井世龙
中铁二十一局一公司
摘要：郑州市四环线及大河路快速化工程-东四环道路位于郑州市经开区，道路设计采用城市快速路标准，主线设计速度80km/h。部分主干道路高架桥采用装配式节段桥梁施工技术，桥梁结构设计使用年限100年。装配式节段桥梁梁宽分别为9m、10m、13m三种，预制桥梁节段长度分别为2.4m、2.9m两种。安装工法分为悬拼和逐孔架设拼装两种，拼装时架设设备可采用履带吊、桥面吊、龙门吊等多种形式，根据项目进度、安全、场地等多种因素，因地制宜的选用拼装工法和架设设备。
装配式节段桥梁设计图纸要求使用智能预应力张拉技术进行施工，本文就使用该技术在保证各项技术参数、施工质量、过程控制、安全施工等方面的优点进行了阐述和总结。
智能预应力张拉技术在装配式节段桥梁施工过程中从较先进的施工技术角度促进了项目的整体效益，既能保证预应力施工过程中钢绞线的各项技术参数达标，又能保证张拉过程安全稳定，同时也提高了预应力张拉施工的成功率，节约了钢绞线，减少了材料浪费。因此，此类施工方法可以在类似施工过程中借鉴推广。
关键词：郑州市东四环;高架桥;装配式;节段桥梁;智能；预应力张拉
1工程简介
郑州市四环线及大河路快速化工程是郑州市快速路系统的重要组成部分，也是郑州市为建设国家中心城市要加快推进的交通基础设施重大项目之一。本项目装配式节段桥梁施工内容包含跨十七大街桥、AB匝道、CD匝道、航海路桥，共计架设装配式节段桥梁2034榀。根据设计图纸要求，装配式节段桥梁之间采用梁体内预应力钢绞线张拉施工进行连接，预应力钢绞线主要技术标准应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5524-2014）的规定。钢绞线采用PC高强度低松弛（Ⅱ级松弛）七股型钢绞线，抗拉强度fpk=1860Mpa，弹性模量E=1.95*105 Mpa。为保证预应力张拉施工的各项技术参数达标，在架设过程中采用智能预应力张拉技术进行施工。本文就智能预应力张拉技术在装配式节段桥梁架设过程中的应用进行了阐述和总结。
2 装配式节段桥梁智能预应力张拉设计及规范要求
根据设计图纸及相关规范要求，装配式节段桥梁横向湿接缝、合龙段的纵向预应力张拉龄期不小于7天，最终施加应待混凝土强度达到设计强度的90%、弹性模量达到90%以上进行，要求采用张拉吨位和引伸量双控，引伸量容许误差控制在±6%以内，如果引伸量超过允许误差，应停止张拉，查明原因，排除故障后方可继续张拉施工。每束钢绞线断丝不超过1根，同一断面的断丝率不得大于1%。
3 预应力张拉施工前准备工作
张拉前准备工作主要包括张拉设备（包括千斤顶、压力表、油泵等）的配套选用及标定、钢绞线下料及穿束、张拉前的检查和清理等。
3.1智能张拉设备
（1）智能张拉设备选择：预应力钢束张拉选用ZNZL-Ⅱ型智能张拉设备，压力表选用防振型液压油表。
（2）智能张拉设备标定：预应力张拉作业前，必须对千斤顶、智能张拉机、油压表等进行标定，以确定张拉力与压力表读数之间的回归方程曲线，并计算出张拉过程中各级张拉力与油表读数的关系，确定回归方程满足张拉力的要求。千斤顶与压力表应配套标定、配套使用，标定应在经国家授权的法定计量技术机构定期进行，标定时千斤顶的运行方向应与实际张拉工作状态一致。
（3）智能张拉设备的检查：①智能张拉机油箱的油量要充足，应使用专用液压油；②千斤顶与智能张拉机油管对接要正确；③应排除油管内的空气；④不得有漏油现象。
3.2预应力钢绞线的下料和穿束
预应力钢材及预应力锚具进场后，应分批严格验收，妥善保管，防止锈蚀。锚具、钢绞线等其他裸露构件，施工现场存放和施工过程中应采用有效的临时防腐和防护措施，防止雨水和其他有害液体的渗入，不得出现任何锈蚀状况。
钢绞线的下料长度必须满足设计图纸要求的尺寸，并在此基础上保证两侧张拉端工作长度在0.6-0.8m范围。节段桥梁顶板束钢绞线穿束可以采用人工配合穿束机进行，底板束和腹板束钢绞线由于钢绞线较长，现场施工可以根据实际情况采用人工或者卷扬机配合穿束，穿束过程必须做好安全防护工作。
3.3 预应力张拉前的检查及清理
