桥梁预应力施工智能化成套安全技术及方案

1、1湖南联智桥隧技术有限公司 2013年1月桥梁预应力施工智能化成套安全技术及方案2 7月15日，通车仅14年钱塘江三桥引桥塌了. 7月14日，建成不到12年的武夷山公馆大桥垮了， 7月11日，建于1997年的盐城通榆河大桥坍塌，3 国内某竣工于1994年的三索面独塔斜拉桥,曾为交通部85科技攻关项目，设计使用寿命为50年，2011年12月，该桥被爆破拆除4纵向主梁切片照片5纵向主梁预应力管道压浆严重不饱满，50%孔道钢束完全未被水泥浆包裹，30%孔道存在部分空洞。6某施工单位将一片存在裂缝的T梁准备进行架设安装7大桥“偶然垮塌”，只怕会此起彼伏超载究竟是“元凶” ?还是压死骆驼的“最后一根草”

2、？82.内因：预应力不合格压浆不饱满施工质量通病环境因素1.外因轴重增加车辆超载危害桥梁安全的原因9内因一：预应力张拉质量不合格有效预应力偏小，预应力度不足，结构过早出现裂缝，下挠超限。有效预应力偏大，可能导致预应力筋安全储备不足，结构过大变形或裂纹，甚至脆性破坏。有效预应力不均匀，将导致预应力筋的早期疲劳，危及桥梁使用寿命。101、施加张拉力不准确。2、张拉过程中预应力的损失过大预应力钢筋与管道壁间摩擦引起的应力损失；锚具变形、预应力筋回缩和接缝压缩引起的应力损失；弹性压缩引起的应力损失；预应力筋松弛引起的应力损失；混凝土收缩和徐变引起的应力损失。 损失程度与张拉过程是否规范有关。 不合格的

3、主要原因11不能保护预应力筋免遭锈蚀，不能保证结构物的耐久性。预应力筋在高应力状态下更易锈蚀不能预应力筋通过灰浆与周围混凝土结成整体，不能增加锚固的可靠性，不能提高结构的抗裂性和承载能力。灌入孔道的水泥浆，既包裹预应力筋，又接触孔道壁，把预应力筋和孔道壁粘结起来，共同作用。内因二：管道压浆不密实（约是普通状态下的6倍);12 国内某大桥运行仅10年后，主桥箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂，跨中下挠严重。大桥最终于2005年拆除。13管道压浆不饱满危桥拆除：预应力管道压浆缺陷14 预应力管道压浆不密实将严重影响结构的耐久性，使得桥梁结构可能在毫无征兆的情况下突然坍塌。1985年2月1日

4、，英国威尔士的Ynys-Gwas桥在正常使用阶段、在没有受到任何外在冲击、在毫无征兆的情况下突然倒塌，引起人们对灌浆质量的重视，必须重新审视预应力桥梁的孔道灌浆问题。曾于1992年9月发布紧急通知，由于后张法预应力体系在压浆方法上不能确保其安全性，在安全性得不到保证之前，英国不得使用压浆的后张法预应力结构。 15 孔道压浆不密实主要原因：1、管道堵塞，压浆过程不规范；2、浆液质量差，水胶比大，泌水；3、压浆工艺不能保证管道充盈。16内因三：预应力施工质量通病 预应力施工质量通病主要体现在：断丝、滑丝；锚下开裂、下陷；张拉强度和时间失控；锚夹具质量差；绞线在孔道内缠绕；多穿或少穿绞线；砼质量、材

