谈公路桥梁预应力智能张拉施工技术

张瑞斌

(山西省交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

我省大多数在建、已建公路桥梁的预应力张拉采用传统的施工工艺，预应力张拉施工不规范，且缺乏有效的质量控制手段，桥梁质量存在隐患。如何改进施工工艺使预应力张拉能有效地完成，如何对整个桥梁预应力工程加以控制，已经成为亟待解决的重要问题。然而，传统的预应力张拉施工中采用人工操作，人为因素不可控，其同步精度无法保证，有效预应力难以满足设计要求;张拉施工中停顿时间不充分，使得预应力筋回缩、锚具变形等原因引起的预应力损失十分严重，影响有效预应力的施加。如何严格控制有效预应力的大小及其不均匀度，确保桥梁预应力张拉施工质量符合设计和规范要求，是解决当前因施工不当而造成桥梁预应力病害问题的最有效也是最直接的方法，具有重大的现实意义。

本文依托岢岚至临县高速公路路基八标桥梁预制梁施工，梁体预应力采用智能张拉新工艺。智能张拉能精确控制有效预应力大小，实现张拉过程智能控制，消除人工操作误差，实现预应力张拉施工过程质量管理，达到“实时跟踪、智能控制、及时纠错”的目的。

1 工程概况

岢岚至临县高速公路是《山西省高速公路网规划》“3纵11横11环”中西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第四横和第五横高速公路串联起来的重要路段。岢岚至临县高速公路线路起于岢岚县高家会乡西会村，终于临县陈家庄西北部，全长125.227 km。本线路穿越山西省的岢岚县、兴县与临县，总体为南北走向。

岢岚至临县高速公路LJ8合同段位于山西省临县白文镇境内，主线全长11.45 km。全线主线桥梁4 671 m/14座，匝道桥梁422 m/2座;预制架设梁板共1 301片，其中25 m箱梁216片，30 m箱梁540片，40 m T梁545片。

2 智能张拉系统及工作原理

桥梁预应力智能张拉系统主要组成部分有:智能张拉系统平台、LZ-5901智能张拉仪和专用千斤顶。

预应力智能张拉系统以应力为控制指标，伸长量误差作为校对指标。系统通过传感技术采集每台张拉设备(千斤顶)的工作压力和钢绞线的伸长量(含回缩量)等数据，并实时将数据传输给系统主机进行分析判断，同时张拉设备(泵站)接收系统指令，实时调整变频电机工作参数，从而实现高精度实时调控油泵电机的转速，实现张拉力及加载速度的实时精确控制。系统还根据预设的程序，由主机发出指令，同步控制每台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程。

智能张拉系统操作简单，界面人性化，适应各种施工场地环境。借助智能张拉系统，可以自动读取梁板参数，智能计算张拉过程的压力值，无线控制油泵的进退油，实时无线采集油压与位移信息，自动生成预应力张拉记录表等功能。全程无需人工干预，且具有错误纠正、数据同步、张拉审核等张拉过程控制，核心是在预应力张拉控制和施工技术总结的基础上，通过计算机来控制张拉施工过程，完全改变了传统的通过人工来操纵油泵进行张拉操作，真正地实现了张拉的同步性控制。

3 智能张拉系统主要功能特点

1)精确施加应力。系统能精确控制施加的预应力值，将误差范围由传统张拉的±15%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%”)。

2)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”。

3)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%”)。

4)智能控制张拉过程，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 min)。最大限度减少了张拉过程中的预应力损失。

5)自动生成报表，杜绝数据造假。自动生成张拉记录表，杜绝人为造假的可能，可进行真实的施工过程还原。同时还省去了张拉力、伸长量等数据的计算、填写过程，提高了工作效率。

6)远程监控功能。实现远程监控功能，方便质量管理，提高管理效率。统一业主、监理、施工、检测单位于同一互联网平台，能实时进行交互，突破了地域的限制，及时掌握预制梁场和桥梁预应力施工质量情况，实现“实时跟踪、智能控制、及时纠错”。

4 智能张拉施工工艺

预应力智能张拉过程包括设备安装以及智能张拉两部分。

4.1 张拉设备安装

在张拉作业之前，相关技术人员和监理人员对构件进行检验，其检验结果符合质量标准要求方可进行张拉。经平台系统监理单位审核批准后，张拉控制系统才能启动。根据此设备的使用说明及要求，现场施工作业人员开始收编穿索、穿索、安装千斤顶(工作锚及夹片)等施工程序，具体安装程序如下:

1)安装限位板，限位板由止口与锚板定位;

2)安装专用千斤顶，千斤顶止口应对准限位板;

3)安装工具锚，应与前端张拉端锚具对正，使孔位排列一致，不得使钢绞线在千斤顶的穿心孔发生交叉，以免张拉时出现失锚事故，工具锚夹片均匀涂退锚灵;

