大循环智能压浆工艺在后张预制梁施工中的运用
技 术 报 告
天津路桥建设工程有限公司第一分公司
2013年12月28日
目 录
一、项目的来源……………………………………………………….3 二、项目的介绍……………………………………………………….3 三、项目研究的目的及意义 ……………………………………….3 四、项目研究的主要内容…………………………………………….4 五、项目研究方法和技术路线……………………………………….5 六、项目研究过程…………………………………………………….6 （一）大循环智能压浆工艺的了解与熟悉………………………….6 （二）大循环智能压浆设备的选取与操作培训…………………….8 （三）大循环智能压浆的首件验收…………..……………………...10 （四）总结大循环智能压浆工艺并将其投入生产使 ……………...14 七、社会效益和实际应用分析 …………………………………….16 八、大循环智能压浆工艺的发展前景 ………………………….17
一、 项目来源
天津路桥建设工程有限公司第一分公司2013年自选科研课题。 二、 项目介绍
唐廊高速公路天津段一期工程第三标段工程位于天津市宁河县境内，西起东棘坨镇杨富庄村，向东斜跨西关引河进入宁河镇界内，在牛口庄东南、张辛庄西侧接蓟运河大桥，全长4.786千米，本标段共计桥梁结构物9个，分别为西关引河大桥、K11+444.5中桥、K12+047中桥、K12+520中桥、宝芦互通A1匝道桥、宝芦互通A2匝道桥、K13+550箱型通道、K13+617箱型通道、K14+281.5中桥，桥梁全长1336.35米。
其中西关引河大桥上部结构主要为后张预应力空心板梁（0-20跨），跨径为20米、19.8米，后张简支小箱梁（20-26跨），跨径为35m、30m、24m。后张简支变连续小箱梁（26-29、29-33跨），跨径为30m。后张预制板梁共计490片，后张预制小箱梁共计130片，需要620次预制梁后张预应力孔道压浆施工。 三、项目研究的目的及意义
传统压浆工艺中，一是对压浆材料和水用量控制不严，水胶比过大，导致泌水率大，在孔道内容易形成钢绞线锈蚀的环境；二是压浆设备落后，压浆泵的压力不稳定，浆液在孔道内易产生气塞，造成压浆不密实；三是真空辅助压浆过程中，不能形成完全的密闭空间，影响压浆效果；四是人为影响因素过大，压浆记录数据缺乏真实性。采
用大循环智能压浆技术后，浆液满管路持续循环能排尽管道内空气，并通过计算机智能控制压浆时的水胶比、压力和流量，并自动生成记录报告，减少人为因素，提高了压浆质量，确保了预应力桥梁施工质量安全。
通过对唐廊高速公路天津段一期工程第三合同620片预制梁后张预应力孔道压浆施工，达到预提高压浆质量的目标，并归纳总结大循环智能压浆工艺的技术特点，把大循环智能压浆的控制系统、操作流程和施工工艺、重难点、存在的问题及解决办法等按照作业指导书的形式进行发表，编制出企业作业指导书，推进企业施工标准化作业和管理水平。
四、项目研究的主要内容
1、全面了解大循环智能压浆的工艺流程及工作原理，掌握智能压浆系统主要功能与特点，熟练操作大循环智能压浆设备。
2、制定培训学习措施，确保大循环智能压浆新工艺在现场的实施和推广，组织专业技术人员到现场指导及讲解，培训一批能操作设备的新职工。
3、进行首件验收，通过首件施工掌握大循环智能压浆施工工艺流程，了解施工重难点，并形成首件验收报告，指导后续施工。记录压浆施工过程中各项数据，掌握浆液的水胶比、灌浆压力和浆液流量的控制数据，对浆道内的浆液饱满度、密实性进行对比，并做好压浆质量的试验检测，得出检测报告，定期召开小组会议，分析收集的数据和检测结果。
4、关注设备的故障率和稳定性，以及使用过程中出现的问题和解决办法，形成文字记录。
5、定期通过各种渠道了解循环 智能压浆设备技术革新情况持续改进。
五、 项目研究方法与技术路线
根据唐廊高速天津段一期工程地三合同预制梁的施工特点，以工程为载体，随工程的进展情况，分步骤进行科研方案的编写、实施、调整改善、成果总结；坚持理论联系实际的科学方法，使用对比压浆效果、压浆材料损耗的手段，验证科研效果，最终实现本次科研课题的目的。
