預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)在精細化施工中的應用

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

2、力張拉施工質量的控制。然而，對大量在役橋梁的調查和檢測表明，相當部分的橋梁質量隱患來源于預應力張拉施工的質量控制不足。橋梁預應力技術受現(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。由于預應力張拉施工工序多、技術難度較大，結構獲得的有效預應力取決于材料、設備及張拉操作工藝等諸多細部環(huán)節(jié)，因此需要有高效可靠的全過程控制手段進行嚴格規(guī)范和跟蹤調節(jié)，才能確保預應力張拉的對稱、均勻和精確性。2 當前橋梁預應力施工中存在的問題在長期的工程建設管理中，我們發(fā)現(xiàn)當前的橋梁建設質量堪憂，有的預應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；有的施工單位在預應力鋼絞線方面敢于“缺斤少兩”；個別梁場的結構混凝土堪比“豆腐渣”。如此橋梁結構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、人員傷亡及財產損失，還將造成惡劣的社會影響。目前，橋梁預應力張拉施工設備基本上是由油泵驅動千斤頂進行張拉，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算鋼絞線的伸長量，在需要兩端或者多點對稱、同步張拉時采用喊話、打手勢或者步話機等方式實現(xiàn)協(xié)同操作，如圖1所示。圖1 當前橋梁預應力張拉施工目前橋梁預應力施工所需的設備造價低廉、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、信息反饋不準確且存在安全風險等問題；(3)未能實現(xiàn)張拉力和伸長值的雙重同步控制。張拉施工時，一般是一位工人負責操作油泵并讀油壓表示值，一位工人負責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上獲得的，即便發(fā)現(xiàn)鋼絞線超張拉也難以補救；(4)千斤頂、張拉油泵與油壓表的標定所需次數(shù)多，標定結果不易保持。公路橋涵施工技術規(guī)范第12.8.1條對張拉設備的標

5、定做了具體要求，張拉設備的頻繁標定不但增加額外費用、而且降低施工效率；(5)檢驗預應力筋實際應力困難。目前在少數(shù)的實際施工中，有采用反拉的方法對鋼絞線的實際預應力進行檢測的，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進行，其荷載與伸長值為線性關系，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，張拉資料已經失去了客觀記錄和追溯的應有之義。3預應力張拉精細化施工設備的發(fā)展現(xiàn)狀預應力張拉精細化施工技術的發(fā)展離不開配套設備的技術進步，我國預應力機械的發(fā)展從無到有

6、，從仿制到自我研制，從少到多，經歷了50余年的歷程。雖然發(fā)展和進步是主流，但與世界其他先進國家相比，與快速發(fā)展的預應力技術相比，預應力機械的發(fā)展還有較大差距。主要存在以下一些問題：（1）預應力機械生產廠家參差不齊，低質低價產品的無序競爭造成了預應力機械產品市場秩序的混亂，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各類預應力專用機具，但就其質量的穩(wěn)定性、耐用性及配套性以及預應力工藝水平而言，與國際先進水平尚有不少差距；（3）各廠家生產的設備通用性較差，用戶在使用時不能完全互換，因此存在一定的浪費?；诋斍靶畔⒓夹g的發(fā)展狀況和預應力的施工現(xiàn)狀，預應力精細化張拉施工有以下兩種實現(xiàn)途徑：

7、一是利用現(xiàn)有張拉設備配以智能數(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)，實現(xiàn)預應力張拉的開環(huán)控制；二是改造現(xiàn)行張拉設備，對現(xiàn)行張拉設備進行升級，完成液壓系統(tǒng)與張拉控制儀器之間的信息交換，從而實現(xiàn)預應力張拉的閉環(huán)全自動控制。兩種途徑各有優(yōu)缺點，第一種可以在對普通張拉極具不做任何改造的基礎之上，與現(xiàn)行設備進行無縫結合，實現(xiàn)預應力張拉的數(shù)字化控制，完成預應力張拉的精細化施工，此方案技術實現(xiàn)容易，普適性強，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)進行改造，技術難度大，成本造價高，后期標定維護成本也大，在有時甚至要對現(xiàn)行設備進行徹底淘汰，引起不必要的資源浪

8、費，但是可以實現(xiàn)張拉過程的全自動化。結合現(xiàn)代科技，推行橋梁預應力精細化施工，嚴格控制有效預應力的大小，確保橋梁預應力張拉施工質量符合設計和規(guī)范要求，是解決由于傳統(tǒng)工藝施工不當而造成橋梁預應力病害問題的最有效、最直接的方法，具有重大的現(xiàn)實意義。4. AS-10預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)及應用隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，預應力技術的數(shù)字化、智能化已經成為一種必然趨勢。目前部分高校、研究機構以及企業(yè)已經進行了一些研究，但是由于各種原因，技術水平和研究成果一直還停留在實驗階段，不能夠安全可靠地應用于生產實際中。重慶交通科研設計院針對目前研究中存在的各種問題進行了大量深入的研究，綜合考慮國內預應力行業(yè)的發(fā)展

9、情況，結合目前的建設需要和實際情況，研制發(fā)明了一種預應力張拉精細化施工監(jiān)控系統(tǒng)AS-10預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱AS-10系統(tǒng)），如圖2所示。圖2 AS-10預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)AS-10系統(tǒng)在傳統(tǒng)預應力施工的基礎之上結合傳感器技術、電子信息技術和計算機軟件技術，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，最后利用相關數(shù)據(jù)處理軟件對其進行分析，從而完成對整個施工過程的有效監(jiān)控。該系統(tǒng)目前已經應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)場應用圖3 AS-10預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)應用采用AS10預應力張拉監(jiān)控系統(tǒng)從

10、橋梁預應力開始張拉到結束，對整個橋梁預應力張拉過程進行有效監(jiān)控和客觀記錄。施工張拉有效預應力一般通過審核施工記錄和監(jiān)理旁站進行監(jiān)督管理，如果安置監(jiān)控設備進行全過程控制，就能客觀真實記錄整個張拉過程，就可以及時發(fā)現(xiàn)與處理異常情況，并能客觀做到記錄，評定張拉施工質量是否合格，進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)軟件導入電腦并打印報告，如圖4所示。圖4 應用AS-10系統(tǒng)進行精細化施工監(jiān)控報告通過對監(jiān)控報告的分析，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)劣等關鍵信息，可以迅速判斷預應力施工進行是否規(guī)范，對發(fā)現(xiàn)問題予以及時糾正和全面

11、指導。此外，該報告采用動態(tài)數(shù)字水印技術進行加密處理，可以有效防止數(shù)據(jù)被認為篡改，從源頭上確保了施工數(shù)據(jù)的可信度，同時也能進一步增強施工質量意識，確保施工質量。5. 結束語通過工程應用表明，采用AS10預應力張拉控制系統(tǒng)對增強施工單位責任意識，提高施工單位質量管理以及確保預應力張拉規(guī)范化施工。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作簡單，且具有極強的普適性，能夠與現(xiàn)行設備進行完美結合，從而既確保了工程質量，又節(jié)約了社會資源，因而成為目前預應力張拉精細化施工的首選。預應力施工的信息化和智能化已經成為一種必然趨勢，AS-10系統(tǒng)作為預應力精細化施工中的先行者，為在不久的將來迎來預應力張拉施工革命做出了革命性的開端。參考文獻：1. 朱新實，劉效堯. 預應力技術及材料設備（第二版）M. 北京：人民交通出版社，20052. 馮大