預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)在精細(xì)化施工中的應(yīng)用

1、預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)在精細(xì)化施工中的應(yīng)用廖強(qiáng)，羅斌（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶，400067）摘要：大量在役預(yù)應(yīng)力橋梁的調(diào)查和檢測結(jié)果表明，橋梁質(zhì)量隱患來源于預(yù)應(yīng)力張拉施工的不規(guī)范和缺乏有效的質(zhì)量控制手段。本文分析了目前預(yù)應(yīng)力橋梁張拉施工中存在的問題，介紹了一種用于預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工的監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)場應(yīng)用表明該系統(tǒng)測量精確、性能穩(wěn)定且操作便捷，在確保建設(shè)工程質(zhì)量中具有重要意義，具有極大的研究和推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力張拉；精細(xì)化施工；工程質(zhì)量監(jiān)控1 引言預(yù)應(yīng)力技術(shù)是現(xiàn)代橋梁工程的核心技術(shù)之一，在公路工程中已得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力工程的安全性、耐久性和良好的運(yùn)行狀況在很大程度上取決于預(yù)應(yīng)

2、力張拉施工質(zhì)量的控制。然而，對大量在役橋梁的調(diào)查和檢測表明，相當(dāng)部分的橋梁質(zhì)量隱患來源于預(yù)應(yīng)力張拉施工的質(zhì)量控制不足。橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)受現(xiàn)場條件和人為因素干擾較多，具有較大的隨意性和變異性，施工質(zhì)量可靠度和穩(wěn)定性較低，在操作流程的規(guī)范性和精確度上有待提高。由于預(yù)應(yīng)力張拉施工工序多、技術(shù)難度較大，結(jié)構(gòu)獲得的有效預(yù)應(yīng)力取決于材料、設(shè)備及張拉操作工藝等諸多細(xì)部環(huán)節(jié)，因此需要有高效可靠的全過程控制手段進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范和跟蹤調(diào)節(jié)，才能確保預(yù)應(yīng)力張拉的對稱、均勻和精確性。2 當(dāng)前橋梁預(yù)應(yīng)力施工中存在的問題在長期的工程建設(shè)管理中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的橋梁建設(shè)質(zhì)量堪憂，有的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在張拉階段都出現(xiàn)“爆梁”或者開裂

3、現(xiàn)象；有的施工單位在預(yù)應(yīng)力鋼絞線方面敢于“缺斤少兩”；個別梁場的結(jié)構(gòu)混凝土堪比“豆腐渣”。如此橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性根本得不到保障，勢必造成梁體過早劣化最終淪為問題橋梁。橋梁工程事故的發(fā)生，不僅造成資源的浪費(fèi)、人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，還將造成惡劣的社會影響。目前，橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工設(shè)備基本上是由油泵驅(qū)動千斤頂進(jìn)行張拉，通過油泵上的壓力表示值來換算鋼絞線的荷載，采用鋼板尺測量千斤頂活塞行程來計(jì)算鋼絞線的伸長量，在需要兩端或者多點(diǎn)對稱、同步張拉時采用喊話、打手勢或者步話機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作，如圖1所示。圖1 當(dāng)前橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工目前橋梁預(yù)應(yīng)力施工所需的設(shè)備造價低廉、操作簡便。但存在如下隱患和問題：

4、(1)張拉力控制誤差過大。由于人為誤差和油壓表指針左右擺動的原因，要想精確獲取油壓表示值非常困難，而且油壓表讀數(shù)反映張拉荷載不直觀，對控制張拉不方便；(2)鋼絞線伸長值測量不準(zhǔn)確。鋼板尺測伸長量，存在人為影響因素大、測量過程慢、信息反饋不準(zhǔn)確且存在安全風(fēng)險(xiǎn)等問題；(3)未能實(shí)現(xiàn)張拉力和伸長值的雙重同步控制。張拉施工時，一般是一位工人負(fù)責(zé)操作油泵并讀油壓表示值，一位工人負(fù)責(zé)測量伸長量并記錄數(shù)據(jù)，這使得油壓表示值和鋼絞線伸長值不是在同一時間點(diǎn)上獲得的，即便發(fā)現(xiàn)鋼絞線超張拉也難以補(bǔ)救；(4)千斤頂、張拉油泵與油壓表的標(biāo)定所需次數(shù)多，標(biāo)定結(jié)果不易保持。公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第12.8.1條對張拉設(shè)備的標(biāo)

