預應力箱梁智能張拉施工控制

張天喜

(山西長興路橋工程有限公司，山西長治 046000)

0 引言

預應力智能張拉系統依靠計算機進行智能化操作，實現設備自動運行，系統采用局域網WIFI連接計算機與智能張拉儀，利用計算機自帶的無線網卡，通過無線通訊接口與計算機進行數據交換來控制箱梁鋼絞線張拉施工過程，徹底改變了以前由人工來控制液壓油泵的預應力張拉施工，實現了預應力張拉全過程智能化，不需要人工開泵、人工手動測量伸長值，減少了鋼絞線張拉施工關鍵工序中人為因素的操作，保證了預應力結構安全和耐久性，目前已在全國高速公路全面推廣應用。

1 工程概況

我項目部承建的山西省左權至黎城高速公路項目ZL3-4標段位于黎城縣黃崖洞鎮和西井鎮境內，施工范圍:主線K46+300～K51+586．188(里程長度5 286 m)、G207 改路(LK0+180～LK0+500)、西井互通連接線(MK0+108～MK1+720)、M匝道(MK1+720～MK2+153．52)、Q 匝道(QK0+000 ～QK0+587．667)、G 匝道(GK1+516．521～GK2+300)。橋梁主要工程量:大橋1 301．5 m/4座，分離式立交173 m/2座，匝道橋381．08 m/5座;共計預制30 m箱梁8片，25 m箱梁176片，20 m箱梁398片。預制箱梁混凝土標號均為C50，普通鋼筋采用HPB235和HRB335鋼筋，預應力鋼絞線采用抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15．20 mm的低松弛高強度鋼絞線，其力學性能指標應符合GB/T 5224-2003預應力混凝土鋼絞線的規定。

2 箱梁預應力智能張拉技術工作原理

1)橋梁預應力智能張拉系統主要設備由預應力智能張拉儀、千斤頂、自帶無線網卡的強固筆記本電腦、高壓油管等組成(見圖1)。2)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，真正實現了預應力張拉應力與伸長量的智能雙控。3)智能張拉系統界面采用多種創新性設計，精確控制張拉力值大小，精確測量預應力筋伸長量，實現自動補張，及時校核伸長量誤差。無線采集控制，遠程監控，便于操作，模塊化設計，具有較高可靠性及可維護性。4)智能張拉儀為超高壓動力輸出裝置，它的作用主要是為梁體的張拉裝置(千斤頂)提供可靠、穩定的提升動力，具有提升、保壓、回程等功能。精準的實現程序設定的命令，通過無線通訊接口與計算機進行數據交換。采用成熟技術確保數據通訊的可靠交互。5)專用千斤頂長度和外徑比普通千斤頂小，能減小預留鋼絞線的長度，可廣泛應用于先張法和后張法的預應力施工。自身附帶電子位移傳感器，用于千斤頂內杠伸長量的測試(見圖2)。其具有精度高、誤差小、量程大、移動平順等特點。自身附帶高精度壓力傳感器，能精準測量千斤頂輸出的力值。正常使用情況下，千斤頂所附傳感器校驗周期為一年。

圖1 橋梁預應力智能張拉系統

圖2 專用千斤頂

3 預應力智能張拉技術要點

預應力智能張拉施工全過程:準備工作→千斤頂安裝→張拉施工。

3．1 準備工作

1)確保準備工作充分:與張拉系統能配套使用的限位板、錨具、電腦(預裝Windows XP操作系統，自帶無線網絡適配器;對于使用網絡版的系統，必須配置攝像頭)、三相電纜、遮陽傘等必須準備齊全。2)核對專用千斤頂的編號，由于專用千斤頂都在出廠前統一標定，使用時一定要注意對應正確的標定公式，并到當地質量技術監督局重新標定復核。3)打開主控電腦，安裝預應力智能張拉系統，進入軟件主界面，輸入工程信息及梁板張拉參數，確定好待張拉的梁板。4)熟悉《LZ5905預應力智能張拉系統軟件使用說明》《LZ5905預應力智能張拉系統安全注意事項》所述內容。

3．2 千斤頂安裝

預制箱梁C50混凝土強度達到設計強度的85%，養護時間大于7 d時，即可進行鋼絞線張拉施工。智能張拉之前，由試驗室壓同條件制作、養護的試塊，并對箱梁進行強度回彈試驗，結果符合設計及規范要求后進行張拉。