首先成立科研课题小组，确立项目负责人和各小组成员名单及职责分工，然后选定设备生产厂家，采购设备，进行现场操作培训，完成首件验收，逐步掌握大循环智能压浆施工工艺，通过数据收集和现场试验，分析总结该工艺的功能特点和优点，并验证其在施工过程的实用性，稳定性，最终形成作业指导书和科研课题报告，并在公司进行标准化施工推广，具体技术路线如下：
组织小组成员学习大循环智能成立科研课题小组 进行首件施工，对浆液质量进购买设备，聘请专门技术人员行现场试验，熟悉了解设备各项使首件验收合格后，完成后续预制梁压浆施工，实时记录各项压浆参定期进行小组成果汇报，分析整形成作业指导书 总结大循环智能压浆工艺的施工特点和优点，分析施工成本情况和施工功效，验证其实用性，提出施工控制难点和改进方向，并对存在的问题进行分析解决，形成结论和报告。 六、项目研究过程
（一）大循环智能压浆原理的了解与熟悉 1、 传统压浆与大循环智能压浆工作原理对比
传统压浆多指真空压浆，真空压浆的工作原理：以塑料波纹管代替金属波纹管，在预应力张拉完成后采用专用密封罩将孔道系统密封，一端用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80%以上，然后再孔道孔道的另一端再用压浆机以大于0.7MPa的正压力将水泥浆压入预应力孔道。
而大循环智能压浆工艺是指在真空压浆工艺上，引入“循环”压浆新概念，在压浆过程中完全排除管道内空气、精确控制浆液质量、即时调控灌浆压力大小和稳压时间，从而确保预应力管道压浆密实。
大循环智能压浆系统由制浆系统、压浆系统、测控系统、循环回路系统组成，浆液在由预应力管道、制浆机、压浆泵组成的回路内持续循环以排净管道内空气，及时发现管道堵塞等情况，并通过加大压力进行冲孔，排出杂质，消除致压浆不密实的因素，在管道进、出浆口分别设置精密传感器实时监测压力，并实时反馈给系统主机进行分析判断，测控系统根据主机指令进行压力的调整，保证预应力管道在施工技术规范要求的浆液质量、压力大小、稳压时间等重要指标约束下完成压浆过程，确保压浆饱满和密实，其工作原理图如下：
2、 熟悉了解大循环压浆的优越性
在传统压浆方法中存在以下弊端：一是材料质量及用量控制不严，压浆材料要求低水胶比、高流动度、零泌水率，压浆过程中现场工人为增加浆液的流动性往往采取加水的方式，使得水胶比过大，导致泌水率过大，在孔道内形成钢绞线锈蚀的环境；二是压浆设备落后，原有制浆机的叶片线速度过小无法拌制出低水胶比、高流动度的浆体，同时灌浆泵的压力不稳定，浆液在孔道内易产生气塞，最终形成气室；三是封锚方法不合理，传统的封锚技术采用水泥砂浆封锚，其不能保证孔道在压浆时的密闭性，致使预应力管道在建立真空度和压浆稳压阶段不能承受一定的压力，这是导致真空辅助压浆方法难以达到其效果的原因之一；四是组织管理不严，对灌浆不密实的危害性认识不足，没有对压浆过程进行实时测控和远程监控，人为影响因素较大，数据缺乏真实性。
而大循环智能压浆的设计思路：循环压浆，压力控制，有效监管，保证密实。
循环压浆：让浆液在后张预应力管道中持续循环，借助“连通管”的作用将管道内的空气完全排出，保证管道内所填充的浆液内没有气室或者空气仓。
压力控制：采用新型专用封锚工具进行封锚，保证整个回路系统不漏气，在进行持压时不泄压，只要持压时间和压力大小足够，就能保证浆液充满孔道且被压密实。
有效监管：大循环智能压浆系统对后张预应力管道压浆过程中的浆液材料的水胶比、灌浆压力和浆液流量进行实时测控以及远程监控，能够保证浆液材料水胶比、灌浆压力在合符规范的前提下进行压浆，当这“三大指标”超出规范限值时则不能压浆。
保证密实：只要浆液性能达到规范要求，在合理的压浆方式、适宜的灌浆压力下，并通过流量来计算梁体内的浆液体积，便能保证管道压浆密实。
（二） 大循环智能压浆设备的选取与操作培训 1、 设备的选取
科研小组 通过网上平台收集了大循环智能压浆施工工艺原理及应用状况，并对目前市场上生产大循环智能压浆设备的主流厂家，进行电话调查，通过电子邮件资料进一步了解了该工艺的施工功能和特点，另外对傲华测控技术（上海）有限公司生产的循环智能压浆设备，
走访了京台高速廊坊段九标预制梁厂施工现场，详细的了解了该设备的功能特点和现场使用情况，并采集影像资料。
最终我科研小组决定选取有傲华测控（上海）技术有限公司生产的型号为AHCK-II的大循环智能压浆车。
该套设备主要由智能压浆设备自动配料搅拌部分、智能压浆设备真空泵部分、智能压浆设备压浆机部分等三部分组成，其主要技术参数如下：
