）其他指指標均能能通過國國標、行行業標準準的檢驗驗。4.智能張拉拉及壓漿漿系統遠遠程監控控技術4、預應力力施工質質量遠程程監控系系統遠程監控控系統實實現了預預應力施施工關鍵鍵工序關關鍵參數數的實時、在在線、高高標準控控制。參建各各方可實實時跟蹤蹤、遠程程控制。。“實時跟跟蹤、及及時預警警、及時時糾錯””。遠程監控控系統功功能特點點參加各方方連成有有機整體體遠程質量量跟蹤、、信息預預警實現信信息化化管理理，提提高效效率建立區區域性性質量量監管管網絡絡可針對對特定定集團團用戶戶進行行單獨獨定制制開發發5.智能張張拉壓壓漿應應用案案例80目前已已在港港珠澳澳大橋橋、中中朝鴨鴨綠江江大橋橋、湖湖南多多條高高速公公路、、湖北省省十房房高速速公路路、古古竹高高速公公路、、福建建省建建泰高高速公公路、、江西西省吉吉蓮高高速公公路、、撫吉吉高速速公路路、甘甘肅省省雷西西、成成武高