汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警系統(tǒng)研究解讀

摘要當(dāng)今社會(huì)汽車(chē)的擁有量越來(lái)越大，但駐車(chē)時(shí)由于開(kāi)門(mén)不當(dāng)造成同向行駛的非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人撞上車(chē)門(mén)，造成人員傷亡及不必要的車(chē)損，據(jù)本人調(diào)查后發(fā)現(xiàn)這一事故發(fā)生率是較高的。經(jīng)過(guò)查新，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有關(guān)于開(kāi)門(mén)防撞主動(dòng)預(yù)防的產(chǎn)品，而人生安全是和諧社會(huì)的基礎(chǔ)，因此我考慮設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)門(mén)防撞主動(dòng)預(yù)警裝置，本課題旨將思想防范轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)防范，從根本上避免因此類(lèi)事故造成人員傷亡。經(jīng)過(guò)初步分析各傳感器的優(yōu)劣，本課題最終采用超聲波傳感器作為信息采集器，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)與了解了所需知識(shí)后，設(shè)計(jì)確定了基本框架，我采用紅外接近開(kāi)關(guān)和自制速度傳感器組成信息采集器，采集汽車(chē)駐車(chē)信息輸送至低壓電子信息處理器，分析判斷后發(fā)出工作指令，控制超聲波感應(yīng)系統(tǒng)的啟動(dòng)。將超聲波傳感器的感測(cè)距離限定在一定范圍內(nèi)，當(dāng)在范圍內(nèi)檢測(cè)到有物體向車(chē)靠近即發(fā)出“請(qǐng)注意”的提醒聲，同時(shí)單片機(jī)運(yùn)行測(cè)移動(dòng)物體的速度從而算出將到達(dá)車(chē)門(mén)的時(shí)間，當(dāng)時(shí)間小于所設(shè)定的值，要求發(fā)出電平信號(hào)使車(chē)門(mén)在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法打開(kāi)。本設(shè)計(jì)不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控汽車(chē)駐車(chē)的情況，還具有成本低、耗電少的特點(diǎn)：成本低——整個(gè)控制電路只有幾個(gè)電子元件組成；耗電少——整個(gè)電路中只有低壓12伏的幾個(gè)電子元件處于工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)速度傳感器檢測(cè)到速度為零時(shí)，同時(shí)開(kāi)關(guān)門(mén)扭上的紅外感應(yīng)器感受到手的接近（即欲開(kāi)門(mén)）時(shí)控制電路進(jìn)入預(yù)警和應(yīng)急處理狀態(tài)，以消除由于不當(dāng)開(kāi)門(mén)造成同行人或騎車(chē)人相撞的安全隱患。關(guān)鍵詞：電子感應(yīng)技術(shù)單片機(jī)低能耗實(shí)時(shí)控制安全可靠一、課題背景“7月2日，一名出租車(chē)乘客在共和新路靈石路路口下車(chē)開(kāi)門(mén)時(shí)，車(chē)門(mén)將一名過(guò)路的騎車(chē)人撞倒，騎車(chē)人經(jīng)搶救無(wú)效死亡。

8月8日，浦東高科西路滬南公路的路口，一輛家具城的班車(chē)的駕駛員遇紅燈停車(chē)等候時(shí)，一名急于轉(zhuǎn)車(chē)的女乘客突然打開(kāi)車(chē)門(mén)，與隨后駛來(lái)的一輛燃?xì)庵鷦?dòng)車(chē)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致騎車(chē)人死亡。

10月8日，一名司機(jī)駕駛金杯面包車(chē)在西藏北路某路段的非機(jī)動(dòng)車(chē)道內(nèi)停車(chē)，同樣是下車(chē)開(kāi)門(mén)時(shí)車(chē)門(mén)撞擊路過(guò)的騎車(chē)人，導(dǎo)致騎車(chē)人當(dāng)場(chǎng)死亡?！边@是筆者在07年底的新聞晚報(bào)上看到的內(nèi)容，短時(shí)間內(nèi)由于轎車(chē)開(kāi)門(mén)而導(dǎo)致的三起死亡事故讓人觸目驚心，筆者想到自己坐在后排想開(kāi)車(chē)門(mén)時(shí)，頭要扭著看很久，特別是晚上在路邊下車(chē)的情況最讓人頭痛，根本就看不清楚車(chē)附近的情況，開(kāi)一個(gè)門(mén)膽顫心驚，確實(shí)，想避免事故有時(shí)真的力不從心。09年8月6日，筆者在東方衛(wèi)視頻道又一次看到因汽車(chē)開(kāi)門(mén)而導(dǎo)致的死亡事故，由此下定決心將此作為自己的研究課題，爭(zhēng)取制造出一個(gè)汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞裝置來(lái)解決這一問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和生活水平的迅速提高，汽車(chē)在人們生活中越來(lái)越普及。人們對(duì)于代步工具不僅要求舒適更要求安全，至于安全不僅要考慮自身安全同時(shí)也要考慮他人的安全，考慮了行駛安全、駐車(chē)安全更不能疏忽了駐車(chē)開(kāi)門(mén)的安全，于是筆者想能否設(shè)計(jì)一個(gè)能根據(jù)駐車(chē)時(shí)車(chē)外的情況開(kāi)門(mén)防撞及時(shí)報(bào)警的預(yù)警裝置。