談公路橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉施工技術(shù)

張瑞斌

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

我省大多數(shù)在建、已建公路橋梁的預(yù)應(yīng)力張拉采用傳統(tǒng)的施工工藝，預(yù)應(yīng)力張拉施工不規(guī)范，且缺乏有效的質(zhì)量控制手段，橋梁質(zhì)量存在隱患。如何改進(jìn)施工工藝使預(yù)應(yīng)力張拉能有效地完成，如何對(duì)整個(gè)橋梁預(yù)應(yīng)力工程加以控制，已經(jīng)成為亟待解決的重要問(wèn)題。然而，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉施工中采用人工操作，人為因素不可控，其同步精度無(wú)法保證，有效預(yù)應(yīng)力難以滿足設(shè)計(jì)要求;張拉施工中停頓時(shí)間不充分，使得預(yù)應(yīng)力筋回縮、錨具變形等原因引起的預(yù)應(yīng)力損失十分嚴(yán)重，影響有效預(yù)應(yīng)力的施加。如何嚴(yán)格控制有效預(yù)應(yīng)力的大小及其不均勻度，確保橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，是解決當(dāng)前因施工不當(dāng)而造成橋梁預(yù)應(yīng)力病害問(wèn)題的最有效也是最直接的方法，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

本文依托岢嵐至臨縣高速公路路基八標(biāo)橋梁預(yù)制梁施工，梁體預(yù)應(yīng)力采用智能張拉新工藝。智能張拉能精確控制有效預(yù)應(yīng)力大小，實(shí)現(xiàn)張拉過(guò)程智能控制，消除人工操作誤差，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉施工過(guò)程質(zhì)量管理，達(dá)到“實(shí)時(shí)跟蹤、智能控制、及時(shí)糾錯(cuò)”的目的。

1 工程概況

岢嵐至臨縣高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“3縱11橫11環(huán)”中西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第四橫和第五橫高速公路串聯(lián)起來(lái)的重要路段。岢嵐至臨縣高速公路線路起于岢嵐縣高家會(huì)鄉(xiāng)西會(huì)村，終于臨縣陳家莊西北部，全長(zhǎng)125.227 km。本線路穿越山西省的岢嵐縣、興縣與臨縣，總體為南北走向。

岢嵐至臨縣高速公路LJ8合同段位于山西省臨縣白文鎮(zhèn)境內(nèi)，主線全長(zhǎng)11.45 km。全線主線橋梁4 671 m/14座，匝道橋梁422 m/2座;預(yù)制架設(shè)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 智能張拉系統(tǒng)及工作原理

橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)主要組成部分有:智能張拉系統(tǒng)平臺(tái)、LZ-5901智能張拉儀和專用千斤頂。

預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)以應(yīng)力為控制指標(biāo)，伸長(zhǎng)量誤差作為校對(duì)指標(biāo)。系統(tǒng)通過(guò)傳感技術(shù)采集每臺(tái)張拉設(shè)備(千斤頂)的工作壓力和鋼絞線的伸長(zhǎng)量(含回縮量)等數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行分析判斷，同時(shí)張拉設(shè)備(泵站)接收系統(tǒng)指令，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻電機(jī)工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)調(diào)控油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)張拉力及加載速度的實(shí)時(shí)精確控制。系統(tǒng)還根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，由主機(jī)發(fā)出指令，同步控制每臺(tái)設(shè)備的每一個(gè)機(jī)械動(dòng)作，自動(dòng)完成整個(gè)張拉過(guò)程。

智能張拉系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，界面人性化，適應(yīng)各種施工場(chǎng)地環(huán)境。借助智能張拉系統(tǒng)，可以自動(dòng)讀取梁板參數(shù)，智能計(jì)算張拉過(guò)程的壓力值，無(wú)線控制油泵的進(jìn)退油，實(shí)時(shí)無(wú)線采集油壓與位移信息，自動(dòng)生成預(yù)應(yīng)力張拉記錄表等功能。全程無(wú)需人工干預(yù)，且具有錯(cuò)誤糾正、數(shù)據(jù)同步、張拉審核等張拉過(guò)程控制，核心是在預(yù)應(yīng)力張拉控制和施工技術(shù)總結(jié)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制張拉施工過(guò)程，完全改變了傳統(tǒng)的通過(guò)人工來(lái)操縱油泵進(jìn)行張拉操作，真正地實(shí)現(xiàn)了張拉的同步性控制。

3 智能張拉系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)

1)精確施加應(yīng)力。系統(tǒng)能精確控制施加的預(yù)應(yīng)力值，將誤差范圍由傳統(tǒng)張拉的±15%縮小到±1%(2011版橋涵施工技術(shù)規(guī)范7.12.2第2款規(guī)定“張拉力控制應(yīng)力的精度宜為 ±1.5%”)。

2)及時(shí)校核伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)“雙控”。實(shí)時(shí)采集鋼絞線伸長(zhǎng)量，自動(dòng)計(jì)算伸長(zhǎng)量，及時(shí)校核伸長(zhǎng)量是否在±6%范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力與伸長(zhǎng)量同步“雙控”。

