預應力智能張拉施工技術在橋梁工程中的應用要點分析

摘要 為預防橋梁安全事故，提升橋梁結構耐久性，預應力橋梁建設時，應進一步優化預應力張拉工藝，預防橋梁質量隱患。預應力智能張拉施工技術可彌補傳統張拉施工的不足之處，保障橋梁結構的預應力張拉效果，減少橋梁出現結構開裂、下撓的風險。因此，文章基于某橋梁工程項目，對預應力智能張拉施工技術原理，以及在橋梁工程中預應力智能張拉的技術要點展開研究，提出了橋梁工程中預應力智能張拉技術的質量控制措施，以提升預應力橋梁建設質量，延長橋梁結構壽命，保障橋梁運營安全。

關鍵詞 預應力張拉；智能張拉；橋梁工程；施工技術

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0058-03

0 引言

預應力智能張拉施工技術是以信息化、傳感、大數據技術為核心，開發應用智能張拉設備，配合計算機程序，設置標準化預應力張拉施工參數，自動控制預應力橋梁建設中的伸長值、張拉力，減少施工誤差，保障橋梁預應力張拉質量。為充分發揮預應力智能張拉技術在橋梁工程中的應用優勢，橋梁工程施工中應明確預應力結構的智能張拉技術要點，規范橋梁施工流程，確保預應力橋梁結構的整體質量符合建設要求。

1 項目概況

某橋梁工程項目，橋梁橫坡坡度為2%，縱坡坡度為0.9%。橋梁結構為預應力混凝土橋梁，總長4 m×20 m+4 m×20 m，預制梁結構、橋墩、橋墩墩頂混凝土均為C50混凝土。上部結構采用后張法空心板梁工藝，其余結構實施先簡支、后連續的施工工藝。橋梁結構張拉采用“智能張拉工藝”，張拉工具中的預應力鋼絞線為高強度鋼絞線，抗拉強度為1 866 MPa，直徑為15 mm，彈性模量為1.95×105 MPa，松弛率為3.45%。錨具為預應力梁鋼束，預應力管道為金屬波紋管。金屬波紋管的摩阻系數為0.25，偏差系數為0.001 5 mm/m。

2 預應力智能張拉技術原理

橋梁結構預應力智能張拉是運用計算機系統，智能控制張拉過程中的加載速率、張拉力、伸長率、持荷時間等關鍵參數，減少傳統人工張拉時的誤差、質量風險。智能張拉系統由千斤頂、油泵、控制主機等組成，在智能張拉過程中會以橋梁結構的張拉應力為智能控制指標，并依據伸長量校對張拉參數[1]。在預應力智能張拉過程中，系統可自動采集鋼絞線的伸長量、回縮量，以及千斤頂工作壓力等關鍵數據，實時傳輸至系統主機后分析數據，下達張拉指令，調整電機參數，實現高精度的智能張拉，具體原理如圖1所示。

3 橋梁工程中預應力智能張拉施工技術要點

3.1 施工前準備

（1）核對智能張拉施工所需的夾片和錨具的規格、質量。按批次抽取錨具、夾片樣品進行質量檢測，合格后方可使用。

（2）正式張拉前，預壓混凝土試塊，采用相同養護方式，驗證試塊強度，計算橋梁結構強度代表值。混凝土強度大于設計強度的85%后，可進行智能張拉作業。

（3）檢查孔道，清除孔道內雜物。可拉動鋼束，鋼束移動無卡頓表示無異物。有異物時應用高壓水清除。結合預應力鋼束，校驗配對千斤頂、錨具等配套設施的合理性，如表1所示。

（4）計算預應力鋼絞線張拉伸長量，補充施工參數。橋梁結構預應力智能張拉的施工目的是同步控制張拉應力、張拉伸長率。根據《公路橋梁施工技術規范》（JTG F50—2017），預應力筋張拉采用應力控制工藝時，實際伸長值、理論伸長值偏差應lt;6%[2]。因此，需計算張拉伸長率，以反饋智能張拉過程中的伸長值。

張拉伸長率的計算公式如下：

式（1）中，V——張拉伸長率；ΔLS——實際伸長量；ΔLL——理論伸長量。

理論伸長量的計算公式：

式（2）中，pp——預應力筋平均張拉力；L——預應力筋長度；AP——預應力筋截面面積；Ep——預應力筋彈性模量[3]。

3.2 安裝智能張拉設備

（1）檢驗千斤頂、設備儀表、壓力表等智能張拉配套設備。根據智能張拉設備說明書、施工要求，安裝限位板、定位錨板，收編預應力鋼束，穿索后安裝千斤頂。

（2）對準限位板，安裝千斤頂、工具錨。工具錨和前端張拉錨具對齊，按孔位排列。安裝時應避免鋼絞線和千斤頂穿心孔交叉。安裝工作錨時，應先清理錨圈表面，去除油漬、泥沙后對準孔道、安裝錨環。錨孔內應設置夾片，裝入后輕輕敲打，使其平齊。

