預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁張拉工藝及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要：本論文研究預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的張拉工藝與應(yīng)力監(jiān)測(cè)體系。通過(guò)調(diào)研剖析，深入了解了張拉工藝與監(jiān)測(cè)體系在橋梁施工中的實(shí)際應(yīng)用、挑戰(zhàn)與重要性。文章探討了其實(shí)施效果、局限及改進(jìn)空間，旨在為相關(guān)領(lǐng)域提供深入認(rèn)識(shí)與啟示。期望為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁建造及監(jiān)測(cè)實(shí)踐提供參考，為未來(lái)研究提供建議。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；橋梁；張拉工藝；應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；安全性

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)橋梁建設(shè)不斷推進(jìn)，各種新技術(shù)也在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種先進(jìn)技術(shù)，目前已經(jīng)在橋梁施工中被大量采用。預(yù)應(yīng)力混凝土具備出色的耐久性和強(qiáng)度，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以極大提高橋梁的承載能力和使用壽命。但是預(yù)應(yīng)力混凝土施工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要精心組織，各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，稍有不慎就會(huì)影響工程質(zhì)量。本研究旨在深入探討預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的張拉工藝，并對(duì)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2預(yù)應(yīng)力混凝土的現(xiàn)實(shí)意義

2.1預(yù)應(yīng)力混凝土的歷史發(fā)展

預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展歷程始于19世紀(jì)末，尤其在二戰(zhàn)后的20世紀(jì)50年代取得顯著技術(shù)突破。荷蘭工程師梅高·赫登在鋼纜預(yù)應(yīng)力與錨固系統(tǒng)領(lǐng)域取得顯著進(jìn)步，使預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。自20世紀(jì)60年代起，預(yù)應(yīng)力混凝土廣泛應(yīng)用于全球，成為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的首選技術(shù)方案。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展以及先進(jìn)材料在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其性能和效率顯著提升。當(dāng)代預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)不斷創(chuàng)新，滿足多樣化需求。新型技術(shù)，如超高性能混凝土的引入，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)已成為現(xiàn)代建筑工程的重要技術(shù)支撐，提供高效、安全且經(jīng)濟(jì)的解決方案。

2.2預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土展現(xiàn)出以下顯著優(yōu)勢(shì)：

（1）提高承載能力和抗震性能：預(yù)應(yīng)力可有效地增加結(jié)構(gòu)的承載能力，使其更好地抵抗荷載及地震等外部力作用。（2）減少裂縫并增加耐久性：預(yù)應(yīng)力可以降低混凝土中的應(yīng)力，減少裂縫的擴(kuò)展，并能夠明顯地延長(zhǎng)其使用壽命。（3）降低自重、提高效率：通過(guò)預(yù)應(yīng)力，可以減輕結(jié)構(gòu)自身的重量，提高結(jié)構(gòu)整體效率和性能，從而實(shí)現(xiàn)更靈活的設(shè)計(jì)。（4）增加跨度、節(jié)約成本：預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以使結(jié)構(gòu)具有更大的跨度，減少支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)量，降低材料和建造成本。（5）加快建設(shè)進(jìn)度：預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以縮短工程建設(shè)周期，提高施工效率，快速完成工程項(xiàng)目。（6）調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)：在施工完成后，還可以通過(guò)施加額外的預(yù)應(yīng)力來(lái)調(diào)整和控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、安全。（7）增強(qiáng)適應(yīng)能力：預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以增加結(jié)構(gòu)對(duì)各種荷載和環(huán)境變化的適應(yīng)能力，使其在不同條件下保持穩(wěn)定性和安全性。

3預(yù)應(yīng)力混凝土的張拉實(shí)施工藝

3.1基本規(guī)定

（1）在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉作業(yè)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循應(yīng)力控制的方法，并輔以伸長(zhǎng)值的校驗(yàn)與核實(shí)。在此過(guò)程中，實(shí)際測(cè)得的伸長(zhǎng)值與通過(guò)理論計(jì)算得出的伸長(zhǎng)值之間的偏差，必須滿足設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。若設(shè)計(jì)文件未對(duì)此作出具體規(guī)定，則實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值之間的偏差應(yīng)嚴(yán)格限制在6%的范圍內(nèi)。一旦發(fā)現(xiàn)實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值的偏差超出此范圍，應(yīng)立即暫停張拉作業(yè)，并深入調(diào)查原因，待采取有效的糾正措施后，方可恢復(fù)張拉作業(yè)。