筆者首先做了查新的工作，發(fā)現(xiàn)尚且沒(méi)有解決汽車(chē)開(kāi)門(mén)撞人問(wèn)題的有關(guān)發(fā)明，所以筆者的這一想法是很有意義的。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)與了解了所需知識(shí)后，設(shè)計(jì)確定了基本框架，筆者將采用單片機(jī)結(jié)合超聲波距離探測(cè)電路、LED顯示電路、聲音報(bào)警電路組成的防撞預(yù)警裝置、以及駐車(chē)判定和開(kāi)門(mén)判斷裝置組成信息采集器，采集當(dāng)時(shí)信息輸送至低壓電子信息處理器，分析判斷后及時(shí)發(fā)出開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警裝置工作指令，啟動(dòng)防撞預(yù)警裝置工作，預(yù)防由于不當(dāng)開(kāi)門(mén)造成同行人或騎車(chē)人相撞的安全隱患。延時(shí)裝置延時(shí)裝置12V直流電源信息處理裝置探頭2探頭1單片機(jī)控制器超聲波發(fā)送LED顯示超聲波接收聲音報(bào)警圖一超聲波開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置框圖超聲測(cè)距大致有以下二種方法：①取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值基本固定)與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；②測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔t，故被測(cè)距離為S=V*t／2。本預(yù)警裝置電路采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0M晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。超聲波測(cè)距的算法設(shè)計(jì):超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時(shí)）。X2是聲波返回的時(shí)刻，X1是聲波發(fā)射的時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，假定X2-X1=0.03S，則有340m×0.03S=10.2m。由于在這10.2m的時(shí)間里，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離：L=340(m/s)×(X2-X1)(S)/2圖二第二種方案的好處是處理問(wèn)題直接，能夠直觀(guān)地反映預(yù)警的情況。目前汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置的自制模型已完成，筆者希望設(shè)計(jì)變成實(shí)物后顯示出其的實(shí)際價(jià)值，使汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置真正達(dá)到自動(dòng)化與智能化，且使成本降低，開(kāi)創(chuàng)汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置的新領(lǐng)域。二、類(lèi)似產(chǎn)品比較經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查與資料查詢(xún)，就目前而言汽車(chē)開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置還是一個(gè)空白，查到一些想法類(lèi)似的發(fā)明---倒車(chē)?yán)走_(dá)，筆者的課題構(gòu)思來(lái)源于倒車(chē)?yán)走_(dá)。三、設(shè)計(jì)與制作（一）控制電路設(shè)計(jì)這個(gè)開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置組成，主要分為信息處理裝置和單片機(jī)控制器部分。信息處理裝置部分設(shè)計(jì)的理念是可靠、穩(wěn)定且成本低；單片機(jī)控制器部分是數(shù)據(jù)采集迅速、準(zhǔn)確，整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度快。信息處理電路部分設(shè)計(jì)成汽車(chē)狀態(tài)判斷部分和單片機(jī)控制電路驅(qū)動(dòng)部分。開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)思路：當(dāng)汽車(chē)停穩(wěn)且有開(kāi)門(mén)意向時(shí)信息處理裝置立即驅(qū)動(dòng)單片機(jī)控制部分進(jìn)入工作狀態(tài)。進(jìn)入工作狀態(tài)的單片機(jī)開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警裝置,即刻進(jìn)入超聲波數(shù)據(jù)采集，并且進(jìn)行運(yùn)算記錄，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)的比對(duì)結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警，即本裝置采用定時(shí)65豪秒發(fā)送一次超聲波信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器自信號(hào)發(fā)出時(shí)開(kāi)始記錄脈沖數(shù)，一個(gè)脈沖是1微妙，當(dāng)接收到返回信號(hào)時(shí)停止計(jì)數(shù)，單片機(jī)計(jì)算出第一次測(cè)得的距離L1，同理再次測(cè)量下一脈沖測(cè)得的距離L2，兩個(gè)距離作一次比較，認(rèn)為靜止或遠(yuǎn)離的物體即L2-L1≥0則不報(bào)警；比較后認(rèn)為是接近的即L2-L1＜0則計(jì)算出物體移動(dòng)的速度，通過(guò)單片機(jī)對(duì)移動(dòng)物體的距離、速度分析判斷，當(dāng)開(kāi)門(mén)有碰撞危險(xiǎn)時(shí)，預(yù)警裝置將自動(dòng)鎖定開(kāi)門(mén)裝置，同時(shí)語(yǔ)音報(bào)警，確保安全開(kāi)門(mén)。