预应力桥梁智能张拉常见的数据异常问题及处理方法

2015-03-05朱宇杰

城市道桥与防洪 2015年10期

朱宇杰

（江苏东南交通工程试验检测有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

预应力桥梁智能张拉系统采用计算机控制张拉力，具有张拉力精度高、不同千斤顶同步误差小、操作方便等特点，且能够真实体现张拉数据（无法修改系统原始数据），逐步得到广泛的应用。同时，智能张拉系统在操作过程中，会遇到一些可能出现的数据异常问题，本文对智能张拉系统常见的数据异常问题原因进行了总结分析，同时提供了相关处理措施和预防措施等。

1 智能张拉质量控制要求

我国现行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）中对预应力桥梁张拉施工有以下规定[1]：（1）张拉控制应力的精度宜为±1.5%；（2）钢绞线伸长值偏差宜控制在±6%或设计规定范围内；（3）各千斤顶之间张拉力的同步误差宜为±2%。其中张拉力精度和伸长量偏差作为张拉质量控制的双控指标，是评价张拉是否合格的关键指标；千斤顶同步误差主要是对张拉设备的要求。

2 智能张拉常见的数据异常原因分析及预防、处理措施

智能张拉系统主要对张拉过程中的力值和位移值进行采集，常见的数据异常主要为拉力值异常和伸长值的异常。当出现数据异常时，应立即停止张拉施工，查找原因，采取相应的处理措施后，才可继续进行张拉，切不可草率处理或不做处理就进行割丝、压浆施工，以免造成巨大经济损失和质量隐患[2]。

2.1 伸长值异常

预应力张拉采用双控指标，即以张拉应力控制为主，并用预应力筋伸长值校核[3]。根据规范要求，实测伸长值之差应控制在理论计算伸长值的±6%的范围内，超过即可认为伸长值异常。当出现伸长量异常时，首先需进行伸长值异常的原因分析。伸长值异常可能出现的原因及处理方法如下。

2.1.1 波纹管引起的伸长值异常

（1）波纹管堵塞

由于波纹管破损，在混凝土浇筑时造成漏浆而引起管道堵塞，造成管道内摩阻力的增大，引起预应力损失，从而造成钢绞线伸长量偏小，或者造成管道内局部位置完全堵塞，造成张拉的仅是部分长度的预应力筋，而导致伸长量偏小。

波纹管堵塞主要分为轻微堵塞和完全堵塞，其中轻微堵塞是指波纹管内存在少量的、不完全阻碍钢绞线伸长的堵塞。一般可以通过反复多次张拉并持荷一段时间，以克服摩擦力过大的影响，反复张拉次数应不超过规范要求的3次。另外可采取适当超张拉的办法处理，按规范要求不超过张拉控制应力的1.05倍[4]。

完全堵塞指管道内混凝土较多，堵塞位置已完全阻碍钢绞线伸长的情况。此类情况一般较少出现，可视为钢绞线在管道内部一端或内部局部锚固，可通过两端分别张拉通过力值和伸长量的变化计算分析判断钢绞线堵塞的位置，前者可通过未堵塞一端张拉的方法基本满足张拉要求，后者两端分别张拉达到预期伸长量需要的应力。

因波纹管堵塞现象造成的伸长值异常现象较为常见，且处理较为困难，施工时应予以高度重视。波纹管安装时，接头位置需要采用套接（使用大一号作为接头），四周使用塑料胶带包裹密封，混凝土振捣时严禁触碰波纹管以免波纹管破裂漏浆。对于塑料波纹管，在进行钢筋电焊时，应做好波纹管的保护措施，防止因电焊造成的波纹管破损。

（2）管道变形、跑位和预留孔道位置不准确的情况。由于管道变形、跑位和预留孔道位置不准确，使张拉时预应力筋的摩阻力增大，当张拉到设计吨位时，预应力筋实际伸长值偏小。

为预防管道变形、跑位和预留孔道位置不准确的情况，应做好波纹管的定位措施，将波纹管的定位钢筋、点焊在上下排的受力钢筋上，防止浇筑混凝土过程中波纹管上浮或者被压下沉。对于管道变形严重的，条件允许的情况下可采用适当的扩孔措施。

2.1.2 夹片松弛、碎裂、断丝、滑丝造成的伸长量异常

夹片松弛（部分夹紧、部分松弛）、碎裂、断丝、滑丝都会造成部分预应力筋受力偏小而引起其它预应力筋的平均受力偏大，导致预应力束整体伸长量值偏大。

对于预应力筋松紧不一致的现象，一般可通过初张拉调整或者查验是否一致。在张拉过程中发现伸长量即将超限时需立即停止张拉，并计算分析每根受力钢绞线所受的平均应力是否满足要求。若平均应力满足要求视为此几根钢绞线张拉完成；若不满足要求，则进行原因分析。对夹片松弛、碎裂、滑丝的钢束重新更换夹片紧固后进行补拉至要求的平均应力和伸长量值范围。

