T梁预应力智能张拉精细化施工工艺及施工控制

■　杨夏（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，厦门　361000）



T梁预应力智能张拉精细化施工工艺及施工控制

■杨夏
（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，厦门361000）

摘要福建省高速公路桥梁工程的预应力施工采用智能张拉能够解决传统张拉中存在的问题，能够有效的控制施工质量、规范施工、节约成本，正在工程应用中大力完善和推广。本文依托厦沙高速公路三明段A2合同段标段内1号梁场内的卢平1号大桥40m预应力T梁施工为背景，采用桥梁预应力智能张拉精细化施工技术，对预应力张拉实时全程跟踪、智能控制、及时纠错，解决了人工张拉中测量精度较低、人员安全事故易发等问题，减少了环境与人为等因素的影响，切实有效的控制了锚下预应力的大小。本文所提改进施工工艺和规范张拉过程，提高了预应力施工质量，保证了桥梁结构安全和耐久性，降低了桥梁施工成本。

关键词T梁预应力智能张拉施工工艺质量控制

0　引言

大量在役的预应力桥梁调查和检测结果表明，预应力桥梁质量隐患主要来源于预应力张拉施工不规范和缺乏有效的质量控制手段。如何改进和细化施工技术使预应力张拉能有效地完成，如何对整个桥梁预应力工程加以控制，已经成为亟待解决的重要问题。然而，传统的预应力张拉控制方法由于受到监测手段的限制，其同步精度根本无法保证。张拉中持荷时间不充分，使得预应力筋回缩、锚具变形等原因引起较大的预应力损失，严重影响有效预应力的建立。如何严格控制有效预应力的大小及其不均匀度，确保桥梁预应力张拉施工质量符合设计和规范要求，是解决当前因施工不当而造成桥梁预应力病害问题的最有效、最直接的方法，具有重大的现实意义。

1　工程概况

卢平1号大桥全桥共2联：4×40m+3×40m，本桥中线桩号为K119+310.75，全桥长287.5m，双向四车道。平面分别位于缓和曲线（起始桩号K199+165.5，终止桩号K206.366）、缓和曲线（起始桩号K119+206.366，终止桩号K119+366.366，左偏）和圆曲线（起始桩号K119+366.366，终止桩号K119+454.5，左偏）上，纵断面位于R=13000m的竖曲线上。主桥上部采用预应力混凝土连续T梁，先简支后结构连续，按全预应力构件设计。全桥共70片40mT梁，其中中跨中梁18片、中跨边梁12片、边跨中梁24片、边跨中梁16片。梁间距2.4m，标准预制梁长中跨为39.2m，边跨为39.52m。主梁采用C50混凝土，采用高强低松弛预应力钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1 860MPa，直径为15．20mm，面积为139．0mm2，弹性模量Ep=1．95×105MPa。预制T梁正弯矩钢束采用15－8型、15－9型系列锚具及其配件，预应力管道采用圆形金属波纹管；预制梁在墩顶处的负弯矩钢束采用BM15－4型扁锚及其配件，管道采用扁形金属波纹管。

2　智能张拉系统及工作原理

桥梁预应力张拉智能控制系统主要组成部分有：（1）智能张拉系统平台；（2）GDZL-2-2-M系列智能张拉仪；（3）专用千斤顶组成，如图1所示。

图1　预应力张拉智能控制系统

施工时根据系统预先设定的账号、角色和使用权限，通过智能张拉系统平台，输入申请张拉的梁板编号，即可提取张拉要素。在填写相关信息之后，提交张拉申请，系统将通过计算系统自动计算张拉力和伸长值控制值，一切张拉准备就绪，经由监理单位审核批准后，施工单位启动“张拉施工控制”智能张拉系统平台界面。由GDZL-2-2-M智能张系统输出液压油量控制信息，通过专用千斤顶液压终端来达到智能控制张拉的目的。张拉完成后数据自动上传，通过智能张拉平台系统，施工单位、监理、业主可以根据预先设定的用户权限登录平台系统，对整个张拉进度、延伸率、起拱度等过程进行全面控制了解。如有不符合质量要求，系统将及时预警，并提供预应力张拉控制“平均张拉力”和“理论伸长量”分析指标，分析原因，及时积累数据，还可原张拉过程，积累工程经验。核心是在预应力张拉控制和施工技术总结的基础上，通过计算机来控制张拉施工过程，完全改变了传统的通过人工来操纵油泵进行张拉操作，真正地实现了张拉的同步性控制。