當(dāng)在探測(cè)范圍之內(nèi)有移動(dòng)物體靠近，但不至于馬上撞上打開(kāi)的門(mén)時(shí)，在LED上顯示距離并語(yǔ)音報(bào)警，不鎖定開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)；當(dāng)在探測(cè)范圍之內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)物體時(shí)，語(yǔ)音提示可安全開(kāi)門(mén)。信息處理裝置部分：開(kāi)始設(shè)計(jì)本預(yù)警裝置時(shí)所考慮的是結(jié)構(gòu)安全可靠且工作穩(wěn)定；控制電路電源采用直流12V的車(chē)載電源。如圖三中的a、b點(diǎn)，確保安全節(jié)能。開(kāi)門(mén)防撞智能預(yù)警裝置的工作與否，是根據(jù)信息處理裝置中的兩個(gè)傳感器所采集到的具體信息決定的。由此，采用移動(dòng)傳感器與接近傳感器判斷當(dāng)時(shí)的具體情況，根據(jù)電位信號(hào)突變來(lái)驅(qū)動(dòng)555型時(shí)間集成模塊的動(dòng)作，使繼電器的線(xiàn)圈處于通電狀態(tài)或斷電狀態(tài)。在單片機(jī)控制器部分是否進(jìn)入工作狀態(tài)的判斷時(shí)，要求以當(dāng)時(shí)的汽車(chē)是否停穩(wěn)為優(yōu)先條件，即在接近感應(yīng)器觸發(fā)繼電器線(xiàn)圈（J1）線(xiàn)圈前串入一組位移感應(yīng)器觸發(fā)的常開(kāi)觸點(diǎn)，確保電路中位移感應(yīng)器觸發(fā)的繼電器（J2）工作時(shí)繼電器（J1）才能上電，當(dāng)汽車(chē)處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，即使手去拉門(mén)，開(kāi)門(mén)預(yù)警裝置也不會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。（信息處理裝置電路如圖三所示）目前試驗(yàn)裝置進(jìn)線(xiàn)電源為交流12V，通過(guò)如圖三中的四個(gè)1N4001二極管構(gòu)成的橋式整流電路。作用是將輸入的12V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?2V直流電輸出，電容的作用是濾波，7809為三端穩(wěn)壓管，確保輸出穩(wěn)定的12V直流電源，位移感應(yīng)器的作用是接收汽車(chē)的行駛情況，同電位器匹配后觸發(fā)555型時(shí)間集成模塊的信號(hào)輸出，使得繼電器線(xiàn)圈工作；接近感應(yīng)器的作用同位移感應(yīng)器。圖三信息處理裝置單片機(jī)控制器硬件部分：圖四超聲波測(cè)距系統(tǒng)框圖超聲波測(cè)距預(yù)警裝置采用STC89C51單片機(jī),晶振:12M,單片機(jī)用P1.0口輸出超聲波換能器所需的40K方波信號(hào),利用外中斷0口監(jiān)測(cè)超聲波接收電路輸出的返回信號(hào),顯示電路采用簡(jiǎn)單的4位共陽(yáng)LED數(shù)碼管,斷碼用74LS244,位碼用8550驅(qū)動(dòng)。主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測(cè)接收電路三部分組成。采用TC89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過(guò)P1.0引腳經(jīng)反相器來(lái)控制超聲波的發(fā)送，然后單片機(jī)不停的檢測(cè)INT0引腳，當(dāng)INT0引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過(guò)換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。圖五超聲波測(cè)距原理框圖圖六LED顯示電路圖圖七超聲波發(fā)射電路圖用單片機(jī)的P1.0口輸出超聲波換能器所需的40K方波信號(hào)，如圖7所示。圖八超聲波接收電路圖超聲波接收電路使用CX20106A集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波。其總放大增益80db。以下是CX20106A的引腳注釋。1腳：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40kΩ。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C1的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R1=4.7Ω，C1=1μF。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為3.3μf。4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時(shí)，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。6腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22kΩ，沒(méi)有接受信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。