（2）在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉之前，應(yīng)先將預(yù)應(yīng)力筋調(diào)整到預(yù)設(shè)的初應(yīng)力（σ0）狀態(tài)。此外，伸長(zhǎng)值的測(cè)量工作應(yīng)從初應(yīng)力施加之時(shí)起開(kāi)始進(jìn)行。

3.2先張法預(yù)應(yīng)力的施工

先張法預(yù)制梁板施工工藝流程應(yīng)遵循以下步驟：

（1）準(zhǔn)備張拉臺(tái)座并確保其具備足夠的強(qiáng)度和剛度，其中抗傾覆安全系數(shù)不小于1.5，抗滑移安全系數(shù)不小于1.3；（2）穿入預(yù)應(yīng)力筋并調(diào)整至初應(yīng)力狀態(tài)；（3）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的張拉作業(yè)；（4）制作鋼筋骨架并立模；（5）澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；（6）待混凝土達(dá)到要求后，進(jìn)行拆模操作；（7）放松預(yù)應(yīng)力筋；（8）將成品存放并運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。

在施工過(guò)程中，需特別注意以下事項(xiàng)：

（1）張拉臺(tái)座及橫梁應(yīng)確保滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。其中，張拉橫梁的最大撓度在受力后不得超過(guò)2 mm，且錨板受力中心應(yīng)與預(yù)應(yīng)力筋合力中心保持一致，以確保張拉過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性；

（2）在鋼筋骨架制作完成之后，預(yù)應(yīng)力筋及其配套的隔離套管應(yīng)同步穿入并安置到預(yù)定位置。嚴(yán)禁在預(yù)應(yīng)力筋及隔離套管就位后，采用電弧焊等工藝對(duì)梁體鋼筋或模板進(jìn)行切割或焊接作業(yè)，以防止對(duì)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)整體造成不利影響；

（3）在同時(shí)張拉多根預(yù)應(yīng)力筋的過(guò)程中，必須確保每根預(yù)應(yīng)力筋的初始應(yīng)力維持一致，且在整個(gè)張拉作業(yè)期間，需保持活動(dòng)橫梁與固定橫梁處于平行狀態(tài)，以此來(lái)保證張拉效果的一致性和精確性；

（4）張拉程序應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，不得擅自更改。在張拉鋼筋過(guò)程中，為保證施工安全，應(yīng)在超張拉放張至0.9σ時(shí)安裝模板、普通鋼筋及預(yù)埋件等，確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行。

3.3后張法預(yù)應(yīng)力施工

后張法施工工藝流程應(yīng)遵循以下步驟：

（1）進(jìn)行底模和側(cè)模的安裝工作，確保模板的穩(wěn)固與準(zhǔn)確；（2）制作非預(yù)應(yīng)力筋骨架，以支撐和固定后續(xù)的施工結(jié)構(gòu)；（3）安裝波紋管，為后續(xù)預(yù)應(yīng)力筋的穿入提供通道。在安裝完端模后，進(jìn)行混凝土的澆筑，確?；炷脸浞痔畛洳⒐袒麄€(gè)結(jié)構(gòu)。待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，以保證其質(zhì)量和性能；（4）拆除側(cè)模和端模，為后續(xù)的工藝步驟提供便利；（5）對(duì)波紋管進(jìn)行吹掃，清除其中的雜物，確保預(yù)應(yīng)力筋能夠順利穿入。穿入預(yù)應(yīng)力筋，并安裝錨具，以固定預(yù)應(yīng)力筋的位置；（6）進(jìn)行張拉錨固，使預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生預(yù)定的應(yīng)力。在張拉錨固完成后，進(jìn)行孔道壓漿，以填充孔道中的空隙，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能；（7）再次進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，確保結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

在施工過(guò)程中，需特別注意以下事項(xiàng)：

（1）預(yù)應(yīng)力管道的安裝應(yīng)符合相關(guān)要求，包括設(shè)置壓漿孔、溢漿孔以及排氣孔等，以確保預(yù)應(yīng)力筋的張拉和孔道壓漿的順利進(jìn)行；

（2）預(yù)應(yīng)力筋的安裝過(guò)程中，需根據(jù)不同的施工順序采取相應(yīng)的措施。在穿束后澆混凝土?xí)r，需檢查管道并確保其完好。在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)定時(shí)抽動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)應(yīng)力筋，以防止其粘結(jié)。而在澆混凝土后穿束時(shí)，應(yīng)及時(shí)疏通管道，確保預(yù)應(yīng)力筋能夠順利穿入；