5、料质量问题。 有问题并不可怕，可怕的是这些问题被隐瞒，将给结构留下了很大质量、安全隐患。17结构受损桥梁垮塌预应力不合格钢绞线锈蚀留下质量隐患18 在桥梁的安全耐久性方面： 目前的现状是桥愈修愈多、愈修愈大，但桥梁的使用寿命却愈来愈短。据统计20072011年五年内，全国共有37座桥梁垮塌，平均每年有7.4座桥梁垮塌。其中13座在建桥梁发生事故，致使182人丧生，177人受伤，在这37座桥梁中有60%的桥龄不足20年 ，特别是2011年七月份不到十天时间内连续跨了4座桥，有些桥梁寿命还不足12年，引起了全国震惊。 19如何让中国桥梁更安全？20梳编穿束工艺智能张拉技术循环智能压浆工艺预应力孔道

6、专用压浆剂张拉压浆远程监控系统成套技术解决方案21梳编穿束不当会严重影响各绞线受力的均匀性 1、 钢绞线梳编穿束工艺22梳编穿束工艺现场培训23钢绞线和锚具编号24梳束25整束穿束26安放工作锚现场27 采用梳编穿束工艺，在熟练掌握后不仅不会耽误工期，还能大大提高工作效率。282、预应力智能张拉技术 预应力智能张拉工艺是指采用计算机、通信、控制、液压等先进技术对预应力整个张拉过程进行控制，不受人为因素干扰，不需要进行人工开泵，人工测量的预应力张拉工艺。 其中预应力智能张拉系统以张拉力控制为主，伸长量误差为校对指标。29 桥梁预应力传统张拉工艺的特点：可概括为:1、人工手动驱动油泵;2、根据压力

7、表读数控制张拉力;3、待压力表读数达到预定值时，用钢尺人工测量张拉伸长值;4、人工记录张拉数据。 3031 通过对1200多片简支梁和七座连续刚构梁桥的预应力检测数据分析，传统张拉工艺存在如下主要问题：1、 张拉力控制误差过大,达10%；2、绞线伸长值测量不及时、准确，未能实现 张拉力和伸长值的双重同步控制；3、张拉过程很不规范,预应力损失大；4、 两端对称张拉不同步,结构受力不均；5、 人工记录数据，质量隐患被掩盖； 6、 施工过程存在人身安全隐患。32人工测量伸长值，存在安全隐患33系统结构图智能张拉技术概要34智能张拉仪张拉系统控制平台智能千斤顶35 主要研究成果及技术特点 精确施加应力

8、 系统能精确控制施加的预应力力值，将误差范围由传统张拉的10缩小到1。（2011版桥涵施工技术规范7.12.2 第2款规定“张拉力控制应力的精度宜为1.5”） 及时校核伸长量，实现“双控” 实时采集钢绞线伸长量，自动计算伸长量，及时校核伸长量是否在6%范围内，实现应力与伸长量同步“双控”。 对称同步张拉 一台计算机控制两台或多台千斤顶同时、同步对称张拉，实现“多顶同步张拉”工艺。（规范7.12.2 第1款规定“各千斤顶之间同步张拉力的允许误差为2） 3636伸长量校核张拉力控制 张拉力精确控制、同步控制，伸长量校核。 同步控制37 4顶同步对称张拉，应用于箱梁、连续刚构等结构。 38 智能控制

9、张拉过程，减少预应力损失 张拉程序智能控制，不受人为、环境因素影响；停顿点、加载速率、持荷时间、卸载速率等张拉过程要素完全符合桥梁设计和施工技术规范要求。（规范规定持荷时间为5分钟）最大限度减少了张拉过程中的预应力损失。 质量管理和远程监控功能 可实现质量远程监控，张拉过程真实记录，真实掌握质量状况，质量责任永久追溯。39 现场拍照，确保监理、施工人员到位，实现远程监控管理。40 技术经济比较表比较内容传统手工张拉智能张拉系统1张拉力精度10%1%2自动补张拉无此功能张拉力下降1%时，锚固前自动补拉至规定值。3伸长量测量与校核人工测量，不准确，不及时，未能及时校核，未实现规范规定“双控”自动测

