琴江特大橋連續(xù)梁張拉BIM 技術(shù)的應(yīng)用

劉國(guó)平

（中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西西安 710065）

1 工程概況

興泉高鐵琴江特大橋連續(xù)梁體全長(zhǎng)113.1 m，梁體結(jié)構(gòu)為變高度、變截面單箱單室箱梁，底板和腹板局部均按直線線性向內(nèi)側(cè)變薄。其他數(shù)據(jù)為：中支點(diǎn)截面中心線處梁高3.8 m，跨中11 m 直線段及邊跨14.1 m 直線段截面中心線梁高2.5 m，梁體下緣采用二次拋物線結(jié)構(gòu)；梁體橋面寬度為6.6 m；主梁為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，邊孔現(xiàn)澆梁段長(zhǎng)3.1 m，其余梁段長(zhǎng)分別為4 m 和4.5 m；邊支座中心線至梁端0.6 m。預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁張拉采用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)進(jìn)行施工和管理。

2 技術(shù)要求

2.1 混凝土技術(shù)要求

各梁段預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉應(yīng)在該梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范值的95%，彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范值的100%，張拉時(shí)梁體混凝土齡期＞5 d 方可張拉，預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)采用雙控措施在兩端同步張拉，張拉伸長(zhǎng)量誤差保證在6%之內(nèi)；預(yù)施應(yīng)力取值來(lái)源于油壓表讀數(shù)，校核取決于預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值。

2.2 鋼絞線張拉順序

預(yù)應(yīng)力張拉先長(zhǎng)束后短束左右對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，最大不平衡束不應(yīng)超過(guò)1 束，先腹板束，后頂板束，從外到內(nèi)左右對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。預(yù)應(yīng)力張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算公式為：

式中 P——鋼絞線張拉端拉力，N

x——從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，m

L——鋼絞線長(zhǎng)度，mm

θ——從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道部份切線的夾角之和，rad

k——孔道每延米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)

μ——鋼絞線與孔道壁的摩擦因數(shù)

Ep——鋼絞線的彈性模量，N/mm2

Ap——鋼絞線的截面面積，mm2

2.3 預(yù)應(yīng)力張拉計(jì)算參數(shù)

（1）鋼絞線弾性模型Eg=1.95×105MPa=1.95×105N/mm2

（2）單根鋼絞線截面面積Ag=140 mm2

（3）鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860 MPa

（4）孔道每米局部偏差對(duì)摩擦的影響系數(shù)k=0.002 67

（5）鋼絞線與孔道壁的摩擦因數(shù)μ=0.259

3 解決張拉技術(shù)的思路與實(shí)驗(yàn)

3.1 智能張拉技術(shù)要求

3.1.1 工藝要求

（1）預(yù)應(yīng)力采用雙控措施，誤差大于6%時(shí)，查明原因再進(jìn)行張拉。

（2）在張拉施工前，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)需求，搭設(shè)簡(jiǎn)單、安全、實(shí)用的施工作業(yè)平臺(tái)，另外現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)人員必須佩戴安全帽、安全帶及防護(hù)措施。

3.1.2 張拉操作步驟（圖1）

圖1 箱梁預(yù)應(yīng)力張拉工藝流程

（1）安裝工作錨前，要保證錨墊板喇叭口、錨墊板與錨板接觸部清潔。把錨板和錨墊板安裝在同一水平線，波紋管插至喇叭口內(nèi)最底端。

（2）安裝夾片前，要保證錨板的錨孔、夾片和預(yù)應(yīng)力鋼絞線潔凈。每付夾片（兩片）用O 形膠圈套在一起，然后從鋼絞線端頭套入并用鋼管輕輕打入錨板錐孔內(nèi)。為了保證受力均勻，錨板全部束上的夾片露出的長(zhǎng)度一致，夾片的間隙均勻分布，控制在2～3 mm。