该智能张拉系统与传统张拉方式相比，能够使业主、监理、施工单位、检测单位在通过互联网在同一个平台上进行数据交流，突破了地域的限制，实现质量管理的严密性。

3　智能张拉施工工艺

3.1张拉设备安装

在张拉作业之前，相关技术人员和监理人员对构件进行检验，其检验结果符合质量标准要求方可进行张拉。经平台系统监理单位审核批准后，张拉控制系统才能启动。根据此设备的使用说明及要求，现场施工作业人员开始收编穿索、穿索、安装千斤顶（工作锚及夹片）等施工程序，具体安装程序如下：

（1）安装限位板，限位板有止口与锚板定位。

（2）安装专用千斤顶，千斤顶止口应对准限位板，如图2所示。

（3）安装工具锚，应与前端张拉端锚具对正，使孔位排列一致，不得使钢绞线在千斤顶的穿心孔发生交叉，以免张拉时出现失锚事故，工具锚夹片均匀涂退锚灵。

（4）连千斤顶油管，接油表，接油泵电源。

（5）开动油泵，将千斤顶活塞来回打出几次，排出可能残存于千斤顶缸体中的空气。

3.2智能张拉

（1）启动张拉智能平台系统后，现场操作人员、监理员现场摄像，由现场操作人员启动张拉程序。

智能张拉平台系统发出信号，传递给GDZL-2-2-M智能张拉仪张拉系统，通过张拉系统控制专用千斤顶按预先系统编制的张拉顺序进行对称均衡张拉。

图2　千斤顶现场安装相片

（2）油泵供油给千斤顶张拉油缸，按五级加载过程依次上升油压，分级方式为10％（初应力即计算伸长值的起点），20％、40％、60％、80％、100％。

（3）张拉过程中智能张拉平台系统对每一级进行测量和记录，测量每一级张拉后的活塞伸长值的读数，并随时检查伸长值与计算值的偏差。

（4）张拉时，通过智能张拉系统平台和GDZL-2-2-M智能张拉系统控制好专用千斤顶加载速度，确保给油平稳，持荷稳定，如图3所示。

图3　智能张拉系统张拉信息表

（5）张拉过程中，系统将自动校核测量数据，当实际伸长值与理论伸长值相差大于正负6％时系统将自动报警，停止张拉。待查明原因，排除问题后，方可进行下一步的工作。

3.3梁张拉实例

根据工程现场T梁预应力张拉实验和张拉结果为依托，40mT梁预应力张拉的主要顺序为：50％N2→50％N3→N1Z→N1Y→100％N2→100％N3→N4，钢束布置如图4所示。

图4　锚固端预应力钢束布置图（单位：mm）

智能张拉过程中，各钢束受力及伸长量与时间的关系，如图5～图11所示。

图5　50％N2张拉图

图6　50％N3张拉图

图7　N1z张拉图

图8　N1y张拉图

图9　100％N2张拉图

图10　100％N3张拉图

图11　N4张拉图

图5～图11中的压力/时间曲线的蓝色线表示T梁小里程端的张拉力，红色线表示大里程端的。图中两条曲线随时间变化基本重合，说明智能张拉设备能够减少传统工艺梁两端张拉力不同步的缺点，确保张拉力同步。伸长值/时间曲线的结果亦然。