（3）連接智能張拉設備的千斤頂油管、油泵、油表電源，啟動油泵，重復打出千斤頂活塞，排出千斤頂缸體內的空氣。

3.3 啟動智能張拉程序

3.3.1 智能張拉程序

（1）啟動智能張拉系統，開啟智能張拉程序。系統發出控制信號，由智能張拉儀器操作千斤頂，按順序進行預應力智能張拉。

（2）油泵自動獲取供油指令，千斤頂張拉油缸供油后，分3級加載油壓，使油壓上升。油壓加載量分別為10%、20%、100%。

（3）智能張拉預應力橋梁結構，張拉過程中記錄張拉后千斤頂的活塞伸長值、張拉應力、鋼束伸長量等關鍵數據，計算實際值與標準值的偏差。張拉過程中，智能控制千斤頂的加載速度，穩定給油、持荷，同時自動校核預應力張拉中的數據信息。實際值與標準值的誤差大于±6%時，系統應自動報警，停止張拉程序[4]。智能排除誤差原因后進行下一步作業。橋梁工程中，預應力智能張拉采用“兩端對稱張拉”方式，預應力鋼絞線的智能張拉程序：啟動油泵—油壓調整為10%、持荷1 min—加載油壓至20%、持荷1 min—油壓加載為100%、持荷5 min。

3.3.2 智能張拉順序

預應力張拉前，檢查橋梁結構混凝土強度、彈性模量，符合要求后進行預應力智能張拉作業。張拉、壓漿作業結束后，移出梁體結構。同束鋼絞線張拉時，兩端應同步張拉，具體張拉順序如下：

（1）20 m預應力小箱梁結構：50%橫梁鋼束—縱向腹板通長鋼束—剩余橫梁鋼束—剩余縱向鋼束。

（2）25 m、30 m預應力小箱梁結構張拉順序：50%橫梁鋼束—腹板鋼束—剩余橫梁鋼束—50%縱向鋼束—剩余縱向鋼束。

（3）40 m預制小箱梁結構：張拉作業分為“預張拉”“終拉”作業。1）箱梁結構混凝土強度大于設計值的60%后進行預張拉，張拉順序：先長束—后短束。2）混凝土結構強度大于85%，養護時間大于7 d后終拉，終拉順序：長束—短束—中間鋼束—兩側鋼束—彎橋外側鋼束—彎橋內側鋼束，終拉作業中的錨具控制應力為0.8 fpk。

（4）40 m預應力梁腹板鋼束張拉順序為：腹板鋼束—頂板鋼束—外側腹板鋼束—內側腹板鋼束。

（5）智能張拉過程中，張拉控制應力應大于設計值，具體數據以油表讀數為準，同時注意校核鋼絞線的伸長值。

3.4 上傳智能張拉數據

智能張拉作業結束后，生成張拉表格，上傳智能張拉數據，如表2所示。最后依次關閉計算機控制程序、張拉系統主機，拆除千斤頂、油泵。然后確認頂端多余鋼絞線的錨固效果，合格后切割多余鋼絞線，外露長度應小于3 cm。

3.5 真空壓漿

預應力智能張拉作業結束后的48 h內，進行預應力管道壓漿作業。項目采用“真空壓漿工藝”，應用真空泵抽干預應力管道，使其內部壓力控制在-0.06～-0.10 MPa后進行壓漿。

（1）關閉預應力管道排氣閥、灌漿閥，開啟真空閥門，調整管道內壓力，真空度符合要求后開始壓漿。壓漿前，應檢驗漿液性能，優化配比，嚴格按照配比方案摻入各類集料，配比偏差應小于1%。根據《公路橋梁施工技術規范》要求，預應力壓漿漿液水膠比應控制在0.26～0.27之間[5]。為確保漿液配置質量，可應用高精度渦輪流量計、電磁閥等設備，自動化控制漿液攪拌時的加水量、水泥等外加劑摻入量，精確控制壓漿的漿液水膠比。

（2）攪拌漿液，應用1.2 mm過濾網過濾漿液，過濾后放入存漿工具內。檢查注漿管路，確認管道結構錨固穩定、接口處密封，且無松動現象。真空泵標高小于注漿管路時，應安裝水閥，開啟水閥后應用真空泵輔助注漿，注漿壓力應控制在0.5～0.7 MPa。