（3）安裝限位板，縱向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用Φ15.2 mm 的鋼絞線，應(yīng)將打有“15.2”印記的一面限位板扣裝在錨板上，限位板企口與錨板外徑相對(duì)應(yīng)，各孔與工作錨錨孔一一對(duì)應(yīng)。檢查錨板外圈有無(wú)損傷，是否影響與限位板的配合。

（4）安裝千斤頂，用搭設(shè)的橫向鋼管或起重設(shè)備的吊鉤把倒鏈或鋼絲繩懸掛。前端和尾端按順序平穩(wěn)放置，千斤頂、限位板和工作錨圈接觸緊密，千斤頂?shù)暮竺鎽?yīng)設(shè)立防護(hù)裝置，保證工具錨安裝的正確。

（5）安裝工具錨前，工具錨應(yīng)與前端張拉端工作錨對(duì)正，工具錨的夾片要均勻緊密。保證錨板錐孔表面和工具夾片內(nèi)潔凈，錐孔表面和工具夾片外表錐面涂潤(rùn)滑劑。

（6）張拉前要檢查連接管路，檢查管路是正確與接線端口緊密，張拉系統(tǒng)是否安全可靠。張拉時(shí)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，可先用卸錨器松錨，然后移動(dòng)鋼束，用單孔小頂進(jìn)行張拉，能夠縮短千斤頂占用長(zhǎng)度。出現(xiàn)滑絲，首先采用單孔補(bǔ)張，補(bǔ)張不成功時(shí)可用疊加錨環(huán)法處理。作業(yè)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)處在安全位置，不得擅自離崗。

3.2 縱向預(yù)應(yīng)力張拉施工

3.2.1 預(yù)應(yīng)力張拉程序

縱向鋼束采用兩端對(duì)稱(chēng)張拉，設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力用鋼絞線，張拉程序見(jiàn)圖2，其中，бk為錨下張拉控制應(yīng)力。

圖2 張拉程序

鋼絞線調(diào)整，按實(shí)際控制應(yīng)力10%бk為初應(yīng)力進(jìn)行鋼絞線預(yù)調(diào)整，使各根鋼絞線受力均勻。張拉缸加油按張拉程序逐級(jí)張拉至錨下張拉控制應(yīng)力。根據(jù)智能張拉顯示鋼絞線實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量進(jìn)行仔細(xì)校核。錨固，鋼絞線張拉控制應(yīng)力到位后智能張拉設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)壓及張拉力校核，持荷5 min 后按退缸鍵進(jìn)行錨固，按退缸鍵后張拉缸油壓緩慢地降至0，活塞回程，夾片自動(dòng)跟進(jìn)錨固。用石筆在鋼絞線上做記號(hào)，觀察鋼絞線的回縮及滑絲情況。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力張拉控制

（1）預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。

（2）預(yù)應(yīng)力張拉雙控采取張拉力及伸長(zhǎng)值控制，張拉過(guò)程中實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值誤差值控制在6%，誤差值超出6%，暫停張拉并查明原因，采取相應(yīng)的措施調(diào)整誤差，調(diào)整完成之后再續(xù)張拉。鋼束張拉雙控采取張拉力及引申量控制，預(yù)施應(yīng)力取值來(lái)源于油壓表讀數(shù)，校核取決于預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值。

按照設(shè)計(jì)要求，初始張拉噸位按10%設(shè)計(jì)張拉力計(jì)算，后張法低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉程序見(jiàn)圖3。

圖3 預(yù)應(yīng)力張拉控制

張拉達(dá)到設(shè)計(jì)噸位時(shí)，檢查兩端實(shí)測(cè)引伸量之和與設(shè)計(jì)引伸量的差值是否符合要求；觀察有無(wú)滑絲、斷絲絲現(xiàn)象；對(duì)伸長(zhǎng)量不符合要求的查明原因，采取補(bǔ)拉，做好記錄。與設(shè)計(jì)部