（3）預(yù)應(yīng)力筋的張拉需保證混凝土強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最低標(biāo)準(zhǔn)，并在拆除限制位移的模板之后進(jìn)行。

在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守以上注意事項(xiàng)，以確保后張法施工工藝流程的順利進(jìn)行和施工質(zhì)量的可靠。

3.4孔道壓漿施工技術(shù)

（1）在完成預(yù)應(yīng)力筋的張拉作業(yè)后，必須即刻執(zhí)行孔道壓漿工序。對(duì)于配備有連接器的多跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力筋孔道，應(yīng)當(dāng)確保在每次段落張拉作業(yè)完成后，隨即進(jìn)行對(duì)應(yīng)的灌漿作業(yè)。

（2）完成壓漿后應(yīng)立即檢查孔道的漿料密實(shí)情況，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。在進(jìn)行壓漿作業(yè)時(shí)，每個(gè)工作班應(yīng)保留至少3塊砂漿試組塊，經(jīng)28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，以此評(píng)估水泥漿質(zhì)量。

（3）在壓漿作業(yè)期間及隨后的48小時(shí)之內(nèi)，務(wù)必確保結(jié)構(gòu)混凝土的溫度維持在不低于5℃的水平。當(dāng)白天的氣溫高于35℃時(shí)，建議選擇夜間時(shí)段進(jìn)行壓漿作業(yè)。

（4）壓漿完成后，緊接著進(jìn)行錨具封閉混凝土的澆筑。封錨混凝土的強(qiáng)度等級(jí)必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，且其強(qiáng)度不應(yīng)低于結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的80%，同時(shí)，其強(qiáng)度最低值不得低于30 MPa。

（5）在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的吊裝作業(yè)時(shí)，必須確保孔道內(nèi)部的水泥砂漿強(qiáng)度嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。若設(shè)計(jì)文件中未能明確列出具體的強(qiáng)度要求，則此強(qiáng)度水平應(yīng)至少達(dá)到砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，以充分保障施工過(guò)程中的安全及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.5預(yù)應(yīng)力張拉施工常見(jiàn)問(wèn)題處理與質(zhì)量事故預(yù)防措施

3.5.1常見(jiàn)問(wèn)題

（1）錨墊板面與孔道軸線不垂直或錨墊板中心偏離孔道曲線

在進(jìn)行張拉作業(yè)的過(guò)程中，出現(xiàn)了錨圈突發(fā)顫動(dòng)或位移的現(xiàn)象，同時(shí)伴隨著張拉力的明顯減弱。經(jīng)深入調(diào)查，此不良狀況的根本原因在于錨墊板安裝過(guò)程中的疏忽操作，安裝時(shí)未能確保錨墊板精確對(duì)中，導(dǎo)致墊板表面與預(yù)應(yīng)力索軸線之間形成了非垂直的偏差。

（2）錨頭下錨處混凝土變形開(kāi)裂

在預(yù)應(yīng)力張拉工序圓滿結(jié)束后，觀察到錨板下方混凝土區(qū)域出現(xiàn)了變形與開(kāi)裂的不良現(xiàn)象。此現(xiàn)象通常歸咎于錨板周邊密集排列的鋼筋結(jié)構(gòu)，其密集程度宛如復(fù)雜織網(wǎng)，對(duì)混凝土澆筑過(guò)程中的振搗作業(yè)構(gòu)成了顯著阻礙，導(dǎo)致振搗難以全面且深入地進(jìn)行，進(jìn)而引發(fā)混凝土內(nèi)部振搗不密實(shí)、結(jié)構(gòu)疏松等問(wèn)題，最終削弱了混凝土的整體強(qiáng)度。

（3）預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大

在預(yù)應(yīng)力施加工作圓滿完成之后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力值未能達(dá)到預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這是由于錨具滑絲或者鋼絞絲有斷絲，鋼絞絲的松弛率超限，或者是下方的混凝土發(fā)生了較大的局部變形。

3.5.2預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量事故預(yù)防措施

為確保預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量安全，避免潛在事故的發(fā)生，施工過(guò)程中應(yīng)采取以下關(guān)鍵措施：

（1）必須確保施工單位擁有必要且專業(yè)的資質(zhì)，同時(shí)，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)全權(quán)負(fù)責(zé)施工工作的整體推進(jìn)與監(jiān)督。同時(shí)，所有參與作業(yè)的人員必須接受專業(yè)培訓(xùn)并合格后再上崗，以確保施工操作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性；