①张拉前，试压节段梁湿接缝、合龙段的混凝土同条件试块，强度达到设计强度的90%且龄期不小于7天后，方可进行预应力张拉。
②张拉前检查预应力管道和锚垫板的位置符合设计要求，进浆口和排气孔是否满足施工要求，预应力管道要达到没有阻碍物和杂物的条件，锚具、锚垫板贴合面上的混凝土残渣、浮浆等要打磨清理干净。
③锚垫板喇叭口要清理打磨干净，预应力管道口多余的波纹管要割除，夹片和工作锚、工具锚必须是同一厂家供货，保证夹片和锚具配套使用。
④工作锚具与锚垫板的贴合面必须保证密贴，以防止张拉时贴合不紧密，出现锚垫板拉裂的情况出现。
3.4钢绞线张拉力和伸长量计算
智能张拉机在张拉过程中需要手动输入实际张拉力和伸长量，图纸上给出的张拉力和伸长量为理论计算值，实际需要根据钢绞线的检测结果与管道摩擦阻力系数测试后进行相应修正计算。具体计算如下所示：
（1）预应力钢束张拉端张拉力计算：P=σ
k×A
g×n×b
式中：P——张拉端张拉力；
σ
k——锚下张拉控制应力；
A
g——预应力钢绞线截面积；
n——每束预应力钢绞线根数；
b——超张拉系数，不超张拉，取1.0。
（2）孔道摩阻损失计算：
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式中：σ
i——第段预应力钢束末端预应力损失；
x——从张拉端至计算截面的孔道长度；
θ——从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和；
k——孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数，取0.0015；
μ——预应力钢束与孔道壁的摩擦系数，塑料波纹管取0.17，金属波纹管取0.25。
（3）预应力钢束理论伸长值计算：
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式中：ΔL——理论伸长量，mm；
P——预应力钢束的平均张拉力，N；
L——预应力钢束长度，mm；
A——预应力钢束的截面积；
E——预应力钢束的弹性模量，N/mm2；
（4）实际预应力钢束伸长值的量测及计算方法：
预应力钢束张拉时，应先调整到初应力（取控制应力值的15％）再开始张拉和量测伸长值。实际伸长值为张拉时量测的伸长值加上初应力时的推算伸长值。
ΔL=ΔL
1+ΔL
2
式中： ΔL
1——从初应力至最大张拉应力间的实测伸长值，mm；
ΔL
2——初应力时推算伸长值，mm（取应力值15%到30%的实测伸长值替代）。
4 智能预应力张拉施工
4.1预应力张拉工艺流程
装配式节段梁纵向预应力钢束在梁横截面应对称张拉，纵向钢束张拉时两端应保持同步。体内预应力钢束施工时按照腹板、底板束交替张拉，先长束，后短束的原则。
湿接缝、合龙段混凝土达到设计要求强度及龄期→安装锚具、夹片→安装限位板→安装千斤顶→安装工具锚→安装工具锚夹片→张拉到初始应力→达到控制应力→持荷保压5分钟锚固→卸工具夹片、工具锚和千斤顶→孔道压浆→封锚混凝土。
4.2预应力张拉主要施工方法
预应力张拉遵循原则：先长束，后短束，先中间，后两侧，左右平衡对称张拉，按设计图顺序进行张拉。
（1）安装顺序：工作锚锚具和夹片→限位板→千斤顶→安装工具锚组件。
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图1. 张拉工作示意图
①锚具及夹片使用前应保持干净，如果有破损和杂物的夹片要及时更换。
②钢绞线外伸部分要保持干净，不能使用电焊进行切割。
③工作锚与锚垫板的相对位置要居中，安装时保持在同一轴线上。钢绞线穿过工具锚和限位板时要顺直，避免较差扭曲，造成钢绞线受力不均。先安装内圈的夹片，再安装外圈的夹片，最后用内径稍大于钢绞线的铁管穿入钢绞线，向前轻击打紧夹片。
④限位板与锚具位置要对中，防止错牙咬断钢绞线。
⑤智能张拉机进油管、回油管与千斤顶对接时，一定要按设备使用说明进行核对，油管接头要正确对接，防止交叉接反。
⑥钢绞线在千斤顶内、工具锚、限位板应是一条轴线上，保证钢绞线受力均匀，防止错牙咬断钢绞线。