門(mén)聯(lián)系。

實(shí)測(cè)張拉伸長(zhǎng)值與計(jì)算值相差不得超過(guò)6%，如有超出要查明原因，進(jìn)行修正后方可繼續(xù)張拉，張拉完畢應(yīng)及時(shí)壓漿、封錨。

3.2.3 縱向預(yù)應(yīng)力張拉流程

（1）用高標(biāo)號(hào)石蠟涂抹后才可安裝工作錨和夾片，便于退卸。

（2）安裝千斤頂，在張拉機(jī)器上錄入數(shù)據(jù)，啟動(dòng)設(shè)備，千斤頂送油。張拉到由計(jì)算確定的初始張拉力時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止送油，油壓表和鋼絞線伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)顯示與保存。

（3）按張拉力0→10%→100%分級(jí)張拉（圖4），設(shè)備自行調(diào)整兩張拉端張拉速度，并確保兩端鋼絞線伸長(zhǎng)尺寸基本一致，至100%時(shí)持荷5 min，回油錨固。

圖4 縱向預(yù)應(yīng)力張拉程序

（4）對(duì)比實(shí)際伸長(zhǎng)量和理論伸長(zhǎng)量，誤差是否符合預(yù)先設(shè)定的要求，不符合查找原因。

（5）退卸千斤頂，應(yīng)按設(shè)備上的退缸鍵，并開(kāi)啟油閥。

（6）活塞行程不夠，可進(jìn)行多次張拉直至到達(dá)設(shè)計(jì)荷載100%，方可回油錨固，記錄好試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3 豎向預(yù)應(yīng)力張拉施工

施工采用YGD-350-70 型穿心式專(zhuān)用千斤頂，性能可靠，設(shè)有自鎖裝置。使用前通過(guò)輸出力標(biāo)定值確定控制應(yīng)力的油壓值。

3.3.1 預(yù)應(yīng)力張拉程序

實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論伸長(zhǎng)量的誤差控制在6%以內(nèi)，將10%張拉力作為實(shí)測(cè)伸長(zhǎng)量測(cè)量的初始點(diǎn)。

3.3.2 豎向張拉流程

（1）使用前保證錨穴、錨墊板外露面潔凈。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼棒端部外漏螺紋潔凈。

（3）安裝過(guò)程將張拉桿與張拉頭、組裝件與鋼棒端部螺紋連接，長(zhǎng)度不小于30 mm。

（4）使六方套筒能張拉桿件頂端穿入與錨固螺母緊密鑲嵌。

（5）為了安裝千斤頂，張拉支架安裝過(guò)程中張拉桿件恰好能從張拉支架面板的中心孔穿出；安裝完成后，張拉桿件安裝鎖母，用于固定千斤頂。

（6）開(kāi)啟油泵進(jìn)行加荷，壓力值達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的值，在開(kāi)啟油泵的同時(shí)鎖緊鏈鉗帶動(dòng)六方套筒鎖緊錨固螺母。

（7）卸除載荷，千斤頂回油復(fù)位，拆除張拉工裝，按相同步驟進(jìn)行其他鋼棒的張拉作業(yè)。

（8）張拉完成后，將錨固擋板從兩支無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒端頭同時(shí)穿入，將錨固擋板推至與錨固螺母外側(cè)貼合，緊固錨固備母。

4 智能張拉技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)

4.1 檢測(cè)依據(jù)

后張拉預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力張拉是一道極為重要的工序，在施工過(guò)程中如何準(zhǔn)確將設(shè)計(jì)張拉力施加于梁體直接影響梁的耐久性、安全性、剛度及施工高度。后張梁預(yù)應(yīng)力損失的主要因素：混凝土收縮徐變、鋼筋松弛、錨頭變形及鋼筋回縮、管道摩阻和混凝土彈性壓縮。計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力時(shí)，考慮錨口及喇叭口的預(yù)應(yīng)力損失。由于施工過(guò)程中諸多不確定因素及施工水平的差異，預(yù)應(yīng)力損失宜根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。針對(duì)管道摩阻、錨口及喇叭口摩阻損失的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定是否需要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。