1)測量兩端鋼絞線長度，使兩端鋼絞線預留長度相同，并滿足張拉工作長度要求。2)安裝錨具，錨具要準確安裝在錨墊板的限位槽內，然后用套管將夾片打緊，使錨具與錨墊板緊密結合。3)安裝夾片限位板，限位板要與錨具緊密結合，確保在張拉過程中不發生位移。4)千斤頂安裝，起吊千斤頂，使千斤頂軸線方向與限位板及錨墊板頂面方向相垂直，與鋼絞線軸線方向平行。5)安裝工具錨及工具夾片:工具錨每一孔位與前端錨具每一孔內的鋼絞線相對應，并緊貼千斤頂末端，然后安裝工具夾片，用套管將工具夾片打緊。

3．3 張拉施工

1)啟動張拉程序，智能張拉平臺系統發出張拉信號，張拉信號通過電子傳感技術傳遞給智能張拉儀，智能張拉儀控制千斤頂按預先設置的張拉程序對鋼絞線進行智能張拉。2)液壓油泵通過油管供油到千斤頂張拉油缸內，逐漸加載使油壓緩慢上升，加載過程為10%(即計算鋼絞線伸長量的起始點)→20%→40%→60%→80%→100%。3)千斤頂在張拉施工過程中，智能張拉系統平臺對鋼絞線每一張拉階段的伸長量進行跟蹤記錄，每一階段張拉后的活塞伸長值即為鋼絞線的伸長量，智能張拉系統隨時檢查鋼絞線實測伸長量與計算伸長量的偏差。4)張拉施工過程中，張拉儀通過智能張拉系統發出的一系列張拉信號控制千斤頂勻速加載、平衡持荷。5)張拉期間，智能張拉系統自動校驗鋼絞線伸長量數據，若鋼絞線實測伸長量與理論計算伸長量相差大于±6%時，智能張拉系統會自動報警，千斤頂停止工作。這種情況發生時，應立即查明原因，待問題解決后再進行下一階段的張拉工作。

4 預應力智能張拉過程控制

預應力混凝土結構施工無法直觀地檢查其質量，只能通過“施工過程控制”(即預鋼絞線穿束、錨具安裝、波紋管定位、張拉設備標定、專業技術人員培訓、張拉施工工藝等)來保證預應力張拉施工質量。

4．1 預應力張拉質量控制

1)波紋管定位:波紋管的位置要按照設計圖紙給定的坐標采用定位鋼筋固定，若波紋管位置與箱梁鋼筋相交叉，此時要移動鋼筋位置，保證波紋管位置不變。在澆筑箱梁混凝土前，安排專人檢查波紋管的密封性，以防在澆筑箱梁混凝土時水泥漿液進入波紋管內，堵塞管道。2)鋼絞線穿束嚴格執行梳編穿束工藝，以防鋼絞線穿束時相互纏繞受力不均，兩端預留長度應滿足張拉工作長度。3)鋼絞線張拉時，按設計圖紙要求的張拉順序對每一束鋼絞線進行均勻對稱張拉，使箱梁整體受力均勻，避免在張拉過程中造成箱梁腹板扭轉或側向彎曲。4)鋼絞線張拉達到設計控制力且穩定后方可錨固，確保兩夾片相互錯位小于2 mm，夾片頂面超出錨具頂面距離小于4 mm。5)鋼絞線張拉錨固后，孔道應盡早注漿，且應在48 h內完成，否則應采取避免鋼絞線銹蝕的措施。

4．2 預應力張拉安全控制

1)預應力張拉施工現場必須做到安全標志設置醒目，安全防護設施配備齊全，禁止與箱梁張拉工作無關的人員進入張拉現場。2)預應力張拉現場應安排受過專業培訓的技術人員進行全面管理，在張拉過程中應密切注意梁板兩端千斤頂伸長量，若有異常情況應立即停止一切張拉工作，排除故障后，方可繼續張拉。3)確保專用千斤頂支架穩定，以防支架不穩或受力不勻傾倒傷人。4)梁板張拉前，兩端2 m范圍內設置擋板，張拉過程中，千斤頂正前方嚴禁站人，以防鋼絞線斷絲或錨具夾片被拉壞發生重大安全事故。5)鋼絞線張拉全部完成，經監理工程師同意后應盡早進行壓漿，未進行壓漿的箱梁，確保其不受外力碰撞。

5 結語

通過在左黎高速公路ZL3標橋梁施工中，從已完工的200片箱梁張拉數據結果顯示，采用預應力智能張拉系統，鋼絞線最大伸長量誤差在2%以內。減少了普通張拉中人為因素的影響，提高了預應力混凝土箱梁張拉質量，也減少了橋梁運營過程中的維護成本。

［1］王遠平，魏劍偉．計算機在預應力混凝土結構張拉中的應用［J］．工程力學，2001(sup):40-41．

［2］陳湘林．橋梁工程預應力混凝土結構施工技術［Z］．2008:10．

［3］朱新實，劉效堯．預應力技術及材料設備［M］．第2版．北京:人民交通出版社，2005．