⑦工具锚夹片的光滑面在张拉前，要涂抹一层蜡，在张拉结束退顶后，工具锚夹片可以顺利退下，并在检查无损后可以重复使用。
⑧工具锚的夹片与工作锚的夹片应分开放置，不得混淆。每次安装前要对夹片进行检查，如有裂纹或损坏等现象，应及时更换。
(2)工具锚、夹片、限位板等配件装顶完毕后，即可校对油管对接是否正确、位移数据线对接是否正确，以上两项检查无误后，开始设置智能张拉机的张拉数据。
(3)考虑初始张拉时，工具夹片会将钢绞线咬紧，位移数据会持续增加，但钢绞线受力增加较慢，此时张拉机设置复位位置预留20-30mm，防止退顶时超限，出现爆缸问题，影响千斤顶的寿命。
(4)智能张拉机设置好复位数据后，对应设置好理论张拉应力、理论张拉伸长量、单端伸缩量等数据。核对经过标定出具的校顶报告与智能张拉机内输入的回归方程数据是否一致，核对无误后，方可进行下一步操作。
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(5)节段梁体内束张拉按设计图纸要求，采用对应的张拉模式，即单端张拉模式和双端张拉模式。单束双端张拉时，油管和位移数据线要接在智能张拉机的左侧，因设备出厂时设定单束双端张拉是左侧电机单独运转。
(6)核对完油管、位移数据线、张拉数据设置无误后，方可进行张拉工作。
(7)如果计算钢绞线理论张拉伸长量较短，一次张拉就可达到张拉控制应力，在智能张拉设备上张拉状态设置为100%，一次张拉到位；如果计算理论伸长量较长，需要倒顶分多次张拉，则智能张拉设备张拉状态设置为倒顶，当每一顶张拉至设定千斤顶的最大位移时，张拉机自动控制倒顶。当张拉应力达到设计要求是，张拉机自动进入保压状态，按设计要求保压时间不小于5分钟。
5 其它注意事项
①所有预应力钢材不允许焊接，凡有接头的预应力钢绞线不准使用。钢绞线使用前应去除表面浮锈。在使用前必须对其强度、伸长量、弹性模量、外形尺寸等进行严格检验、测试，锚具必须质量可靠并符合设计要求。
②预应力张拉过程中，张拉施工人员和只能张拉设备操作人员应尽量保持相对固定，以增加对设备和张拉工序的熟悉程度，确保张拉施工顺利进行。
③张拉时，要使千斤顶的张拉力作用线与预应力钢束的轴线重合一致。智能张拉机的油管、位移数据线、限位板、工具锚等配件一定要配套使用，经检查无误后，再开始张拉。
④智能张拉机进入保压状态且保压时间满足规范要求后，张拉设备开始自动退顶，单端回缩量和接缝压缩值应不大于设计要求或规范允许值。
⑤预应力钢束张拉、锚固过程中及锚固后，均不得大力敲击和振动锚具，等待智能张拉机屏幕显示位移回归到设定的复位位置即可。
⑥严禁预应力束在箱梁底板上拖拽，预应力束在施工过程中应妥善保护。
⑦节段梁智能张拉结束后，在张拉应力满足设计要求的基础上，现场监理人员会同技术人员一起检查钢绞线实际伸长量与理论伸长量是否相符。确认无误后，方可人工切断多余钢绞线后进行封锚工作，钢绞线封锚预留长度≥3cm，以保证封锚质量。
6 结束语
智能预应力张拉技术在装配式节段桥梁施工过程中从较先进的施工技术角度促进了项目的整体效益，既能保证预应力施工过程中钢绞线的各项技术参数达标，又能保证张拉过程安全稳定，同时也提高了预应力张拉施工的成功率，节约了钢绞线，减少了材料浪费。因此，大力推广装配式节段梁智能预应力张拉技术和应用，对同类施工项目有较强的借鉴作用。
参考文献
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[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；
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[5]《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2007）；
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[7]郑州市四环线及大河路快速化工程东-南四环立交桥设计图纸及设计文件；