预应力智能张拉技术在高速公路预制梁施工中的应用

严华江

中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441000

在高速公路工程的预制梁施工过程中，预应力智能张拉技术也得到了越来越广泛的应用。桥梁预应力施工质量是保证桥梁结构安全和耐久性的关键因素。上部结构的提前损坏，如出现早期下挠、开裂等病害，从而造成桥梁安全事故发生，是国内交通行业日益关注的问题。如何改善传统张拉施工依赖人工测量、大作业随机性、可追溯性差等问题，有效控制桥梁预应力，成为亟待解决的重要问题。预应力施工采用智能张拉技术和智能施工，实现对张紧过程的智能控制，杜绝人工操作失误。具有拉应力、张力、加载速度、停止点、停留时间等精确、同步、自动控制。元件的特性改变了传统的张拉过程，严格控制管道的预应力精度和密实度，实现了整个张拉预应力过程的质量管理，实现了“实时监控、智能控制、及时纠错”。目的是提高桥梁结构的耐久性和使用寿命，降低桥梁全寿命周期成本[1]。

1 预应力智能张拉技术原理概述

相比传统形式的人工预应力张拉，预应力智能张拉系统更具复杂性。在该系统中，主要融合了信息化处理技术、数字控制技术、数据采集技术、无线传输技术以及张拉力的传输方法等。将预应力智能张拉系统应用到公路工程的预制梁施工中，将会让预应力的张拉实现智能控制，让预应力张拉技术朝着智能化、自动化以及标准化的方向发展。按照预应力智能张拉技术对于功能方面的实际要求，该系统的主要组成部分不仅有传统形式的预应力张拉设备，还包括程序控制软件、测量传感器、压力传感器、千斤顶和主机。在通过该系统进行预应力的智能张拉过程中，其主要的控制目标就是实现对应力的科学控制，以此来实现预制梁伸长量的有效校核。

具体应用中，可借助传感器对来自于千斤顶上的压力参数以及来自于钢绞线上的预制梁伸长数据进行实时采集，然后将采集到的数据向系统主机实时传递，这样就可以让系统实现对预应力张拉的精准控制。同时，该系统也可以将预设好的程序作为依据，让整个预应力张拉过程得以自动进行。

在预应力智能张拉技术的应用过程中，系统和千斤顶以及计算机主控之间借助芯片连接，传感器可以对千斤顶上的张拉数据进行采集，包括伸长量数据以及应力数据等，然后借助智能芯片将采集到的数据上传给计算机主控。在接收到这些参数之后，计算机主控会将这些参数和原来的设计参数进行对比，然后根据实际情况向智能芯片发出相应的指令，以此来控制千斤顶张拉系统[2]。

2 施工工艺及应用优势

2.1 施工工艺流程

智能预应力张拉系统的主要结构由三部分组成，分别是智能驱动主机、起重机和油泵，当然还有其他结构。其中，智能操作主机在系统中扮演着最重要的角色。另外两个主体结构相互配合，然后与主机形成一个有机结构，充分发挥系统的大功能，共同组成智能张紧系统。因为智能应用于一个系统，其工作界面相对简洁、清晰、易懂，可以提高系统的体验。相关数据可通过电脑直接传输至智能工作电脑上位机，可反映钢线伸长率与拉力的关系，剔除结果非常直观准确，可直接用于拉伸施工。

在施工过程中，传感器可以及时将相关数据传输给计算机，计算机再传输给主机。主机收到数据后会及时分析数据，准确反映力与伸长率的变化。张紧装置工作时，必须对称张紧，以便调整其电机参数，达到电压补偿功能。此外，在控制张力预紧力时，应控制好油泵电机的转速，以保证张力预紧力的准确性。在整个技术施工过程中，主要采用主机管理命令的方法，然后对拧紧过程进行检测和监控，其控制功能属于自动控制。智能张紧系统还具有断电后数据记忆功能和泄漏补偿功能。因此，在出现停电或漏电等机械问题后，电压数据不会丢失，可以改善应用过程。

2.2 关键施工工艺

在高速公路预制梁的混凝土达到了设计张拉强度之后，预应力张拉工作就应该开始，但是因为预应力张拉过程中会对预制梁造成比较大的影响，所以在通过预应力智能张拉技术进行预制梁施工的过程中，施工单位需要对以下几点事项加以重视。

（1）注重应力施加的精确性。具体施工中，应该对预制梁的预应力结构做好预应力智能张拉工艺的设置，以此来保障预应力张拉施工的精确性，防止人为因素影响到实际张拉参数，尽量将应力误差控制在1%以下。

（2）张拉过程中需要对预制梁的伸长量做实时校核，以此来达到双控效果。在此过程中，计算机会将来自于传感器的预应力参数作为依据，对预制梁的伸长量进行自动校核，保障所有的预应力误差都不超过2%，让预制梁的预应力及其伸长量达到双控效果。

2.3 应用优势

将预应力智能张拉技术应用在高速公路预制梁施工中，其主要优势表现在以下几个方面。

（1）有着更高的精度。相比传统的人工预应力张拉来看，该技术的应用使其精度实现了大幅度提升，设计意图也可以更加精确地实现。

（2）有着更好的施工效率。因为该技术的整个张拉过程都是自动化控制的，借助相应的传感器，可以对预应力参数以及伸长量参数进行测量，并将其实时上传给系统终端，以此来实现整个张拉过程的自动化监控。