5、定做了具體要求，張拉設(shè)備的頻繁標(biāo)定不但增加額外費(fèi)用、而且降低施工效率；(5)檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際應(yīng)力困難。目前在少數(shù)的實(shí)際施工中，有采用反拉的方法對鋼絞線的實(shí)際預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測的，這種方法抽檢的比例不高，而且反拉對鋼絞線和夾片都是二次損傷，一般不予提倡。(6)張拉資料的可信程度低。鋼絞線的張拉都是在彈性范圍內(nèi)進(jìn)行，其荷載與伸長值為線性關(guān)系，即便在張拉過程中發(fā)現(xiàn)問題，在事后整理張拉資料時也可以進(jìn)行篡改，因此查閱張拉記錄沒有張拉不合格的梁體，張拉資料已經(jīng)失去了客觀記錄和追溯的應(yīng)有之義。3預(yù)應(yīng)力張拉精細(xì)化施工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)應(yīng)力張拉精細(xì)化施工技術(shù)的發(fā)展離不開配套設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，我國預(yù)應(yīng)力機(jī)械的發(fā)展從無到有

6、，從仿制到自我研制，從少到多，經(jīng)歷了50余年的歷程。雖然發(fā)展和進(jìn)步是主流，但與世界其他先進(jìn)國家相比，與快速發(fā)展的預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比，預(yù)應(yīng)力機(jī)械的發(fā)展還有較大差距。主要存在以下一些問題：（1）預(yù)應(yīng)力機(jī)械生產(chǎn)廠家參差不齊，低質(zhì)低價產(chǎn)品的無序競爭造成了預(yù)應(yīng)力機(jī)械產(chǎn)品市場秩序的混亂，這是行業(yè)迫切需要解決的問題；（2）我國目前已能大批量生產(chǎn)各類預(yù)應(yīng)力專用機(jī)具，但就其質(zhì)量的穩(wěn)定性、耐用性及配套性以及預(yù)應(yīng)力工藝水平而言，與國際先進(jìn)水平尚有不少差距；（3）各廠家生產(chǎn)的設(shè)備通用性較差，用戶在使用時不能完全互換，因此存在一定的浪費(fèi)?；诋?dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和預(yù)應(yīng)力的施工現(xiàn)狀，預(yù)應(yīng)力精細(xì)化張拉施工有以下兩種實(shí)現(xiàn)途徑：

7、一是利用現(xiàn)有張拉設(shè)備配以智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過力傳感器、位移傳感器及便攜式儀表組成數(shù)字化的張拉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的開環(huán)控制；二是改造現(xiàn)行張拉設(shè)備，對現(xiàn)行張拉設(shè)備進(jìn)行升級，完成液壓系統(tǒng)與張拉控制儀器之間的信息交換，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的閉環(huán)全自動控制。兩種途徑各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種可以在對普通張拉極具不做任何改造的基礎(chǔ)之上，與現(xiàn)行設(shè)備進(jìn)行無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉的數(shù)字化控制，完成預(yù)應(yīng)力張拉的精細(xì)化施工，此方案技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易，普適性強(qiáng)，成本較低，易于推廣。相比而言，第二種必須對普通極具的液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，技術(shù)難度大，成本造價高，后期標(biāo)定維護(hù)成本也大，在有時甚至要對現(xiàn)行設(shè)備進(jìn)行徹底淘汰，引起不必要的資源浪