8腳：電源正極，4.5～5V。系統(tǒng)報(bào)警原理：通過(guò)超聲波兩次測(cè)距，計(jì)算物體到車(chē)門(mén)的時(shí)間Tp，根據(jù)Tp來(lái)判斷是否開(kāi)車(chē)門(mén)。假設(shè)第一次測(cè)得的距離為L(zhǎng)1，超聲波來(lái)回的時(shí)間為T(mén)1，第二次測(cè)得的距離為L(zhǎng)2，超聲波來(lái)回的時(shí)間為T(mén)2，兩次測(cè)距的時(shí)間差為T(mén)3。側(cè)有L1=T1*340/2，L2=T2*340/2。物體速度為v=(L1-L2)/T3Tp=L2/v，將上面公式簡(jiǎn)化，可得Tp=T2*T3/(T1-T2)因此單片機(jī)只要得到T1,T2,T3這三個(gè)值，便可通過(guò)計(jì)算得到Tp。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)以上過(guò)程，主要通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的兩個(gè)16位定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)定時(shí)器初始值為0，啟動(dòng)定時(shí)器后，每隔10-6（微）秒定時(shí)器計(jì)數(shù)加1，因此只要在發(fā)射超聲波時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，接收超聲波時(shí)關(guān)閉定時(shí)器，此時(shí)定時(shí)器里的數(shù)值便是超聲波來(lái)回的時(shí)間，單位是10-6（微）秒。單片機(jī)工作流程如下：上電后單片機(jī)進(jìn)行定時(shí)器清零，設(shè)置定時(shí)器工作模式為16位定時(shí)器，啟動(dòng)定時(shí)器1，設(shè)定定時(shí)值為65ms。經(jīng)過(guò)65ms后，進(jìn)入定時(shí)器1中斷程序，在中斷程序中發(fā)超聲波脈沖（頻率為40KHz），并開(kāi)啟定時(shí)器0，開(kāi)啟外端口0中斷。當(dāng)超聲波碰到物體返回被另一超聲波探頭接收時(shí)，在單片機(jī)外端口0處有低電平產(chǎn)生，從而引發(fā)外端口0中斷，進(jìn)入外端口0中斷程序。在外端口0中斷程序中，將定時(shí)器0的值取出來(lái)，即為T(mén)1值，并啟動(dòng)定時(shí)器1作為T(mén)3的計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，再次發(fā)超聲波脈沖進(jìn)行第二次測(cè)距，再次啟動(dòng)定時(shí)器0。超聲波第二次返回時(shí)，再次進(jìn)入外端口0中斷程序，取出定時(shí)器0的值，即為T(mén)2，取出定時(shí)器1的值，即為T(mén)3。返回主程序。在主程序中，將T1,T2,T3這三個(gè)值按上文所得公式進(jìn)行計(jì)算得到Tp。當(dāng)Tp>2000000（2s）時(shí)，啟動(dòng)第一段錄音程序，為“安全可開(kāi)車(chē)門(mén)”。當(dāng)0.5s<Tp<2s時(shí)，啟動(dòng)第二段錄音程序，為“請(qǐng)注意”。當(dāng)Tp<0.5s時(shí)，啟動(dòng)第三段錄音程序，為“車(chē)門(mén)已鎖”；同時(shí)鎖定開(kāi)門(mén)裝置。四、結(jié)論綜上所述采用STC89C51單片機(jī)控制的超聲波開(kāi)門(mén)防撞裝置的方案是可行的。用時(shí)間判斷危險(xiǎn)程度安全可靠，且成本低廉，筆者制作模型共計(jì)花去人民幣253元，具體見(jiàn)物料清單。物料清單名稱(chēng)數(shù)量(件)價(jià)格(元)名稱(chēng)數(shù)量(件)價(jià)格(元)感應(yīng)器135電子元件120超聲波發(fā)射頭19輔料40超聲波接收頭19變壓器112線(xiàn)路板328如投入批量生產(chǎn)還可使成本進(jìn)一步降低，具有一定的市場(chǎng)遠(yuǎn)景。不過(guò)目前仍存在一些問(wèn)題，如報(bào)警系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)有待驗(yàn)證和提高，筆者希望通過(guò)改進(jìn)一定能制作出一款真正達(dá)到開(kāi)門(mén)防撞自動(dòng)預(yù)警裝置，有了它汽車(chē)開(kāi)門(mén)更加安全保險(xiǎn)，為他人帶來(lái)安全。參考文獻(xiàn)：常斗南劉立夫，《小型可編程序控制器原理與實(shí)踐》沈陽(yáng)遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993。2、林小峰，《可編程序控制器原理與應(yīng)用》，北京高等教育出版社，1991。3、清華大學(xué)電子學(xué)教研組編童詩(shī)白主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).4、張鳳言編著.電子電路基礎(chǔ).第二版.北京：高等教育出版社.5、美）J.G.高特林著.電子學(xué)——模型、分析與系統(tǒng).高等教育出版社.6、周連貫主編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.7、陳汝全主編.《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.8、北京航空航天大學(xué)出版社出版《手把手教你學(xué)單片機(jī)》讀書(shū)的好處1、行萬(wàn)里路，讀萬(wàn)卷書(shū)。2、書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦作舟。