（3）可达到双控效果。在通过该技术进行预应力张拉施工的过程中，系统可借助传感器对预应力以及伸长度做到实时监控，并使其同时得到精确控制。

3 高速公路预制梁施工应用实例分析

为验证预应力智能张拉技术在具体高速公路预制梁施工过程中的应用效果，以某高速公路的预制梁施工作为实例，对其张拉结果展开了分析。在本次工程中，预制梁智能张拉所应用的千斤顶规格为120t，并借助低松弛形式的15.20型钢绞线进行对称张拉。通过该工程的设计资料可知，预制梁所应用的是C50型高性能混凝土，将15.20mm形式的低松弛高强度钢绞线作为预应力束，抗拉强度的最大设计值为FPK＝1860MPa，弹性模量为EP＝1.95×105MPa，锚口位置的摩擦损失是3%。该工程最初的设计是人工张拉形式，但是因为施工要求较高，工期较短，所以须通过智能张拉才可以满足实际需求。本次工程中，规定张拉精度在2%以内[3]。

具体张拉过程中，预应力的变化情况是从0到设计应力的10%，再到设计应力的20%，再到无限大，然后在锚固条件下持续5min的荷载。本次所研究的某高速公路预制梁预应力智能张拉伸长量计算结果如表1所示。

表1 某高速公路预制梁预应力智能张拉伸长量计算结果

4 施工注意事项

4.1 智能预应力受力技术所需设备

由于用于制作预制梁的双油路按一定的标志与主辅控制泵站和起重机的两个油嘴相连，如果在施工中发现某一部位倾覆，则起重机可以施工时容易损坏，也危及施工人员的安全。因此，张拉选择的设备也应按照规定的范围和要求进行配置，否则会影响施工时施加的预应力值的准确性，影响人员和财产的安全。

4.2 预应力智能张拉施工注意事项

（1）在预制梁的同块试验中，如果在受拉结构中锚基和锚下混凝土开裂，直接主要原因是锚下混凝土不致密，基层容易出现位置偏差。施工时垂直于隧道或测量位置和螺旋衔铁的安装位置不正确，这些情况都会导致技术安全事故。为了解决这些问题，只需要拉伸钢线，对于小面积混凝土损坏可适当填充环氧树脂。如果在填充结构中使用2cm厚的钢板代替锚垫进行重新紧固，这会导致拉力超过100%，但在材料设计中拉力不能超过拉伸原则，所以注意工程施工、混凝土的和易性、流动性和钢筋间距等问题。

（2）在紧固过程中，如果锚杆下的混凝土出现混凝土裂缝，这种裂缝通常在设计值的70%～100%之间。此类裂纹容易造成起重机喷嘴损坏，危及人身安全并造成经济损失。注意在张拉结构过程中锚垫是否破裂或向后移动。如有异常，及时停车，除了工作的控制泵外，还应额外准备一台备用泵，以确保其中任何一个出现故障时都能正常运行[4]。

4.3 预应力张拉预制梁各参数

公差范围预制梁各项施工参数收紧后，实际伸长率超过理论伸长率的±6%，在此之前，必须对钢螺纹进行一系列性能测试，同时在操作人员的手，并且在执行张紧结构之前每个接口必须完好无损。智能张力泵站在进油和回油过程中速度和压力的升降，这些数据源在传感器上的读数应稳定一致。同时，工程技术人员必须经常检查安全阀，确保设备阀门的灵敏性和可靠性，确保油压为55MPa时油箱内的油压才能溢出。由于张紧系统中不同工作设备之间的数据传输采用无线传输方式，因此应保证监控装置与智能数控张紧泵之间没有大的障碍，并保持直线视觉距离。最大控制距离为200m，缠绕钢线的方法必须严格按照“梳理和穿线”程序进行，防止钢线缠在管道中产生弯曲，造成张力不均。此外，在钻孔过程中，应加强对预应力表面的质量检查，清除表面结构的油渍，及时更换损坏的预应力筋。

5 智能预应力张拉技术的优势

与传统的拉紧技术相比，智能拉紧技术的优点是，除其他外，包括：数据的精确度和压力，实时监测，自动稳定化数据，自动异常预警等等。智能控制技术可以在任何时候储存拉紧数据，从而可以加大在查询时的轻松度。实时输入电压数据，并在生产电压症状时展示操作参数和相关数据，以确保施工质量达到最佳。此外，智能系统技术的自动备份功能可以避免数据丢失。传统的滑动技术中的设计误差通常很大，但使用智能拉紧技术可以将误差限制在±1的上限之内。此外，收集设备后，钢丝长度可以自动转到计算机上，计算机将完成物理发展过程，从而确保在标准范围内同步压缩展。张智能技术的应用将最大限度地减少环境和人类因素对施工工作的影响，并确保施工的质量和效率。

6 结语

综上所述，在交通运输行业的不断发展中，高速公路桥梁的施工也开始有着越来越高的要求。将预应力智能张拉技术应用到高速公路预制梁的施工过程中，不仅可以避免传统人工操作的诸多问题，有效控制预应力张拉施工的质量，也能够进一步提升高速公路预制梁的结构强度，并有效保障高速公路桥梁应用的安全性。相比传统的人工张拉技术，预应力智能张拉技术在效率和精准度方面都实现了进一步的提升，将该技术应用到高速公路预制梁施工中，其技术优势也更加显著。