8、費(fèi)，但是可以實(shí)現(xiàn)張拉過程的全自動化。結(jié)合現(xiàn)代科技，推行橋梁預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工，嚴(yán)格控制有效預(yù)應(yīng)力的大小，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，是解決由于傳統(tǒng)工藝施工不當(dāng)而造成橋梁預(yù)應(yīng)力病害問題的最有效、最直接的方法，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。4. AS-10預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)用隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為一種必然趨勢。目前部分高校、研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，但是由于各種原因，技術(shù)水平和研究成果一直還停留在實(shí)驗(yàn)階段，不能夠安全可靠地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。重慶交通科研設(shè)計(jì)院針對目前研究中存在的各種問題進(jìn)行了大量深入的研究，綜合考慮國內(nèi)預(yù)應(yīng)力行業(yè)的發(fā)展

9、情況，結(jié)合目前的建設(shè)需要和實(shí)際情況，研制發(fā)明了一種預(yù)應(yīng)力張拉精細(xì)化施工監(jiān)控系統(tǒng)AS-10預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱AS-10系統(tǒng)），如圖2所示。圖2 AS-10預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)AS-10系統(tǒng)在傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工的基礎(chǔ)之上結(jié)合傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，首先利用傳感器來直接獲取工程狀態(tài)信息，然后將這些信息集合于便攜式現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，最后利用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對其進(jìn)行分析，從而完成對整個施工過程的有效監(jiān)控。該系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用于我們的在建工程，如圖3所示： (a)AS-10系統(tǒng)測量原理 (b)AS-10系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用圖3 AS-10預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用采用AS10預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控系統(tǒng)從

10、橋梁預(yù)應(yīng)力開始張拉到結(jié)束，對整個橋梁預(yù)應(yīng)力張拉過程進(jìn)行有效監(jiān)控和客觀記錄。施工張拉有效預(yù)應(yīng)力一般通過審核施工記錄和監(jiān)理旁站進(jìn)行監(jiān)督管理，如果安置監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行全過程控制，就能客觀真實(shí)記錄整個張拉過程，就可以及時發(fā)現(xiàn)與處理異常情況，并能客觀做到記錄，評定張拉施工質(zhì)量是否合格，進(jìn)而可以在今后的張拉過程中，提高張拉操作流程的規(guī)范性。把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件導(dǎo)入電腦并打印報(bào)告，如圖4所示。圖4 應(yīng)用AS-10系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化施工監(jiān)控報(bào)告通過對監(jiān)控報(bào)告的分析，可以得到對稱張拉中同步情況、分級張拉中停頓持荷情況、油泵千斤頂性能優(yōu)劣等關(guān)鍵信息，可以迅速判斷預(yù)應(yīng)力施工進(jìn)行是否規(guī)范，對發(fā)現(xiàn)問題予以及時糾正和全面

11、指導(dǎo)。此外，該報(bào)告采用動態(tài)數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行加密處理，可以有效防止數(shù)據(jù)被認(rèn)為篡改，從源頭上確保了施工數(shù)據(jù)的可信度，同時也能進(jìn)一步增強(qiáng)施工質(zhì)量意識，確保施工質(zhì)量。5. 結(jié)束語通過工程應(yīng)用表明，采用AS10預(yù)應(yīng)力張拉控制系統(tǒng)對增強(qiáng)施工單位責(zé)任意識，提高施工單位質(zhì)量管理以及確保預(yù)應(yīng)力張拉規(guī)范化施工。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作簡單，且具有極強(qiáng)的普適性，能夠與現(xiàn)行設(shè)備進(jìn)行完美結(jié)合，從而既確保了工程質(zhì)量，又節(jié)約了社會資源，因而成為目前預(yù)應(yīng)力張拉精細(xì)化施工的首選。預(yù)應(yīng)力施工的信息化和智能化已經(jīng)成為一種必然趨勢，AS-10系統(tǒng)作為預(yù)應(yīng)力精細(xì)化施工中的先行者，為在不久的將來迎來預(yù)應(yīng)力張拉施工革命做出了革命性的開端。參考文獻(xiàn)：1. 朱新實(shí)，劉效堯. 預(yù)應(yīng)力技術(shù)及材料設(shè)備（第二版）M. 北京：人民交通出版社，20052. 馮大