（3）利用注漿泵注漿，孔道口溢出的漿液與灌注漿液濃度一致后，關閉注漿泵。將灌漿閥關閉，開啟真空泵，調節孔道內壓力。沿孔道最低位注漿，注漿過程中應持續運行灌漿泵，保持管道內壓力值穩定在0.6 MPa后，再持荷5 min，使孔道內漿液密實。

4 橋梁工程中預應力智能張拉施工質量管理措施

4.1 明確預應力張拉施工要求

（1）預應力鋼絞線編束時，應嚴格遵守鋼絞線“梳編穿束”工藝，將鋼絞線穿入預應力橋梁鋼筋孔道內。同時，確保鋼絞線索力均勻，且鋼絞線相互纏繞，以降低橋梁結構變形、裂縫風險，提升鋼絞線摩擦力、結構穩定性。

（2）依據限位板、工作錨板安裝預應力張拉設備，將工作錨板設置于錨墊板內。

（3）錨固鋼絞線時，應穩定張拉控制力，夾片錯位應小于2 mm，外露錨具高度應大于4 mm。

正式張拉前，對智能張拉操作人員進行技術培訓，使其明確預應力智能張拉的施工要點，熟悉計算機控制程序、張拉設備的操控方式。張拉過程中應關注張拉程序的壓力曲線、位移曲線變化，發現異常數據時應及時處理。

4.2 掌握智能張拉技術要點

（1）基于“偏心荷載小，均勻對稱張拉”原則實施智能張拉作業，確保預應力張拉時橋梁結構所受的張拉力平衡、均勻。張拉操作時，注意預防結構扭轉問題，控制混凝土變形風險[6]。

（2）嚴格控制各橋梁結構的張拉順序，同時減少張拉設備的移動次數，保持張拉設備橫向、對稱張拉，無偏心現象。

（3）對于同束扁錨，應實施“分索張拉”方案，分索張拉時先張拉鋼束中心，后對稱張拉。

4.3 預防預應力結構質量隱患

橋梁工程智能預應力張拉期間，梁體錨墊板、預應力混凝土結構開裂風險較大，造成該問題的原因較多，比如錨固區域下方混凝土結構密實度較差、錨墊板安裝定位不合理、預應力孔道沒有對齊錨墊板等。智能張拉過程中，預應力結構、錨墊板開裂會造成嚴重的安全、質量風險。因此，為預防橋梁預應力結構質量隱患，預制橋梁梁體結構時，應嚴格控制橋梁的鋼筋間距，確保混凝土澆筑材料流動性；混凝土振搗施工時應注意排查漏漿、漏振、漏筋等問題；智能張拉期間發現該類問題時，應立即停止施工，釋放鋼絞線，解決開裂問題后重新作業。

4.4 加強預應力張拉監督管理

橋梁預應力智能張拉過程中應加強張拉作業的監督管理。（1）張拉場地范圍內20 m禁止使用焊接設備，預防磁場干擾智能張拉系統中的傳感設備。（2）張拉控制設備應配備專業管理人員，使其觀察油壓值、設備運行狀態，發現漏油、滑絲現象后立即處理；定期檢查安全閥壓力變化值、回油速度、儀表讀數等。（3）張拉結束后，應及時檢測鋼絞線的基本性能，錨固張拉端；張拉端錨固后，張拉端不得放置重物。

4.5 保障預應力張拉施工安全

智能張拉施工中，還應采取安全防護措施。（1）張拉施工前，在智能張拉區域設置醒目標識，通過安全標識禁止閑雜人等進入施工范圍；施工場地內安裝電力設備后，還應檢查連接線路有無外漏情況，并通過“一機一閘一保護”的方式管理電力設備。（2）張拉設備安裝前，應將其存放在安全環境內，避免日曬雨淋。（3）張拉過程中施工人員需佩戴安全防護裝置，發現意外情況后應立即啟動安全應急處理預案，處理施工安全問題。（4）施工結束后，還應重視鋼絞線錨固段的安全防護，不得隨意堆放雜物。（5）拆除張拉設備前，應檢查電力設備油門、電源、閥門是否關閉，確認斷電、斷油后按順序拆除智能張拉設備，預防觸電。

5 結語

綜上所述，預應力智能張拉施工技術在橋梁工程中的應用，可有效提升預應力張拉施工質量，確保張拉參數的精準度。因此，在預應力橋梁工程建設中，應積極應用預應力智能張拉技術，采用自動化、智能化張拉控制設備優化橋梁張拉作業，確保預應力橋梁施工質量。但在具體應用智能張拉工藝時，應明確各環節技術要點，加強質量管理，全方位預防預應力橋梁質量隱患，保障橋梁結構的安全性能。

參考文獻

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