3、讀書(shū)破萬(wàn)卷，下筆如有神。4、我所學(xué)到的任何有價(jià)值的知識(shí)都是由自學(xué)中得來(lái)的?！_(dá)爾文5、少壯不努力，老大徒悲傷。6、黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書(shū)遲。——顏真卿7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)。8、讀書(shū)要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不學(xué)、不知義。10、一日無(wú)書(shū)，百事荒廢。——陳壽11、書(shū)是人類(lèi)進(jìn)步的階梯。12、一日不讀口生，一日不寫(xiě)手生。13、我撲在書(shū)上，就像饑餓的人撲在面包上。——高爾基14、書(shū)到用時(shí)方恨少、事非經(jīng)過(guò)不知難。——陸游15、讀一本好書(shū)，就如同和一個(gè)高尚的人在交談——歌德16、讀一切好書(shū)，就是和許多高尚的人談話(huà)?！芽▋?7、學(xué)習(xí)永遠(yuǎn)不晚。——高爾基18、少而好學(xué)，如日出之陽(yáng)；壯而好學(xué)，如日中之光；志而好學(xué)，如炳燭之光?！?jiǎng)⑾?9、學(xué)而不思則惘，思而不學(xué)則殆?！鬃?0、讀書(shū)給人以快樂(lè)、給人以光彩、給人以才干?！喔戒涃Y料：不需要的可以自行刪除預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工工法一、前言在山嶺陡峭、地形復(fù)雜、山高谷深的地區(qū)，高等級(jí)公路通過(guò)的地段造成大量的高填深挖，高橋及隧道處處可見(jiàn)。在山谷深、地面橫坡陡峭的地段，路基難于填筑，旱橋跨越在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上造成較大的浪費(fèi)，同時(shí)也給路基穩(wěn)定及橋梁的橋樁、墩柱帶來(lái)隱患。采用新型高擋墻跨越不僅開(kāi)挖面小，也可消耗廢方，起到安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的作用。個(gè)舊至冷墩二級(jí)公路預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻工程是采用40米高預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻進(jìn)行邊坡治理的項(xiàng)目，穩(wěn)定了高填方路基，減少了陡坡旱橋，預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)由于其合理的受力機(jī)理以及在軟弱巖體中能更有效的發(fā)揮土體承載力而提供了較大錨固力，通過(guò)施工經(jīng)總結(jié)形成本工法。二、工法特點(diǎn)1.采用MG-50A型潛孔沖擊鉆跟套管無(wú)水干鉆，能有效的預(yù)防塌孔，保證水泥漿與孔壁巖體的粘結(jié)強(qiáng)度。2.錨索材料選用低松弛環(huán)氧噴涂無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)（ASTMT416-88a標(biāo)準(zhǔn)270級(jí)，強(qiáng)度Rby=1860Kpa，松弛率為3.5%，Φj=15.24mm），配套OVM15型錨具，鋼絞線(xiàn)強(qiáng)度高，性能好，可以在張拉結(jié)束后有效的進(jìn)行放張或補(bǔ)償張拉且彌補(bǔ)了鋼絞線(xiàn)在特殊環(huán)境下中長(zhǎng)久防腐的問(wèn)題。3.該體系能主動(dòng)提供抗滑力，有效的控制巖體的位移，在錨索的錨固范圍內(nèi)產(chǎn)生亞應(yīng)力帶，從而從根本上改善巖體的力學(xué)性能。4.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，大噸位錨索主要錨于碎石土、亞粘土中，鑒于土體破碎，抗剪強(qiáng)度低，在錨索結(jié)構(gòu)上，通過(guò)對(duì)拉力型錨索與分散壓縮型錨索工作性能的比較，采用分散壓縮型錨索結(jié)構(gòu)有突出優(yōu)點(diǎn)。拉力型錨索與分散壓縮型錨索工作性能的比較見(jiàn)表1。表1拉力型錨索與分散壓縮型錨索工作性能的比較項(xiàng)目拉力型錨索分散壓縮型錨索巖體—水泥漿體間的粘結(jié)摩阻應(yīng)力分布狀況沿錨固體長(zhǎng)度分布極不均勻，應(yīng)力集中嚴(yán)重，易發(fā)生漸進(jìn)性破壞沿錨固長(zhǎng)度分布較均勻巖體—水泥漿體間的粘結(jié)摩阻應(yīng)力值總拉力大，粘結(jié)摩阻應(yīng)力值大總拉力可分散成幾個(gè)較小的壓力，粘結(jié)摩阻應(yīng)力值顯著減小粘結(jié)摩阻強(qiáng)度灌漿體受拉不會(huì)引起水泥漿體橫向擴(kuò)張而增大粘結(jié)摩阻強(qiáng)度灌漿體受壓產(chǎn)生橫向擴(kuò)張而使粘結(jié)摩阻強(qiáng)度增大錨索承載力錨固長(zhǎng)度超過(guò)一定值后，承載力增長(zhǎng)極其微弱錨索承載力隨錨固段長(zhǎng)度增加而增加耐久性灌漿體受拉，易開(kāi)裂，防腐性差灌漿體受壓，不易開(kāi)裂，預(yù)應(yīng)力筋外有油脂、PVC涂層及水泥漿體多層防腐，耐久性好三、適用范圍本工法適用于公路、鐵路、水利、城市建設(shè)等相關(guān)領(lǐng)域的淺、中、深層土石混合滑坡、土滑坡、巖石滑坡的防治工程。四、工藝原理穿過(guò)邊坡滑動(dòng)面的預(yù)應(yīng)力錨索，外端固定于抗滑樁上，另一端錨固在穩(wěn)定整體巖體土石混合體中。