4)连千斤顶油管，接油表，接油泵电源;

5)开动油泵，将千斤顶活塞来回打出几次，以排出可能残存于千斤顶缸体中的空气。

4.2 智能张拉

1)启动张拉智能平台系统后，现场操作人员、监理员现场摄像，由现场操作人员启动张拉程序。智能张拉平台系统发出信号，传递给LZ-5901智能张拉仪张拉系统，通过张拉系统控制专用千斤顶按预先系统编制的张拉顺序进行对称均衡张拉;

2)油泵供油给千斤顶张拉油缸，按五级加载过程依次上升油压，分级方式为10%(初应力即计算伸长值的起点)，20%，40%，60% ，80% ，100%;

3)张拉过程中智能张拉平台系统对每一级进行测量和记录，测量每一级张拉后的活塞伸长值的读数，并随时检查伸长值与计算值的偏差;

4)张拉时，通过智能张拉系统平台和LZ-5901智能张拉系统控制好专用千斤顶加载速度，确保给油平稳，持荷稳定;

5)张拉过程中，系统将自动校核测量数据，当实际伸长值与理论伸长值相差大于±6%时系统将自动报警，停止张拉。待查明原因，排除问题后，方可进行下一步的工作。

5 智能张拉施工控制

由于预应力张拉施工工艺相对较复杂、技术难度大，预应力施工无法直观地检查其质量，在质量认证中属于很难检查其结果的特殊控制过程。施工中只有通过控制其过程包括控制预应力材料、设备、施工人员、施工工艺等来保证施工质量。现就结合项目实际张拉情况简要总结几点质量安全控制要点。

5.1 张拉质量控制

1)施工中要严格执行梳编穿束工艺，以防索力不均匀，钢绞线穿束时相互缠绕。

2)限位板应将写有对应使用规格数字的面对准工作锚板安装，安装后保证工作锚板在锚垫板止口内。

3)保证限位板、千斤顶、工具锚板同轴。

4)张拉控制力达到稳定后方可锚固，夹片相互间错位不宜大于2 mm，露出锚具外高度不应大于4 mm。

5)工具锚板锥孔、工具夹片应经常涂润滑剂。

5.2 张拉顺序控制

1)张拉顺序遵循均匀对称，偏心荷载小的原则，以确保结构及构件受力均匀，张拉过程中不产生扭转、侧弯，防止混凝土产生超应力、过大的附加应力与变形。此外，安排张拉顺序还应考虑到尽量减少张拉设备来回移动次数。

2)严格按照设计要求张拉顺序进行施工，尽量做到横向对称，避免横向产生偏心造成平弯开裂现象。

3)对于同一束扁锚如采用分索张拉应从中心孔开始张拉，再对称进行。

5.3 张拉安全控制

1)张拉现场应有明显标志，与工作无关的人员严禁入内。

2)作业应由专人负责现场指挥。

3)专用千斤顶支架必须与梁端垫板接触良好，位置正直对称，严禁多加垫块，以防支架不稳或受力不匀倾倒伤人。

4)已张拉完而未进行压浆的梁体，严禁剧烈震动，以防止预应力筋断裂或锚具崩开而酿成重大事故。

6 结语

通过在岢岚高速公路路基八标梁体施工中推广运用预应力智能张拉新工艺，从梁板张拉结果数据显示，张拉施工效果明显，最高延伸量误差在2%以内，实际伸长量与理论伸长量相差不到1 mm，基本杜绝了人工对张拉质量的影响，保证了桥梁预应力的质量。相比之下，传统张拉依靠施工人员手动驱动油泵、人工量测伸长值、人工记录张拉数据，张拉工艺存在以下问题:张拉力控制误差过大;钢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;张拉过程很不规范，预应力损失大;两端对称张拉不同步，结构受力不均;人工记录数据，质量隐患被掩盖。智能张拉系统自动读取梁板参数，智能控制施加的预应力值，无线控制油泵的进退油，实时无线采集油压与位移信息，自动生成预应力张拉记录表等。全程无需人工干预，且对错误纠正、数据同步、张拉校核等张拉过程实行控制。操作简单，界面人性化，适应各种施工场地环境，大幅度的改变了传统施工的弊端，有效提高了施工的精确度(精度1%)。桥梁预应力智能张拉新工艺的成功实施，不仅降低了施工中人为因素的影响，减少了张拉施工的误差，节约了投资，而且提高了桥梁结构施工质量。

岢临高速公路路基八标梁体预应力智能张拉新工艺的成功实施，真正意义上提高了张拉施工质量，保证了桥梁结构安全和耐久性，大大地降低了桥梁全寿命周期成本。该桥梁预应力张拉新工艺的成功应用，将给省内其他公路桥梁预应力张拉提供宝贵的施工经验。

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