2.1.3 工作锚与限位板、千斤顶、工具锚不在一条直线上引起的伸长量异常

工作锚与限位板、千斤顶、工具锚不在一条直线上时，会增大锚圈口摩阻，造成预应力损失而使伸长量偏小。

2.1.4 钢绞线扭转、交叉缠绕引起的伸长量异常

预应力钢绞线穿束时，钢绞线在孔道内交叉缠绕，预应力施加时钢绞线受力不均，导致预应力损失偏大，部分钢绞线受力未达到设计控制应力要求，也造成钢绞线伸长量的不足。

为预防钢绞线扭转、交叉缠绕，可采用适当的钢绞线编束工艺，即在钢绞线和锚具上进行编号，在进行装锚时固定锚具编号位置并进行对应编号钢绞线的穿束，见图1。

2.1.5 张拉初始应力取值不足原因及预防措施

传统张拉程序中，初应力取值为10%的控制应力，即认为在张拉至10%控制应力的时候已经将钢绞线拉紧。但是，在实际施工中，当钢束较长，弯曲部位较多的时候，10%控制应力的张拉力往往不足以将钢绞线拉紧，此时在计算实际伸长量的时候会包含部分松弛长度，从而引起实际伸长量计算值偏大。

预防措施：《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）条文规定初张拉为10%～25%的范围，实际张拉中应根据实际情况进行取舍。对钢束长度30 m以下时，初应力宜取10%～15%；钢束长度30～60 m时，宜取15%～20%；钢束长度大于60 m时，宜取上限25%控制应力作为初应力；钢束长度超过100 m时，需现场试验来确定其初应力的大小。

当张拉系统异常时，也会造成伸长量值的异常。张拉系统异常包括拉力传感器的异常、千斤顶的异常（未标定）等。

对此，需对系统数据进行复核，对张拉设备进行校核、检修或更换。

2.1.7 实际预应力筋伸长量与理论计算值不一致

实际预应力筋伸长量与理论计算值不一致时，即理论伸长量值计算不准确，也会引起伸长量的异常。对此，应对理论计算伸长值进行全面复核，特别是孔道摩阻和管道偏差造成的摩阻损失；预应力筋弹性模量、截面积等关键取值是否合理，符合实际情况，必要时进行现场实验测定。

2.2 预应力值的异常

图1 钢绞线和锚具编号

智能张拉是以预应力值达到设定值时的拉力作为张拉满足要求的标准，故通常预应力值出现异常情况相对较少，可能的原因如下。

2.2.1 张拉力超限

张拉力超限一般是由于张拉设备异常引起的，张拉设备精度差、千斤顶力值传感器故障、张拉设备故障等均可能引起张拉力超限。对于此类问题，需要对张拉设备进行校核、检修或更换等。

2.2.2 张拉无力值或者拉力不上升

“线”—点对点即连成线，实现一对一的点燃，具体形式是“名师工作坊”。在图1中，以导师O为中心发力点，联系带动周边若干学校A、B、C、D、E的骨干教师，最大限度地激发骨干教师的主动性，提升其教学能力。

张拉无力值或者拉力不上升的原因主要如下。

（1）拉力传感器故障或接触不良。

（2）千斤顶未顶紧（见图2）。对于一些预应力筋布置方向为斜下方的钢束，在装顶过程中千斤顶受自身重力作用不容易顶紧，初始张拉时会出现无力值的现象。针对此类情况，现场张拉人员需和装顶人员随时做好沟通，对千斤顶进行检查并重新安放顶紧。

图2 千斤顶未顶紧

（3）拉力无法正常上升。此类问题一般为张拉设备自身原因造成的，可通过调节溢流阀、检查零配件有无漏油、紧固漏油的零配件、检查千斤顶有无内泄漏等方式解决。

2.2.3 张拉力的突然松弛

（1）波纹管堵塞引起的张拉力突然松弛。

由于波纹管破损引起的管内水泥浆堵塞，造成钢绞线与混凝土握裹，当张拉力上升到达一定程度时，原握裹位置水泥浆因碎裂等原因会引起张拉力的突然松弛并逐步恢复的现象。针对此类现象，若最终张拉力和伸缩量满足要求可视为合格。同时，针对此类现象，建议进行反复张拉（不超过3次），适当增加持荷时间并尽早进行压浆，以预防后期可能出现的张拉力再次突然松弛的现象。

（2）锚垫板面与孔道轴线不垂直或垫板中心偏离孔道轴线。

锚垫板安装时没有仔细对中，垫板面与预应力索轴线不垂直，造成钢绞线与钢丝束内力不一，当张拉力增加到一定程度时，力线调整，会使锚环突然发生滑移或抖动，拉力下降。

针对此类现象，应采取相应的预防措施：锚垫板安装应仔细对中，垫板面与预应力索的力线应垂直，同时锚垫板要可靠牢固，确保在混凝土浇筑过程中不会移动。

（3）初始张拉应力过小。预应力筋张拉时拉力具有一个传输的过程，即端部显示拉力满足要求时内部仍可能呈现松弛状态。当钢束较长，弯曲部位较多的时候，初始张拉应力过小往往不足以将钢绞线拉紧，随着张拉过程的进展，内部松弛钢筋的突然伸长同样会引起张拉力的突然松弛。

对于较长的钢束，应在初始张拉时进行合适的初始张拉力的测试，以在该初始张拉力下无明显的应力松弛和伸长量无明显异常为适宜值，并适当增加初始张拉力的持荷时间。一般智能张拉设备初张拉持荷时间固定（一般为30 s），可采用达到持荷状态时暂停张拉的方法进行持荷。同时，张拉力达到设定应力时适当增加持荷时间（建议10 min以上），保证张拉力在钢束内的传输均匀。