10、量，及时准确，及时校核，与张拉力同步控制，实现 真正“双控”4对称同步人工控制，同步精度低，无法实现多顶对称张拉同步精度达2%，计算机控制实现多顶对称同步张拉。 5加载速度与持荷时间随意性大，加载过快，持荷时间过短按程序设定速度加载和持荷，排除人为影响6卸载锚固瞬时卸载，回缩时对夹片造成冲击，回缩量大可缓慢卸载，避免冲击损伤夹片，减少回缩量 智能张拉与传统张拉之比较41 技术经济比较表比较内容传统手工张拉智能张拉系统7回缩量测定无法准确测定锚固后回缩量可准确测定实际回缩量8预应力损失张拉过程预应力损失大由于张拉过程规范，损失小9张拉记录人工记录，可信度低自动记录，真实再现张拉过程10安全保障边

11、张拉边测量延伸量有人身安全隐患操作人员远离非安全区域，人身安全有保障11质量管理与远程监控真实质量状况难以掌握，缺乏有效的质量控制手段便于质量管理，质量追溯，提高管理水平、质量水平，实现质量远程监控12经济效益张拉过程需要4人同时作业只需要2人同时作业，一年节约人工费用12万元423、循环智能压浆工艺 预应力智能张拉技术有力地保证了预应力张拉施工质量。 然而再好的张拉技术也必须在管道压浆密实的条件下才能保证结构的耐久性。 张拉质量 + 压浆质量 桥梁安全、耐久432011版公路桥涵施工技术规范：将压浆质量提高到了前所未有的高度。 从4个方面来保证压浆密实度：1、对压浆材料提出严格的技术要求；

12、“低水胶比、高流动度、零泌水率”。2、采用合理的压浆设备；3、采用先进的压浆工艺；4、精细的施工组织管理。44循环智能压浆工艺解决了2、3、4项的问题。循环智能压浆工艺是采用浆液循环方式带出管道内空气和杂质，利用计算机、通信、传感、控制等技术对压浆过程中材料水胶比、灌浆压力和持压时间等进行控制的灌浆工艺。45系统结构图46压浆现场47主要技术特点浆液满管路持续循环排除管道内空气 管道内浆液从出浆口导流至储浆桶，再从进浆口泵入管道，形成大循环回路。浆液在管道内持续循环，通过调整压力和流量，将管道内空气通过出浆口和钢绞线丝间空隙完全排出，还可带出孔道内残留杂质。气泡排出48准确控制压力，调节流量（

13、1）精确调节和保持灌浆压力 自动实测管道压力损失，以出浆口满足规范最低压力值来设置灌浆压力值，保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低压力值。关闭出浆口后长时间内保持不低于0.5MPa的压力。（2011版桥涵施工技术规范7.9.8条规定“对水平或曲线管道，压浆压力宜为0.5 0.7MPa关闭出浆口后宜保持一个不小于0.5MPa的稳压期35min ）（2）当进、出浆口压力差保持稳定后，可判定管道充盈。（3）通过进出口调节阀对流量和压力大小进行调整。准确控制水胶比按施工配合比数量自动加水，准确控制加水量，从而保证水胶比符合要求。（2011版桥涵施工技术规范7.9.3条规定“浆液水胶比宜为0.2

14、60.28 ）49 一次压注双孔，提高工效对于跨径50m内的预制梁，单孔长度小于70m的预应力管道均可双孔同时压浆，从位置较低的一孔压入，从位置较高的一孔压出回流至储浆桶，节约劳动力，提高工效100%。循环回路出浆口进浆口50实现高速制浆，提高浆液质量系统采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1420r/min，叶片线速度10m/s，能完全满足规范要求。（2011版桥涵施工技术规范7.9.4条规定“搅拌机的转速应不低于1000 r/min,其叶片的线速度不宜小于10m/s。） 压浆完成后出浆口51规范压浆过程，实现远程监控灌浆过程由计算机程序控制，不受人为因素影响，准确计量加