3)對(duì)稱同步張拉。一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制兩臺(tái)或多臺(tái)千斤頂同時(shí)、同步對(duì)稱張拉，實(shí)現(xiàn)“多頂同步張拉”工藝(規(guī)范7.12.2第1款規(guī)定“各千斤頂之間同步張拉力的允許誤差為±2%”)。

4)智能控制張拉過(guò)程，減少預(yù)應(yīng)力損失。張拉程序智能控制，不受人為、環(huán)境因素影響;停頓點(diǎn)、加載速率、持荷時(shí)間等張拉過(guò)程要素完全符合橋梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范要求(規(guī)范規(guī)定持荷時(shí)間為5 min)。最大限度減少了張拉過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力損失。

5)自動(dòng)生成報(bào)表，杜絕數(shù)據(jù)造假。自動(dòng)生成張拉記錄表，杜絕人為造假的可能，可進(jìn)行真實(shí)的施工過(guò)程還原。同時(shí)還省去了張拉力、伸長(zhǎng)量等數(shù)據(jù)的計(jì)算、填寫過(guò)程，提高了工作效率。

6)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，方便質(zhì)量管理，提高管理效率。統(tǒng)一業(yè)主、監(jiān)理、施工、檢測(cè)單位于同一互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，能實(shí)時(shí)進(jìn)行交互，突破了地域的限制，及時(shí)掌握預(yù)制梁場(chǎng)和橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量情況，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)跟蹤、智能控制、及時(shí)糾錯(cuò)”。

4 智能張拉施工工藝

預(yù)應(yīng)力智能張拉過(guò)程包括設(shè)備安裝以及智能張拉兩部分。

4.1 張拉設(shè)備安裝

在張拉作業(yè)之前，相關(guān)技術(shù)人員和監(jiān)理人員對(duì)構(gòu)件進(jìn)行檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)結(jié)果符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求方可進(jìn)行張拉。經(jīng)平臺(tái)系統(tǒng)監(jiān)理單位審核批準(zhǔn)后，張拉控制系統(tǒng)才能啟動(dòng)。根據(jù)此設(shè)備的使用說(shuō)明及要求，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員開始收編穿索、穿索、安裝千斤頂(工作錨及夾片)等施工程序，具體安裝程序如下:

1)安裝限位板，限位板由止口與錨板定位;

2)安裝專用千斤頂，千斤頂止口應(yīng)對(duì)準(zhǔn)限位板;

3)安裝工具錨，應(yīng)與前端張拉端錨具對(duì)正，使孔位排列一致，不得使鋼絞線在千斤頂?shù)拇┬目装l(fā)生交叉，以免張拉時(shí)出現(xiàn)失錨事故，工具錨夾片均勻涂退錨靈;

4)連千斤頂油管，接油表，接油泵電源;

5)開動(dòng)油泵，將千斤頂活塞來(lái)回打出幾次，以排出可能殘存于千斤頂缸體中的空氣。

4.2 智能張拉

1)啟動(dòng)張拉智能平臺(tái)系統(tǒng)后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員、監(jiān)理員現(xiàn)場(chǎng)攝像，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員啟動(dòng)張拉程序。智能張拉平臺(tái)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，傳遞給LZ-5901智能張拉儀張拉系統(tǒng)，通過(guò)張拉系統(tǒng)控制專用千斤頂按預(yù)先系統(tǒng)編制的張拉順序進(jìn)行對(duì)稱均衡張拉;

2)油泵供油給千斤頂張拉油缸，按五級(jí)加載過(guò)程依次上升油壓，分級(jí)方式為10%(初應(yīng)力即計(jì)算伸長(zhǎng)值的起點(diǎn))，20%，40%，60% ，80% ，100%;

3)張拉過(guò)程中智能張拉平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)每一級(jí)進(jìn)行測(cè)量和記錄，測(cè)量每一級(jí)張拉后的活塞伸長(zhǎng)值的讀數(shù)，并隨時(shí)檢查伸長(zhǎng)值與計(jì)算值的偏差;

4)張拉時(shí)，通過(guò)智能張拉系統(tǒng)平臺(tái)和LZ-5901智能張拉系統(tǒng)控制好專用千斤頂加載速度，確保給油平穩(wěn)，持荷穩(wěn)定;

5)張拉過(guò)程中，系統(tǒng)將自動(dòng)校核測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值相差大于±6%時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，停止張拉。待查明原因，排除問(wèn)題后，方可進(jìn)行下一步的工作。

5 智能張拉施工控制

由于預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝相對(duì)較復(fù)雜、技術(shù)難度大，預(yù)應(yīng)力施工無(wú)法直觀地檢查其質(zhì)量，在質(zhì)量認(rèn)證中屬于很難檢查其結(jié)果的特殊控制過(guò)程。施工中只有通過(guò)控制其過(guò)程包括控制預(yù)應(yīng)力材料、設(shè)備、施工人員、施工工藝等來(lái)保證施工質(zhì)量。現(xiàn)就結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際張拉情況簡(jiǎn)要總結(jié)幾點(diǎn)質(zhì)量安全控制要點(diǎn)。

