談公路橋梁預應力智能張拉施工技術

張瑞斌

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

我省大多數在建、已建公路橋梁的預應力張拉采用傳統的施工工藝，預應力張拉施工不規范，且缺乏有效的質量控制手段，橋梁質量存在隱患。如何改進施工工藝使預應力張拉能有效地完成，如何對整個橋梁預應力工程加以控制，已經成為亟待解決的重要問題。然而，傳統的預應力張拉施工中采用人工操作，人為因素不可控，其同步精度無法保證，有效預應力難以滿足設計要求;張拉施工中停頓時間不充分，使得預應力筋回縮、錨具變形等原因引起的預應力損失十分嚴重，影響有效預應力的施加。如何嚴格控制有效預應力的大小及其不均勻度，確保橋梁預應力張拉施工質量符合設計和規范要求，是解決當前因施工不當而造成橋梁預應力病害問題的最有效也是最直接的方法，具有重大的現實意義。

本文依托岢嵐至臨縣高速公路路基八標橋梁預制梁施工，梁體預應力采用智能張拉新工藝。智能張拉能精確控制有效預應力大小，實現張拉過程智能控制，消除人工操作誤差，實現預應力張拉施工過程質量管理，達到“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”的目的。

1 工程概況

岢嵐至臨縣高速公路是《山西省高速公路網規劃》“3縱11橫11環”中西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第四橫和第五橫高速公路串聯起來的重要路段。岢嵐至臨縣高速公路線路起于岢嵐縣高家會鄉西會村，終于臨縣陳家莊西北部，全長125.227 km。本線路穿越山西省的岢嵐縣、興縣與臨縣，總體為南北走向。

岢嵐至臨縣高速公路LJ8合同段位于山西省臨縣白文鎮境內，主線全長11.45 km。全線主線橋梁4 671 m/14座，匝道橋梁422 m/2座;預制架設梁板共1 301片，其中25 m箱梁216片，30 m箱梁540片，40 m T梁545片。

2 智能張拉系統及工作原理

橋梁預應力智能張拉系統主要組成部分有:智能張拉系統平臺、LZ-5901智能張拉儀和專用千斤頂。

預應力智能張拉系統以應力為控制指標，伸長量誤差作為校對指標。系統通過傳感技術采集每臺張拉設備(千斤頂)的工作壓力和鋼絞線的伸長量(含回縮量)等數據，并實時將數據傳輸給系統主機進行分析判斷，同時張拉設備(泵站)接收系統指令，實時調整變頻電機工作參數，從而實現高精度實時調控油泵電機的轉速，實現張拉力及加載速度的實時精確控制。系統還根據預設的程序，由主機發出指令，同步控制每臺設備的每一個機械動作，自動完成整個張拉過程。

智能張拉系統操作簡單，界面人性化，適應各種施工場地環境。借助智能張拉系統，可以自動讀取梁板參數，智能計算張拉過程的壓力值，無線控制油泵的進退油，實時無線采集油壓與位移信息，自動生成預應力張拉記錄表等功能。全程無需人工干預，且具有錯誤糾正、數據同步、張拉審核等張拉過程控制，核心是在預應力張拉控制和施工技術總結的基礎上，通過計算機來控制張拉施工過程，完全改變了傳統的通過人工來操縱油泵進行張拉操作，真正地實現了張拉的同步性控制。

3 智能張拉系統主要功能特點

1)精確施加應力。系統能精確控制施加的預應力值，將誤差范圍由傳統張拉的±15%縮小到±1%(2011版橋涵施工技術規范7.12.2第2款規定“張拉力控制應力的精度宜為 ±1.5%”)。

2)及時校核伸長量，實現“雙控”。實時采集鋼絞線伸長量，自動計算伸長量，及時校核伸長量是否在±6%范圍內，實現應力與伸長量同步“雙控”。

3)對稱同步張拉。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“多頂同步張拉”工藝(規范7.12.2第1款規定“各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%”)。

4)智能控制張拉過程，減少預應力損失。張拉程序智能控制，不受人為、環境因素影響;停頓點、加載速率、持荷時間等張拉過程要素完全符合橋梁設計和施工技術規范要求(規范規定持荷時間為5 min)。最大限度減少了張拉過程中的預應力損失。

5)自動生成報表，杜絕數據造假。自動生成張拉記錄表，杜絕人為造假的可能，可進行真實的施工過程還原。同時還省去了張拉力、伸長量等數據的計算、填寫過程，提高了工作效率。

6)遠程監控功能。實現遠程監控功能，方便質量管理，提高管理效率。統一業主、監理、施工、檢測單位于同一互聯網平臺，能實時進行交互，突破了地域的限制，及時掌握預制梁場和橋梁預應力施工質量情況，實現“實時跟蹤、智能控制、及時糾錯”。

4 智能張拉施工工藝

預應力智能張拉過程包括設備安裝以及智能張拉兩部分。

4.1 張拉設備安裝

在張拉作業之前，相關技術人員和監理人員對構件進行檢驗，其檢驗結果符合質量標準要求方可進行張拉。經平臺系統監理單位審核批準后，張拉控制系統才能啟動。根據此設備的使用說明及要求，現場施工作業人員開始收編穿索、穿索、安裝千斤頂(工作錨及夾片)等施工程序，具體安裝程序如下:

1)安裝限位板，限位板由止口與錨板定位;