15、水量，实时监测灌浆压力、稳压时间、浆液温度、环境温度各个指标，自动记录，并打印报表。无线传输将数据实时反馈至相关部门，实现预应力管道压浆的远程监控。 52系统集成度高，简单适用 系统将高速制浆机、储浆桶、进浆测控仪、返浆测控仪、压浆泵集成于一体，现场使用只须将进浆管、返浆管与预应力管道对接，即可进行压浆施工。操作十分简单，适用于各种结构的管道压浆。53湖南通平高速管道截面压浆密实度对比 54山西苛临高速箱梁预应力管道截面压浆密实度对比 左4孔智能压浆右4孔传统压浆55智能压浆传统压浆56铁丝插入从以上测量可知：传统压浆梁孔道空隙深度约为： 2.5m+0.5m=3m管道内空隙深度测量 57技术经

16、济比较表序号比较内容传统压浆大循环智能测控压浆1排净管道空气普通压浆靠浆液自流排气，真空辅助压浆因封锚问题难以达到真正负压大循环回路让浆液在管道内持续循环以排净管道内空气2压力大小及稳压时间控制较随意，往往导致出浆口没压力，致压浆不密实自动调整压力大小，以保证全管路按规范要求的大小和时间持压、稳压3水胶比控制现场材料比控制不严，往往通过加水改善流动性电脑自动加水，切实控制浆液性能水胶比4测试管道实际压力损失无此功能实时测试得到管道压力损失便于调整灌浆压力58技术经济比较表（续）序号比较内容传统压浆大循环智能测控压浆5压浆工艺低进高出，压浆过程不的中断，排气孔要依次打开，操作难度大封闭循环回路解

17、决这些难题，工艺简单，易操作6工效一次压一孔两孔同时压注，工效提高一倍7压浆记录人工记录，可信度低自动记录，可真是再现整个压浆过程8质量管理真实质量状况难以掌握，压浆密实与否难以查验可进行质量追溯，还原压浆全过程，提高管理水平9经济效益采用高性能压浆剂，一个梁场500片梁计算，需增加材料费用70万元不依赖高性能材料，节约材料费用40万元，提高工效100，节省人工50594 、预应力孔道专用压浆剂 目前，预应力孔道压浆所使用的传统压浆材料在纯水泥浆中掺配压浆剂。但传统管道灌浆存在以下严重问题：（1）浆液质量稳定性不好、流动性低、流动性损失快、体积不稳定；（2）新拌浆液泌水率大、易离析分层、孔道压

18、浆难成饱满状态；（3）硬化后浆液不密实、空隙多；60预应力孔道专用压浆剂（LZY01）具有以下特点：低水胶比水胶比为0.260.28。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定水胶比应为0.260.28）；高流动度浆体的出机流动度可达10s，30min后流动度仍在18s以内，60min后流动度仍保持在25s以内。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定初始流动度为1017s，30min流动度应为1020s,60min流动度应为1025s）；61零

19、泌水率浆体3h、24h自由泌水率和3h钢丝间泌水率均为0。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定浆体3h、24h自由泌水率和3h钢丝间泌水率均为0）；微膨胀 3h产生02%的自由膨胀。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定浆体3h自由膨胀率为02%）；较好的凝结时间 初凝6h，终凝24h。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定浆液初凝5h，终凝24h ）；62早强

20、高强 1d抗压强度25MPa，28d抗压强度60MPa。（公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）第7.9.3条表7.9.3后张预应力孔道压浆浆液性能指标中规定3d抗压强度20MPa，28d抗压强度50MPa）；专配定制 /标准袋重可以根据客户购买的水泥，要求使用的水胶比和浆液其他性能进行专配，得出与客户现场使用水泥、水胶比、及其他浆液性能要求相符合的专配压浆剂。63表1 同国内某品牌压浆剂的性能比较表序号检验项目单位规范指标LZY01国内某品牌单项结论1水胶比0.260.280.270.27合格2凝结时间初凝h510.79.4合格终凝h2412.510.6合格3流动度初始s101