5.1 張拉質(zhì)量控制

1)施工中要嚴(yán)格執(zhí)行梳編穿束工藝，以防索力不均勻，鋼絞線穿束時(shí)相互纏繞。

2)限位板應(yīng)將寫有對(duì)應(yīng)使用規(guī)格數(shù)字的面對(duì)準(zhǔn)工作錨板安裝，安裝后保證工作錨板在錨墊板止口內(nèi)。

3)保證限位板、千斤頂、工具錨板同軸。

4)張拉控制力達(dá)到穩(wěn)定后方可錨固，夾片相互間錯(cuò)位不宜大于2 mm，露出錨具外高度不應(yīng)大于4 mm。

5)工具錨板錐孔、工具夾片應(yīng)經(jīng)常涂潤(rùn)滑劑。

5.2 張拉順序控制

1)張拉順序遵循均勻?qū)ΨQ，偏心荷載小的原則，以確保結(jié)構(gòu)及構(gòu)件受力均勻，張拉過(guò)程中不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、側(cè)彎，防止混凝土產(chǎn)生超應(yīng)力、過(guò)大的附加應(yīng)力與變形。此外，安排張拉順序還應(yīng)考慮到盡量減少?gòu)埨O(shè)備來(lái)回移動(dòng)次數(shù)。

2)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求張拉順序進(jìn)行施工，盡量做到橫向?qū)ΨQ，避免橫向產(chǎn)生偏心造成平彎開裂現(xiàn)象。

3)對(duì)于同一束扁錨如采用分索張拉應(yīng)從中心孔開始張拉，再對(duì)稱進(jìn)行。

5.3 張拉安全控制

1)張拉現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有明顯標(biāo)志，與工作無(wú)關(guān)的人員嚴(yán)禁入內(nèi)。

2)作業(yè)應(yīng)由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)指揮。

3)專用千斤頂支架必須與梁端墊板接觸良好，位置正直對(duì)稱，嚴(yán)禁多加墊塊，以防支架不穩(wěn)或受力不勻傾倒傷人。

4)已張拉完而未進(jìn)行壓漿的梁體，嚴(yán)禁劇烈震動(dòng)，以防止預(yù)應(yīng)力筋斷裂或錨具崩開而釀成重大事故。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在岢嵐高速公路路基八標(biāo)梁體施工中推廣運(yùn)用預(yù)應(yīng)力智能張拉新工藝，從梁板張拉結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，張拉施工效果明顯，最高延伸量誤差在2%以內(nèi)，實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量相差不到1 mm，基本杜絕了人工對(duì)張拉質(zhì)量的影響，保證了橋梁預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量。相比之下，傳統(tǒng)張拉依靠施工人員手動(dòng)驅(qū)動(dòng)油泵、人工量測(cè)伸長(zhǎng)值、人工記錄張拉數(shù)據(jù)，張拉工藝存在以下問(wèn)題:張拉力控制誤差過(guò)大;鋼絞線伸長(zhǎng)值測(cè)量不及時(shí)、準(zhǔn)確，未能實(shí)現(xiàn)張拉力和伸長(zhǎng)值的雙重同步控制;張拉過(guò)程很不規(guī)范，預(yù)應(yīng)力損失大;兩端對(duì)稱張拉不同步，結(jié)構(gòu)受力不均;人工記錄數(shù)據(jù)，質(zhì)量隱患被掩蓋。智能張拉系統(tǒng)自動(dòng)讀取梁板參數(shù)，智能控制施加的預(yù)應(yīng)力值，無(wú)線控制油泵的進(jìn)退油，實(shí)時(shí)無(wú)線采集油壓與位移信息，自動(dòng)生成預(yù)應(yīng)力張拉記錄表等。全程無(wú)需人工干預(yù)，且對(duì)錯(cuò)誤糾正、數(shù)據(jù)同步、張拉校核等張拉過(guò)程實(shí)行控制。操作簡(jiǎn)單，界面人性化，適應(yīng)各種施工場(chǎng)地環(huán)境，大幅度的改變了傳統(tǒng)施工的弊端，有效提高了施工的精確度(精度1%)。橋梁預(yù)應(yīng)力智能張拉新工藝的成功實(shí)施，不僅降低了施工中人為因素的影響，減少了張拉施工的誤差，節(jié)約了投資，而且提高了橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

岢臨高速公路路基八標(biāo)梁體預(yù)應(yīng)力智能張拉新工藝的成功實(shí)施，真正意義上提高了張拉施工質(zhì)量，保證了橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性，大大地降低了橋梁全壽命周期成本。該橋梁預(yù)應(yīng)力張拉新工藝的成功應(yīng)用，將給省內(nèi)其他公路橋梁預(yù)應(yīng)力張拉提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

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