錨索的預(yù)應(yīng)力使不穩(wěn)定巖體處于較高圍壓的三向應(yīng)力狀態(tài)，巖體強(qiáng)度和變形比在單軸壓力及低圍壓條件下好的多，結(jié)構(gòu)面處于壓緊狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體變形消極影響減弱，顯著提高了巖體的整體性，錨索的錨固力直接改變了滑動(dòng)面上的應(yīng)力狀態(tài)和滑動(dòng)穩(wěn)定條件。五、施工工藝（一）施工工藝流程（見(jiàn)圖1）錨索預(yù)應(yīng)力施作、樁位監(jiān)測(cè)錨索預(yù)應(yīng)力施作、樁位監(jiān)測(cè)回填土壓密、樁位監(jiān)測(cè)坡面整修樁位定位放樣工作平臺(tái)搭設(shè)挖孔、澆樁、放板回填土壓密至一定高度、樁位監(jiān)測(cè)樁上錨孔造孔、制索樁上錨孔鉆孔、制索錨索安裝、注漿錨索安裝、注漿錨索預(yù)緊錨索預(yù)應(yīng)力施作、樁位監(jiān)測(cè)回填土到位、樁上錨索張拉鎖定封錨圖1預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻施工工藝流程（二）施工要點(diǎn)1.樁板墻施工（1）樁基施工時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確核對(duì)平面位置，結(jié)合地形做好樁區(qū)地面截、排水及防滲工作。（2）樁基采用挖孔樁施工，施工方法主要有：碎石土開(kāi)挖用洋鎬和鋼釬；軟、風(fēng)化巖石用風(fēng)鎬，；灰?guī)r、板巖人工用鋼釬硬鑿；有地下水用7.5KW，20—40米揚(yáng)程的淺水泵抽水人工鑿后，整體板巖和弧石用靜態(tài)爆破進(jìn)行鑿除。提升采用人工轆轤和電動(dòng)葫蘆。挖孔及支撐護(hù)壁連續(xù)作業(yè)，護(hù)壁1米為一節(jié)，采用孔內(nèi)現(xiàn)澆，一天后拆模，嚴(yán)格按隔樁開(kāi)挖的方法進(jìn)行。（3）挖孔到位后，清理孔底，重新進(jìn)行樁位放樣，復(fù)查準(zhǔn)確后開(kāi)始綁軋鋼筋。在綁扎過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)鋼筋籠位置偏差，應(yīng)及時(shí)將其調(diào)整準(zhǔn)確。（4）鋼筋的焊接和綁扎應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。綁扎成型經(jīng)檢驗(yàn)合格后，轉(zhuǎn)入下道工序——模板安裝。（5）由于樁板墻結(jié)構(gòu)的特殊性，采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合鋼模。模板支架與腳手架分離，避免引起模板變形。在混凝土澆筑之前，用同一種脫模劑涂刷模板，且不得污染鋼筋。安裝完畢后，對(duì)其平面位置、頂部標(biāo)高、節(jié)點(diǎn)聯(lián)系及縱橫向穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。澆筑時(shí)發(fā)現(xiàn)模板有超過(guò)允許變形值的可能時(shí)，及時(shí)糾正。（6）樁板墻樁長(zhǎng)均大于10米，為防止離析，利用串桶傾卸，且在中途設(shè)置一至兩道減速裝置。由于鋼筋密度大，用4臺(tái)插入式振動(dòng)器同時(shí)進(jìn)行搗固，澆筑層厚度15cm左右。澆筑混凝土，必須一次性全樁澆成，否則視為斷樁。當(dāng)澆筑至預(yù)留錨孔處時(shí)，仔細(xì)振搗，以保證錨孔處的強(qiáng)度。在混凝土澆筑期間，設(shè)專(zhuān)人檢查支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件等穩(wěn)固情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)、變形、移位時(shí)及時(shí)處理。專(zhuān)人填寫(xiě)混凝土澆筑記錄。（7）擋土板為鋼筋混凝土矩形板，預(yù)制時(shí)兩側(cè)留有吊裝孔，同時(shí)作為泄水孔。擋土板采用直接搭接樁身的形式，樁、板連接的縫隙不用處理，若縫隙過(guò)大可采用瀝青麻絮填塞。擋土板采用平面堆放，受力面朝上（受力面按設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)識(shí)），其堆積高度不宜超過(guò)5塊，板塊間用木塊等支墊，并置于設(shè)計(jì)支點(diǎn)位置，運(yùn)輸過(guò)程要輕搬輕放。安裝時(shí)，應(yīng)豎向起吊，用手牽引，防止與樁相撞，將擋土板正確就位，同時(shí)應(yīng)做好防排水設(shè)施及填筑墻被填料，擋土板頂面不齊時(shí)，可用砂漿或現(xiàn)澆混凝土調(diào)整。2.樁后回填樁板墻段路基填土嚴(yán)格按照公路工程技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)施工，在填料選材和路基填筑工程中加強(qiáng)了試驗(yàn)工作，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，在填土與樁板之間填一層50cm厚的碎石深水層，從而使?jié)B入填土路基中的雨水從擋板泄水孔排出，以保證錨索長(zhǎng)久不受雨水的侵蝕，從而保證路基的工程質(zhì)量。3.預(yù)應(yīng)力錨索施工（1）施工準(zhǔn)備將預(yù)應(yīng)力的造孔設(shè)備、注漿設(shè)備、張拉設(shè)備調(diào)至工作面附近，待工作面完成后，馬上吊運(yùn)至工作面，所有施工材料均應(yīng)由出廠(chǎng)證明、合格證，鋼絞線(xiàn)應(yīng)檢測(cè)合格，做好施工場(chǎng)地的排水工作，材料、機(jī)械的防雨、防水工作，水、電等在前期施工中已接到位，稍做處理即可滿(mǎn)足施工要求。（2）回填土、壓密至一定高度。填土高度按錨索張拉控制程序施工。隨時(shí)進(jìn)行樁位監(jiān)測(cè)。