2)安裝專用千斤頂，千斤頂止口應對準限位板;

3)安裝工具錨，應與前端張拉端錨具對正，使孔位排列一致，不得使鋼絞線在千斤頂的穿心孔發生交叉，以免張拉時出現失錨事故，工具錨夾片均勻涂退錨靈;

4)連千斤頂油管，接油表，接油泵電源;

5)開動油泵，將千斤頂活塞來回打出幾次，以排出可能殘存于千斤頂缸體中的空氣。

4.2 智能張拉

1)啟動張拉智能平臺系統后，現場操作人員、監理員現場攝像，由現場操作人員啟動張拉程序。智能張拉平臺系統發出信號，傳遞給LZ-5901智能張拉儀張拉系統，通過張拉系統控制專用千斤頂按預先系統編制的張拉順序進行對稱均衡張拉;

2)油泵供油給千斤頂張拉油缸，按五級加載過程依次上升油壓，分級方式為10%(初應力即計算伸長值的起點)，20%，40%，60% ，80% ，100%;

3)張拉過程中智能張拉平臺系統對每一級進行測量和記錄，測量每一級張拉后的活塞伸長值的讀數，并隨時檢查伸長值與計算值的偏差;

4)張拉時，通過智能張拉系統平臺和LZ-5901智能張拉系統控制好專用千斤頂加載速度，確保給油平穩，持荷穩定;

5)張拉過程中，系統將自動校核測量數據，當實際伸長值與理論伸長值相差大于±6%時系統將自動報警，停止張拉。待查明原因，排除問題后，方可進行下一步的工作。

5 智能張拉施工控制

由于預應力張拉施工工藝相對較復雜、技術難度大，預應力施工無法直觀地檢查其質量，在質量認證中屬于很難檢查其結果的特殊控制過程。施工中只有通過控制其過程包括控制預應力材料、設備、施工人員、施工工藝等來保證施工質量。現就結合項目實際張拉情況簡要總結幾點質量安全控制要點。

5.1 張拉質量控制

1)施工中要嚴格執行梳編穿束工藝，以防索力不均勻，鋼絞線穿束時相互纏繞。

2)限位板應將寫有對應使用規格數字的面對準工作錨板安裝，安裝后保證工作錨板在錨墊板止口內。

3)保證限位板、千斤頂、工具錨板同軸。

4)張拉控制力達到穩定后方可錨固，夾片相互間錯位不宜大于2 mm，露出錨具外高度不應大于4 mm。

5)工具錨板錐孔、工具夾片應經常涂潤滑劑。

5.2 張拉順序控制

1)張拉順序遵循均勻對稱，偏心荷載小的原則，以確保結構及構件受力均勻，張拉過程中不產生扭轉、側彎，防止混凝土產生超應力、過大的附加應力與變形。此外，安排張拉順序還應考慮到盡量減少張拉設備來回移動次數。

2)嚴格按照設計要求張拉順序進行施工，盡量做到橫向對稱，避免橫向產生偏心造成平彎開裂現象。

3)對于同一束扁錨如采用分索張拉應從中心孔開始張拉，再對稱進行。

5.3 張拉安全控制

1)張拉現場應有明顯標志，與工作無關的人員嚴禁入內。

2)作業應由專人負責現場指揮。

3)專用千斤頂支架必須與梁端墊板接觸良好，位置正直對稱，嚴禁多加墊塊，以防支架不穩或受力不勻傾倒傷人。

4)已張拉完而未進行壓漿的梁體，嚴禁劇烈震動，以防止預應力筋斷裂或錨具崩開而釀成重大事故。

6 結語

通過在岢嵐高速公路路基八標梁體施工中推廣運用預應力智能張拉新工藝，從梁板張拉結果數據顯示，張拉施工效果明顯，最高延伸量誤差在2%以內，實際伸長量與理論伸長量相差不到1 mm，基本杜絕了人工對張拉質量的影響，保證了橋梁預應力的質量。相比之下，傳統張拉依靠施工人員手動驅動油泵、人工量測伸長值、人工記錄張拉數據，張拉工藝存在以下問題:張拉力控制誤差過大;鋼絞線伸長值測量不及時、準確，未能實現張拉力和伸長值的雙重同步控制;張拉過程很不規范，預應力損失大;兩端對稱張拉不同步，結構受力不均;人工記錄數據，質量隱患被掩蓋。智能張拉系統自動讀取梁板參數，智能控制施加的預應力值，無線控制油泵的進退油，實時無線采集油壓與位移信息，自動生成預應力張拉記錄表等。全程無需人工干預，且對錯誤糾正、數據同步、張拉校核等張拉過程實行控制。操作簡單，界面人性化，適應各種施工場地環境，大幅度的改變了傳統施工的弊端，有效提高了施工的精確度(精度1%)。橋梁預應力智能張拉新工藝的成功實施，不僅降低了施工中人為因素的影響，減少了張拉施工的誤差，節約了投資，而且提高了橋梁結構施工質量。

岢臨高速公路路基八標梁體預應力智能張拉新工藝的成功實施，真正意義上提高了張拉施工質量，保證了橋梁結構安全和耐久性，大大地降低了橋梁全壽命周期成本。該橋梁預應力張拉新工藝的成功應用，將給省內其他公路橋梁預應力張拉提供寶貴的施工經驗。

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