4.2 檢測(cè)

4.2.1 管道摩阻損失檢測(cè)

4.2.1.1 管道摩擦損失

預(yù)應(yīng)力鋼束與管道壁接觸面產(chǎn)生摩擦力引起預(yù)應(yīng)力損失，稱(chēng)為摩阻損失。一種是由于曲線處鋼束張拉時(shí)對(duì)管壁施以正壓力而引起的摩擦，其值隨鋼束的彎曲角度總和而增加，阻力較大。另一種是由于管道對(duì)其設(shè)計(jì)位置的偏差致使接觸面增多，從而引起摩擦阻力，其值一般相對(duì)較小。

4.2.1.2 管道摩阻損失計(jì)算公式

張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力束距張拉端距離為x 的任意截面上的拉力：

式中 Pk——張拉端管道口預(yù)應(yīng)力鋼束的拉力，N

Px——計(jì)算截面x 處預(yù)應(yīng)力鋼束的拉力，N

μ——預(yù)應(yīng)力束與管道壁的摩擦因數(shù)

θ——從張拉端至計(jì)算截面的管道彎角之和，rad

k——管道對(duì)設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)

x——從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度，m

選取現(xiàn)場(chǎng)澆筑梁的n 個(gè)不同弧度的管道進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)管道測(cè)試兩次。根據(jù)力傳感器測(cè)定兩端張拉頂之下的拉力，根據(jù)式（2）并利用二乘法原理可計(jì)算管道摩阻系數(shù)和管道對(duì)設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)k。計(jì)算公式見(jiàn)式（3）、式（4）。

4.2.2 錨口及喇叭口摩阻損失檢測(cè)

（1）檢測(cè)張拉過(guò)程中，鋼絞線不可避免與喇叭口和錨圈口接觸，產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生摩擦阻力，其值應(yīng)包括在張拉控制力中。

（2）檢測(cè)方法檢測(cè)在混凝土試件上實(shí)施，構(gòu)件截面中心處預(yù)應(yīng)力孔道為直孔道，成孔方式及錨具、錨墊板與箱梁采用的完全相同。制作一個(gè)砼長(zhǎng)方體，尺寸為0.5 m、0.5 m、4.0 m，留有與預(yù)應(yīng)力孔道相同直線孔道，兩端安裝錨墊板，用12 束鋼絞線的錨口與喇叭口測(cè)試摩阻。以此為測(cè)試平臺(tái)，采用多組錨頭和鋼絞線反復(fù)測(cè)試此項(xiàng)損失。錨圈口與喇叭口摩阻損失測(cè)試采用工作狀態(tài)錨頭（必須安裝夾片），通過(guò)其前后壓力傳感器測(cè)其數(shù)值，測(cè)試原理如圖5 所示。

圖5 摩阻損失測(cè)試原理

4.2.3 檢測(cè)結(jié)果（圖6）

圖6 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁檢測(cè)報(bào)告

（1）根據(jù)琴江特大橋（52±2）×88+52 m 連續(xù)梁檢測(cè)結(jié)果，梁體管道偏差系數(shù)和摩擦因數(shù)分別為k=0.002 84 和μ=0.266。

（2）實(shí)測(cè)（M15-12、13）錨具的錨口及喇叭口摩阻損失合計(jì)為5.02%。

（3）實(shí)測(cè)（M15-12、13）錨具的回縮量為5.13 mm。

5 結(jié)論

興泉鐵路寧化跨泉南高速琴江特大橋連續(xù)梁施工過(guò)程中采用BIM 技術(shù)，將張拉技術(shù)運(yùn)用于三維模型中，合理安排工程的施工進(jìn)程，節(jié)約資源，縮短工期，達(dá)到了預(yù)期效果。