通过在卢平1号大桥共70片40 m T梁施工中，运用T梁预应力智能张拉精细化施工工艺及施工控制方案，从已完工的70片梁板张拉数据结果显示，张拉施工效果明显，最高延伸量误差均在规范要求的±6％以内，大部分误差均在±2％以内，如图12所示。基本杜绝了人工对张拉施工的影响，保证了桥梁预应力的质量。相比之下，传统张拉依靠施工人员手动操作方向阀，实现方向切换的施工方法，人工量测伸长值，无法有效对预应力钢绞线的承受张拉力以及张拉长度进行实时监控。智能张拉系统自动读取梁板参数，智能计算张拉过程的压力值，无线控制油泵的进退油，实时无线采集油压与位移信息，自动生成预应力张拉记录表等。全程无需人工干预，且对错误纠正、数据同步、张拉申核等张拉过程实行控制。操作简单，界面人性化，适应各种施工场地环境，大幅度的改变了传统施工的弊端，有效提高了施工的精确度（精度1％）。

图12　卢平1号大桥预制T梁伸长值偏差率分布图

4　智能张拉精细化施工控制

由于预应力混凝土结构施工工艺较复杂、技术难度大，预应力施工无法直观地检查其质量，在质量认证中属于很难检查其结果的特殊控制过程。只有通过控制其过程包括控制预应力材料、设备、施工人员、施工工艺等来控制施工质量。关于这方面的预应力张拉质量控制方法在许多技术规范、操作规程、施工手则中有很详细的要求，这里就不赘述了，现就结合项目实际张拉情况简要总结几点质量安全控制要点。

4.1张拉顺序控制

（1）张拉顺序遵循均匀对称，偏心荷载小的原则，以确保结构及构件受力均匀，张拉过程中不产生扭转、侧弯，防止混凝土产生超应力、过大的附加应力与变形。此外，安排张拉顺序还应考虑到尽量减少张拉设备来回移动次数。

（2）对于T梁横向两束并排，应严格按照设计张拉顺序施工，尽量做到横向对称，避免横向产生偏心造成平弯开裂现象。

4.2张拉质量控制

（1）施工中要严格执行梳编穿束工艺，以防索力不均度，钢绞线穿束时相互缠绕。

（2）限位板应将写有对应使用规格数字的面对准工作锚板安装，安装后保证工作锚板在锚垫板止口内。

（3）保证限位板、千斤顶、工具锚板同轴。

（4）张拉控制力达到稳定后方可锚固，夹片相互间错位不宜大于2mm，露出锚具外高度不应大于4 mm。

（5）工具锚板锥孔、工具夹片应经常涂润滑剂。

4.3张拉安全控制

（1）张拉现场应有明显标志，与工作无关的人员严禁入内。

（2）作业应由专人负责现场指挥。

（3）专用千斤顶支架必须与梁端垫板接触良好，位置正直对称，严禁多加垫块，以防支架不稳或受力不匀倾到伤人。

（4）已张拉完，而未压浆的梁，严禁剧烈震动。以防止预应力筋断裂或锚具崩开而酿成重大事故。

5　结语

厦沙高速公路A2合同段卢平1号大桥T梁预应力智能张拉精细化施工工艺及施工控制的成功实施，在预应力智能张拉施工中积累了宝贵经验，不仅降低了施工中人为因素的影响，减少了张拉施工的误差，节约了投资，提高了T梁施工质量，而且真正意义上提高了张拉施工质量，保证了桥梁结构安全和耐久性，大大地降低了桥梁施工期成本。目前标段内其余桥梁T梁预制均使用该工艺，从目前已经施工完成的T梁张拉数据来看，取得了很好的效果。

参考文献

［1］福建省高速公路施工标准化管理指南（桥梁）.北京：人民交通出版社，2010.

［2］路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.

［3］JTG B01-2014，公路工程技术标准.北京：人民交通出版社，2014.

［4］JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范.北京：人民交通出版社，2011.

［5］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京：人民交通出版社，2004.