（1）、智能压浆设备自动配料搅拌部分：自动上料、自动计量、自动保压、液晶屏显示，搅拌转速为1200转/分钟，浆叶线速度15米/秒，称量准确度达到±0.4%以内，大大优于要求的±1%。可记录每次的搅拌数据，并可随时调取历史搅拌数据。计数单位可精确到小数点后2位。其工作程序可由用户预定，出厂装机工作程序默认为：先自动上水90%（或80%），然后高速搅拌桶自动运行并自动依次添加压浆剂、水泥，之后继续搅拌2分钟，再补加剩余的10%（或20%）水，再搅拌2分钟即可排入含搅拌功能的储浆桶备用。 该设备除上述自动功能外，另设有手动功能，可手动完成上述全部工作程序或单项工作程序。最大搅拌量为700kg，足以供给各型压浆机使用。 （2）、智能压浆设备真空泵部分：最大真空度可达-0.097至-0.1，优于所规定的-0.092；
（3）、智能压浆设备压浆机部分：为连续式工作方式，压力无波动，泵送浆体无气泡，理论工作量4.5立方米/小时，并具备电控自动和人工手动（保压罐）两种保压功能，保压范围可自由调整，且压力表指
示稳定，指针不跳动。压力表总量程为1.6Mpa ，最小分度值小于0.1 Mpa，压浆时的实际压力恰好位于压力表量程的25%~75%之间，计量更为精确。 2、 设备的操作培训
制定培训学习措施，对科研小组进行分组，将科研小组分成两组确保每个成员能熟悉设备的参数、操作规程。确保大循环智能压浆新工艺在现场的实施和推广，组织专业技术人员到现场指导及讲解，培训一批能操作设备的新职工。
AHCK-II型大循环智能压浆车
（三） 大循环智能压浆首件验收 1、 首件介绍
本科研小组选择西关引河大桥左幅第32跨—中1#（中跨中梁）简支变连续小箱梁为施工对象，跨径30m。
首件预制箱梁长度30m，高1.6m，底板宽1.0m，顶板宽2.4m，厚18cm。底板厚度由端头的25cm渐变为18cm。 2、 首件压浆 1）准备工作
张拉完成后，采用切割机切断短头多余的钢绞线，保证锚具外预留钢绞线3cm，采用水泥砂浆封头，为预应力管道压浆做好准备，按要求，管道压浆应在张拉后48小时内完成；
压浆作业
我单位在2013年月6日8日对已张拉的首片梁进行管道压浆，压浆机采用活塞式压浆泵，由梁体底部管道开始逐束进行；按设计水泥浆配比搅拌好水泥浆，检测水泥浆稠度符合设计稠度要求，同时用压力水冲洗管道；
压浆由管道一端压浆孔开始，保持压浆压力在0.7Mpa左右，当另一端压浆孔开始冒出相同稠度水泥浆时，封闭压浆孔，继续注浆并稳压4min后，封闭注入水泥浆端的压浆孔，压浆过程详细记录了每束管道的压浆时间和水泥用量。
压浆准备过程 压浆进行中 压 浆 完 的 效 果 总结
首件施工掌握大循环智能压浆施工工艺流程，了解施工重难点，并编写首件验收报告，为后续施工做指引。 3、 压浆过程中的参数对比
如表1所示，在灌浆施工中，使用该系统进行动态测控灌浆的水胶比、压力和流量，以及保压时间，从监控结果看出，该孔道浆体材料的水胶比为0.25~0.34，进浆最大压力为0.88MPa，出浆压力为0.58MPa，保压时间4min，累积浆液体积136L。表2为梁的测控结果。
表1 小箱梁孔道采用大循环智能压浆测控记录结果
进口时间 水胶压HH:MM:SS 比 /MPa /MPa 力压力/L/min-1 量/L/min-1 出口进口流量出口流:09:12 :09:32 :09:43 - :09:55 :10:02 :10:16 - :10:28 :10:39 :10:48 - :10:57 :11:10 :11:44 0.25 0.33 0.28 - 0.31 0.32 0.35 - 0.29 0.27 0.34 - 0.28 0.29 0.32 0.21 0.21 0.24 - 0.28 0.32 0.38 - 0.85 0.84 0.86 - 0.87 0.85 0.87 0.02 0.03 0.05 - 0.04 0.09 0.14 - 0.58 0.55 0.57 - 0.58 0.56 0.58 25.3 29.8 36.5 - 40.3 41.3 43.4 - 24.5 24.3 24.5 - 24.6 24.5 24.5 13.3 14.6 18.9 - 36.5 39.8 40.4 - 24.1 23.9 24.2 - 24.4 24.2 24.5 表2 小箱梁Z32-中1梁的测试结果