21、714.416.4合格30mins102014.617.6合格60mins102514.918.7合格4泌水率24h自由泌水率%000合格3h钢丝间泌水率%000合格5压力泌水率0.22MPa%孔道垂直高度1.8m时2.00.9未检合格0.36MPa%孔道垂直高度1.8m时2.01.2未检合格6自由膨胀率3h%020.21合格24h%030.21合格7充盈度合格合格合格合格8抗压强度3dMPa2061.957.6合格7dMPa4087.564.6合格28dMPa50未检71.6合格9抗折强度3dMPa510.111.4合格7dMPa613.217.2合格28dMPa10未检18.8合格10对钢

22、筋的锈蚀作用无锈蚀无锈蚀无锈蚀合格从上表可知，两种产品的技术参数均符合规范要求，同为优质压浆剂，LZY01流动性能更佳，在进行长管道和超长管道压浆方面具有明显的优势。646.5 判定规则序号项目性能指标常规检验项目及频次出厂检验项目及频次型式检验项目及频次1凝结时间（h）初凝5每班产量且不大于3t压浆剂或正常生产每小时出料量(同材料、同品种、同配方、同生产工艺）每批产量且不大于30t压浆剂(同材料、同品种、同配方、同生产工艺）6.3.2规定的情况终凝202流动度（25）（s）初始流动度101630min流动度101960min流动度10243泌水率（%）24h自由泌水率03h钢丝间泌水率04压

23、力泌水率（%）0.22MPa1.80.36MPa1.85自由膨胀率（%）3h0224h026充盈度合格7抗压强度（MPa）3d357d4028d508对钢筋的锈蚀作用无锈蚀9含气量（%）（有抗冻要求时）1310氯离子含量0.0411抗折强度（MPa）3d67d828d10表6.1 压浆剂检验项目、性能要求、检验频次预应力孔道专用压浆剂企业标准65对浆液初始流动度的3个影响及检测方法流动度检测ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.搅拌机转速经过实验分析：压浆机转

24、速达1400r/min，能够达到浆液最佳流动度的要求。温 度 通过实验分析：压浆温度控制在1828是最理想的，当温度高于35时，压浆宜在夜间进行。压浆材料性能实验66温度对浆液初始流动度的影响 浆体的流动度随着温度的升高呈降低的趋势，当温度在5-15时，浆体流动度对温度比较敏感；当温度达到18以上时，浆体流动度基本保持不变。 基于上述分析，压浆温度控制在1828是最理想的，当温度高于35时，压浆宜在夜间进行。温度对初始流动度的影响67搅拌机转速对浆液初始流动度的影响 在温度202，相对湿度50%条件下，使搅拌机转速从较慢开始逐渐提高，研究转速对浆液初始流动度的影响。搅拌机转速达到了1700r/

25、min后，浆液的流动性达到极限，即使再增加转速流动度也不会有再大的变化。本项目采用的压浆机转速达到1400r/min，能够达到浆液最佳流动度的要求。 不同转速对初始流动度的影响记录表转速（r/min）初始流动度/s转速（r/min)初始流动度/s7043.26140015.3330036.15170014.4650030.85200014.3280023.63250014.25100016.2168转速对压浆料抗压、抗折强度影响 转速对抗折抗压强度的影响主要也是基于浆液各成分之间的混合均匀程度和化学反应程度来进行考虑的。对应前面试验制作 40mm40mm160mm 的试件实验数据。 随着搅拌机搅拌速度的提升试件的 3d、7d、28d 抗折强度和抗压强度并没有显著的变化。69研发过程试验707172应用情况成都2环线高盖梁施工73倮果金沙江特大桥（217m）7475765 、远程监控系统7778 现场拍照，确保监理、施工人员到位，实现远程监控管理。79 “实时跟踪、及时预警、及时纠错”。80远程监控系统功能特点 1.将施工参与各方连成有机整体，实现在线信息交流；