（3）鉆孔鉆孔是預(yù)應(yīng)力錨索施工中控制工期的關(guān)鍵工序，為提高鉆孔效率和保證鉆孔質(zhì)量，采用MG-50A潛孔沖擊鉆機(jī)。該鉆機(jī)所配鉆桿是統(tǒng)一規(guī)格，按錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度將鉆機(jī)所需鉆桿擺放整齊，鉆桿用完孔深也恰好到位，由于鉆桿長(zhǎng)度均有±5mm的誤差，要求實(shí)際鉆孔深度超出設(shè)計(jì)孔深0.5m左右。為防止惡化邊坡巖體的工程地質(zhì)條件和降低孔壁的粘結(jié)性，嚴(yán)禁開(kāi)水鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)對(duì)每個(gè)孔的地層變化，鉆進(jìn)狀態(tài)（鉆進(jìn)、鉆壓）地下水及一些特殊情況做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，如遇地層松散、破碎時(shí)應(yīng)用跟套管鉆進(jìn)技術(shù)，以使鉆孔完整不坍。如遇坍孔或地下水豐富時(shí)，應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理（灌漿壓力0.2～0.4Mpa），待水泥漿凝固后，再重新掃孔鉆進(jìn)。鉆孔到位后，用高壓風(fēng)（風(fēng)壓大于0.4Mpa）將孔內(nèi)的巖粉清干凈，然后，用預(yù)先做好的探孔裝置，進(jìn)行深孔，若探孔時(shí)輕松將探孔器送入孔底，鉆孔深度符合設(shè)計(jì)要求，經(jīng)驗(yàn)收同意后即可轉(zhuǎn)入下道工序——錨索安裝。（4）錨索制作錨索制作工藝流程編束通知單下料、清洗安裝承載體、擠壓P錨編束安裝支撐環(huán)安裝注漿管驗(yàn)收庫(kù)存穿束在預(yù)先平整好的下料場(chǎng)地上（場(chǎng)地要求寬4m、長(zhǎng)40m左右）按下料長(zhǎng)度進(jìn)行下料，每根絞線(xiàn)長(zhǎng)度誤差控制在10cm左右。下料長(zhǎng)度計(jì)算L下=∑Li+Lf+Lw式中L下——下料長(zhǎng)度Li——各分段錨固長(zhǎng)度Lf——錨索自由段長(zhǎng)度Lw——錨索工作段長(zhǎng)度下料要求用砂輪切割機(jī)切割好以后，鋼絞線(xiàn)一端剝除PE15cm，對(duì)剝除部分絞線(xiàn)除污洗凈，下好料以后，按要求設(shè)置承壓板、支撐環(huán)，支撐環(huán)每1m放1個(gè)，用GYJ60A型擠壓機(jī)對(duì)剝除部分?jǐn)D壓上P錨。索體要求綁扎牢固，絞線(xiàn)應(yīng)平行順直。對(duì)不同位置處的承載體相應(yīng)的絞線(xiàn)外露端做出臨時(shí)和永久性標(biāo)記。灌漿管綁扎在錨索體上，灌漿管頭部距孔底5～10cm，灌漿管使用前，要檢查有無(wú)破裂、堵賽。綁扎好的錨索頂部要安裝導(dǎo)向帽，以方便穿索。錨索制好后應(yīng)將承壓板、P錨外部涂上防腐油漆。檢查合格后的錨索標(biāo)識(shí)好以后分區(qū)存放，同時(shí)做好防雨、防曬工作。（5）錨索安裝向錨索孔安索前，要核對(duì)錨索編號(hào)是否與孔號(hào)一致，確認(rèn)無(wú)誤后，即可將錨索用人工抬至工作面，用人工將錨索平順穿入錨孔，當(dāng)外露部分滿(mǎn)足工作長(zhǎng)度時(shí)即到位，停止穿索。錨索往孔內(nèi)穿時(shí)，索體必須平順，不得扭絞，同時(shí)應(yīng)避免損傷PE管及支撐環(huán)脫落。錨索安裝工作結(jié)束后即可進(jìn)行灌漿工作。（6）注漿注漿采用3SNS系列注漿泵，攪拌采用灰漿攪拌機(jī)進(jìn)行。漿液要攪拌均勻，隨絞隨用，并在初凝前用完。嚴(yán)防石塊等雜物混入漿液。注漿材料為純水泥漿，水泥選用普通硅酸鹽525＃，水灰比為0.38，外加10%UEA-Z型復(fù)合膨脹劑和0.6%的高效早強(qiáng)減水劑。漿體強(qiáng)度不小于40MPa，注漿壓力大于0.3MPa。邊注漿邊緩慢抽拔注漿管，保證注漿管口處于漿液面一下。并保證漿體密實(shí)、飽和，達(dá)到設(shè)計(jì)漿體強(qiáng)度。待孔口溢出清晰的漿體即可停止注漿。注漿過(guò)程中要做好相關(guān)記錄，并做好試驗(yàn)塊。（7）錨索的張拉待錨孔注漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，（按上述配合比施工一般七天就可達(dá)到40MPa以上）根據(jù)回填土的高程（一般高于相應(yīng)錨孔4米）和監(jiān)理工程師書(shū)面通知即可進(jìn)行張拉。張拉前須對(duì)張拉機(jī)具進(jìn)行配套標(biāo)定，計(jì)算出千斤頂受力與油壓的線(xiàn)性方程，用于張拉油壓與張拉力的控制。安裝錨板前，要用棉紗擦凈錨板內(nèi)的泥沙油污。鋼絞線(xiàn)穿入錨板的順序，力求與鋼絞線(xiàn)束綁扎的順序一致，防止交叉纏繞。張拉前，鋼絞線(xiàn)外包的PE護(hù)管用鋸條割掉（注意不要傷著鋼絞線(xiàn)），不得用火燒鋼絞線(xiàn)，剝除PE后要清除防腐油脂。錨索張拉應(yīng)根據(jù)填土情況、錨孔數(shù)分次分級(jí)進(jìn)行。張拉方式用小千斤頂對(duì)每個(gè)承載體按由內(nèi)向外的順序?qū)ΨQ(chēng)進(jìn)行張拉，第一級(jí)觀(guān)測(cè)時(shí)間需穩(wěn)定10分鐘外，其余每一級(jí)需穩(wěn)定2—5分鐘，分別記錄每一級(jí)鋼絞線(xiàn)的預(yù)應(yīng)力施作情況。張拉過(guò)程中必須進(jìn)行樁位監(jiān)測(cè)和錨索應(yīng)力的測(cè)試工作。張拉結(jié)束后，將錨板外的鋼絞線(xiàn)處理好，不能松散，以備再進(jìn)行張拉。為防止外錨頭的長(zhǎng)期暴露，每次結(jié)束后應(yīng)作相應(yīng)的防護(hù)。