实持压波纹测水时进口时出口累积浆孔号 管长度胶比压/m 平均/MPa 值 /MPa /L 力压力液体积间/s 保压时持压实测灌浆X32-1-N1-1 X32-1-N2-1 X32-1-N3-1 X32-1-N4-1 X32-1-N1-2 X32-1-N2-2 X32-1-N3-2 X32-1-N4-2 29.87 29.89 29.90 29.78 29.1 29.1 29.0 29.0 0.31 0.29 0.32 0.32 0.33 0.29 0.30 0.32 0.88 0.89 0.90 0.90 0.85 0.95 0.79 0.90 0.58 0.56 0.59 0.59 0.55 0.63 0.52 0.59 80 128 132 136 80 128 132 136 240 240 240 240 240 240 240 240 召开科研小组会议，针对首件压浆过程及结果进行总结。首件压
浆施工中，设备故障出现次数为0，但工人在安装封堵管时出现了一次安装不牢固的状况，压浆中其他状况均未发生。
（四） 总结大循环智能压浆工艺并将其投入生产使用 1、 大循环智能压浆的总结
（1）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。
（2）准确控制压力，调节流量 a.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3~5min ）
b.当进、出浆口压力差保持稳定后，可判定管道充盈。 c.通过进出口调节阀对流量和压力大小进行调节。 d.稳压期间持续补充浆液进入孔道，保证密实。 （3）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。
（4）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55m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%。 2、 大循环智能压浆工艺投入生产使用
从2013年6月8日到2013年11月29日，我项目完成了现场106片预制梁大循环智能压浆施工。其中设备故障次数为98次，平均压浆一片后张预应力梁出现故障0.93次，故障率比较高。归纳总结施工经验， 大循环智能压浆故障出现主要表现在：封堵管拧靠不老、保管不良生锈腐蚀，平均每压浆20片梁就要换取一批封堵管。
针对封堵管存放问题，我科研小组提出了将其放入油桶中，保证了丝扣再次使用的润滑性并防止其生锈。 七、社会效益和实际应用分析
该项目以大循环智能压浆工艺在后张预制梁施工中的运用做为课题研究，通过对施工设备的选型、首件参数分析、施工工艺的研究，成功的将课题研究运用在实体工程中，在顺利完成地铁建设任务的同时，为工程创新了施工工艺，推广了新型设备在工程建设中的应用，并节省了压浆材料的浪费损耗，取得了很好的社会经济效益。
通过大循环智能压浆系统的实际应用，得出以下结论： （1）大循环智能压浆工艺通过浆液满管路持续循环，能够保证完全排出管道内的空气，从而保证压浆过程中管道浆液内无气室、气仓，管道内浆液完全密实。
（2）大循环智能压浆系统应用于实际施工中，对浆液的水胶比、灌浆压力和浆液流量进行严格控制和有效监管，能够保证灌浆质量。
（3）大循环智能压浆工艺的应用，使得预应力管道压浆从传统的“事后检测”到“事中控制”，对压浆的相关参数从“被动测试”到“主动控制”，取得了良好的效果，使得后张预应力管道压浆质量提高了一个台阶，对保证预应力桥梁结构的耐久性意义重大。 八、大循环智能压浆工艺的发展前景
目前该技术在我市还未得到广泛应用，经调查仅有天津公路工程总公司采用过该项施工工艺，其他建筑企业及本集团内尚未使用，而
在全国尤其是河北、湖南等省高速公路建设中，已开始推广使用大循环智能压浆施工工艺，如长沙绕城高速、京台高速公路等；另外在京沪高铁工程建设中也广泛应用了该项技术。
2012年5月，天津市市政公路管理局下发的天津市公路工程标准化管理指南中首次提出在后张预应力孔道压浆中使用大循环智能压浆技术。
相信随着施工标准化的推广，大循环智能压浆工艺在后张预应力梁孔道压浆施工中将广泛的使用。
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