（2）張拉設(shè)備需定期進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其精度和性能符合施工要求。在使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備使用說(shuō)明進(jìn)行配套操作，避免設(shè)備故障或誤操作導(dǎo)致的施工質(zhì)量問(wèn)題；

（3）為了確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行與高質(zhì)量完成，精心編制了詳盡的專項(xiàng)施工方案以及詳盡的作業(yè)指導(dǎo)書。這些文檔不僅為施工團(tuán)隊(duì)提供了明確的技術(shù)指引，還詳盡地規(guī)定了操作流程與規(guī)范，確保每一步都符合高標(biāo)準(zhǔn)要求。在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“六不張拉”原則，確保張拉操作的安全性和穩(wěn)定性；

（4）在張拉力穩(wěn)定后，方可進(jìn)行錨固操作。錨固時(shí)，應(yīng)確保外露長(zhǎng)度不少于30 mm，以滿足設(shè)計(jì)要求。在錨固前，還需對(duì)錨固部位進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保質(zhì)量合格后再進(jìn)行后續(xù)操作。對(duì)于多余部分的處理，應(yīng)使用合適的切割工具進(jìn)行，嚴(yán)禁使用電弧焊切割，以避免對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)構(gòu)造成損傷。

通過(guò)以上關(guān)鍵措施的實(shí)施，將有助于維護(hù)預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量、提升施工安全性，并有效預(yù)防潛在的施工問(wèn)題和事故的發(fā)生。

3.5.3預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力測(cè)控技術(shù)涵蓋了應(yīng)變片檢測(cè)、傳感器檢測(cè)、磁通量檢測(cè)法、超聲導(dǎo)波檢測(cè)法、等效質(zhì)量檢測(cè)法、頻率法和整束反拉法等多種方法。然而，這些方法在應(yīng)用過(guò)程中均存在各自的局限性。

應(yīng)變片檢測(cè)因其可靠性不佳和精度較低，示值相對(duì)誤差可高達(dá)20%；傳感器檢測(cè)法主要采用空心式傳感器，雖然性能優(yōu)越，但價(jià)格昂貴且安裝過(guò)程需滿足特定要求；磁通量傳感器雖無(wú)需接觸結(jié)構(gòu)，但其成本亦相對(duì)較高，并需供電支持；超聲導(dǎo)波技術(shù)盡管具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前仍處于試驗(yàn)階段，尚未廣泛應(yīng)用；等效質(zhì)量法則因其測(cè)試原理復(fù)雜且需事先標(biāo)定，操作難度相對(duì)較大；頻率法雖操作簡(jiǎn)單、成本低廉，但其精度仍有待進(jìn)一步提高；整束反拉法作為一種常用方法，通過(guò)施加反向拉力并記錄相關(guān)參數(shù)來(lái)評(píng)估錨下預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。

在預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工與測(cè)控技術(shù)體系中，錨具測(cè)控系統(tǒng)、梳編穿束系統(tǒng)、預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)、有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)控制系統(tǒng)以及智能評(píng)估系統(tǒng)共同構(gòu)成了其核心組成部分。這些系統(tǒng)憑借先進(jìn)的技術(shù)手段，在現(xiàn)場(chǎng)全面采集多樣化的數(shù)據(jù)，隨后借助智能評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行深入細(xì)致的分析與處理。這一過(guò)程不僅精確且高效，最終還能生成詳盡的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品，為整座橋梁的預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量提供了全面而深入的評(píng)估。在此基礎(chǔ)上，還進(jìn)一步構(gòu)建了一個(gè)嚴(yán)密無(wú)虞的驗(yàn)收評(píng)估體系，旨在為廣大業(yè)主以及監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)部門帶來(lái)前所未有的便捷性，使他們能夠?qū)崟r(shí)追蹤并精確掌握預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量狀況。這些系統(tǒng)的應(yīng)用，為預(yù)防飛錨和滑絲等問(wèn)題的發(fā)生、確保絞線受力均勻、提高張拉過(guò)程的精確性、驗(yàn)證施工結(jié)果，以及進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與質(zhì)量評(píng)估提供了有力的技術(shù)支持。

4結(jié)論

綜上所述，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁張拉工藝及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究應(yīng)用，為提升施工質(zhì)量、保障結(jié)構(gòu)安全提供了解決方案。通過(guò)引入先進(jìn)技術(shù)與系統(tǒng)化管理，為橋梁的安全性和耐久性提供了可靠保障，并為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的建設(shè)與維護(hù)帶來(lái)了更多的發(fā)展空間。

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