每級(jí)張拉的穩(wěn)定時(shí)間必須保證，張拉時(shí)以張拉油壓為主，伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，必須停止作業(yè)進(jìn)行檢查，查明原因后方可繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)。預(yù)應(yīng)力施作時(shí)，對(duì)每一次控制應(yīng)力Nji應(yīng)進(jìn)行如下施作方式：①對(duì)每一孔錨索的每一次Nji的施作均應(yīng)按承載體由內(nèi)向外的順序進(jìn)行。且每一次的施作Nji針對(duì)每一個(gè)承載體上的鋼絞線(xiàn)又須按兩步來(lái)完成：（設(shè)控制應(yīng)力為Nji）測(cè)量、記錄持續(xù)2min第一步：00.1Nji0.25Nji0.5Nji（測(cè)量記錄后不頂壓鎖定）每根錨索的每一個(gè)承載體上的鋼絞線(xiàn)采用小千斤頂按第一步的步驟對(duì)稱(chēng)張拉結(jié)束后進(jìn)行第二步的操作。測(cè)量、記錄持續(xù)2min測(cè)量、記錄第二步：00.5Nji0.75Nji1.0Nji不頂壓鎖定穩(wěn)壓3min②當(dāng)填土到位時(shí)，預(yù)應(yīng)力最終控制應(yīng)力的施作按①中第一步、第二步完成后對(duì)每根鋼絞線(xiàn)進(jìn)行頂壓鎖定。（8）再回填、壓密、造孔預(yù)應(yīng)力施作后再進(jìn)行回填、壓密工作（同時(shí)要進(jìn)行樁位的監(jiān)測(cè)），至一定的高度后，再造樁上上部錨索孔，如此循環(huán)5、6、7的工作。（9）張拉鎖定、封錨按以上工序循環(huán)進(jìn)行到回填土填滿(mǎn)到位后，對(duì)樁上所有錨索進(jìn)行張拉鎖定，每次張拉需對(duì)樁位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。預(yù)應(yīng)力張拉完成后，用手提砂輪機(jī)切除多余鋼絞線(xiàn)，外留長(zhǎng)度20cm。最后樁上保護(hù)罩，填充好油脂進(jìn)行封錨，封錨后保持樁面整潔美觀(guān)。4.軸力監(jiān)測(cè)樁、錨支擋體系的受力涉及到兩個(gè)方面，一是樁自身提供的抗力，一是錨索提供的抗力。兩者應(yīng)有一個(gè)合適的力度，錨索受力過(guò)大則設(shè)計(jì)安全性降低，樁身受力過(guò)大同樣對(duì)樁的安全性也構(gòu)成影響。我國(guó)《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索軸力的永久觀(guān)測(cè)數(shù)量應(yīng)不少于5%，同時(shí)規(guī)定對(duì)應(yīng)力損失超過(guò)10%最終控制應(yīng)力時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，而大于最終控制應(yīng)力15%時(shí)應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力放松。要確切知道預(yù)應(yīng)力施加后錨索軸力的實(shí)際大小以便進(jìn)行相應(yīng)的處理，就須對(duì)錨索軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。錨索軸力的監(jiān)測(cè)方法：錨索軸力施加之前選擇具有代表性的錨孔，在選定的錨孔處裝上特殊的傳感器元件，然后裝上錨具，通過(guò)預(yù)應(yīng)力的施作和觀(guān)測(cè)，即可測(cè)出不同時(shí)期錨索軸力的變化情況，從而進(jìn)行有關(guān)的處理，軸力讀數(shù)時(shí)應(yīng)與填土的情況以及樁身位移情況相對(duì)應(yīng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。由于樁上錨具采用特殊OVM產(chǎn)品，故傳感器元件應(yīng)與之相配套，個(gè)冷公路預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻選用的是遼寧丹東市三達(dá)測(cè)試儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的GW型鋼弦式巖土錨測(cè)力計(jì)和GPC—1型袖珍式鋼弦頻率測(cè)定儀組成的測(cè)量系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。六、機(jī)具設(shè)備（見(jiàn)表2）表2機(jī)具設(shè)備序號(hào)機(jī)具名稱(chēng)規(guī)格單位臺(tái)備注1鉆機(jī)MG-50A臺(tái)52壓風(fēng)機(jī)臺(tái)53注漿泵SNS200/100臺(tái)14灰漿攪拌機(jī)臺(tái)25油泵ZB4/500臺(tái)4帶S閥6千斤頂YCW250A臺(tái)17千斤頂YCW150A臺(tái)18千斤頂YDC240Q臺(tái)4帶頂壓頭4個(gè)9沉漿桶只210潛水泵臺(tái)211千分表只212擠壓機(jī)臺(tái)113砂輪切割機(jī)臺(tái)114對(duì)講機(jī)臺(tái)415手提砂輪機(jī)切割機(jī)臺(tái)216氧割設(shè)備套117配電盤(pán)個(gè)5181噸葫蘆個(gè)619小型電焊機(jī)臺(tái)120單根測(cè)力傳感器臺(tái)621精密液壓油壓表塊1022擠壓模套223單孔工作錨套12帶25副工作夾片七、勞力組織（見(jiàn)表3）表3勞力組織序號(hào)項(xiàng)目工種人數(shù)備注1樁板墻工程現(xiàn)場(chǎng)指揮12技術(shù)兼質(zhì)檢13板合司機(jī)34電工15振搗工46配料37試驗(yàn)員18電焊工39鋼筋工810修理工111架子模板工1512普工3313鉆孔現(xiàn)場(chǎng)指揮114技術(shù)兼質(zhì)檢1