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昆山市中環(huán)快速化改造工程線路全長44.4 km。全線(不含S-Ⅱ標(biāo))共有現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁逾 700 聯(lián),箱梁一般跨徑布置為3×30 m,橋面寬度25.5 m,加減速段橋面寬度43.5 m,除局部匝道轉(zhuǎn)彎段,均為預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。
為提高昆山中環(huán)項目混凝土連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量,推廣和應(yīng)用先進施工工藝,在工程主要工區(qū)采用智能預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)。
工程存在如下難點:跨度大,連續(xù)跨最多達4 跨,腹板束超長,兩端同時張拉時,信號接收的穩(wěn)定性難以保證;施工工期緊,如何不影響整體施工進度,且使預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)取得較好的效果;如何確保伸長值不超過±6%,保證張拉施工質(zhì)量。
橋梁智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)主要由主控電腦、智能化油泵和千斤頂3 部分組成。張拉時,由主控電腦發(fā)出無線指令,同步控制每臺設(shè)備的的每一個機械動作,自動完成整個張拉過程[1,2]。系統(tǒng)以張拉力為控制指標(biāo),伸長值誤差為校對指標(biāo),通過現(xiàn)代傳感、數(shù)字控制技術(shù),實時采集、分析每臺內(nèi)置傳感器的千斤頂張拉力和位移值數(shù)據(jù)(圖1)。
圖1 智能張拉工藝原理示意
準(zhǔn)備限位板、錨具等材料→ 清點檢查設(shè)備→核對千斤頂編號→確定張拉梁編號→進行技術(shù)交底→布置張拉控制站→電線連接→油管連接→千斤頂、數(shù)據(jù)線安裝→錨具安裝→張拉施工→張拉作業(yè)完成
智能張拉技術(shù)能最大限度地減少人為因素對預(yù)應(yīng)力張拉過程的影響,但在使用過程中亦不能盲從,應(yīng)根據(jù)工程實際情況科學(xué)分析智能張拉的結(jié)果。為充分發(fā)揮此項技術(shù)的優(yōu)越性,在箱梁張拉施工過程中有幾個關(guān)鍵控制點需要特別重視[3-6]:
3.2.1 箱梁預(yù)應(yīng)力束理論伸長值復(fù)核
預(yù)應(yīng)力張拉采用張拉力控制為主、伸長值校核的方法。實測伸長值與計算值的偏差應(yīng)在±6%范圍之內(nèi)??梢娎碚撋扉L值是基準(zhǔn),張拉施工前,應(yīng)根據(jù)送檢該批次鋼絞線的實際彈性模量、預(yù)應(yīng)力筋各分段長度及轉(zhuǎn)角復(fù)核理論伸長值。
3.2.2 智能張拉技術(shù)參數(shù)
正式張拉施工前,應(yīng)提供智能張拉儀的標(biāo)定報告,有效期為6 個月。在工程項目信息欄內(nèi)準(zhǔn)確填入智能千斤頂編號、校準(zhǔn)日期、回歸方程f(x)=ax+b、張拉儀的IP地址等。在張拉構(gòu)件信息欄內(nèi)填入張拉斷面編號、張拉工藝(單束單端/兩端張拉、兩束橫橋向?qū)ΨQ單端/兩端張拉)、鋼索編號、實測鋼絞線彈性模量、張拉控制力、理論伸長量、加載速度、初應(yīng)力選擇和張拉行程等。
張拉技術(shù)參數(shù)應(yīng)由項目工程師和現(xiàn)場監(jiān)理共同復(fù)核確認(rèn)后,方可進行智能張拉。
3.2.3 張拉過程控制
智能張拉主控電腦應(yīng)由項目工程師使用和管理,其他人員不得隨意操作此電腦。在張拉時,項目工程師應(yīng)注意觀察鋼束應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化,一般連續(xù)且呈線形增長為正常,同時應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力束伸長實時校核的誤差,當(dāng)誤差超過6%時,程序自動暫停張拉,項目工程師應(yīng)具體分析原因,再決定是否繼續(xù)張拉。張拉加載速度應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力束的長度、張拉槽口混凝土的澆筑質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力筋在槽口處是否轉(zhuǎn)角過大等因素確定。程序根據(jù)橋涵施工規(guī)范要求內(nèi)置持荷時間為5 min,在持荷階段當(dāng)千斤頂?shù)膲毫ψx數(shù)值小于設(shè)定值時,程序控制油泵自動補壓,從而保證最終預(yù)應(yīng)力值達到設(shè)計要求。
3.2.4 智能數(shù)據(jù)輸出
張拉過程中自動記錄張拉數(shù)據(jù),張拉結(jié)束后自動生成橋梁預(yù)應(yīng)力張拉記錄表,并可通過張拉記錄的歷史查詢來查看箱梁某一束預(yù)應(yīng)力筋的鋼絞線根數(shù)、張拉控制力、理論伸長量、實測伸長量、延伸量誤差、斷絲和張拉起始、結(jié)束日期等情況。
本工程通過在一工區(qū)(17 聯(lián))、二工區(qū)(13 聯(lián))和四工區(qū)(16 聯(lián))共計46 聯(lián)現(xiàn)澆箱梁采用預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù),明顯提高了預(yù)應(yīng)力精度值,且能實時采集數(shù)據(jù)、自動計算伸長量并校核,加載速率、持荷時間、同步對稱等方面均符合橋涵施工規(guī)范的要求。同時,全過程電腦操控、無線傳輸、操作簡便快速、張拉數(shù)據(jù)自動記錄,并可真實再現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉全過程。另外,操作人員可遠離非安全區(qū)域控制張拉設(shè)備,有效保障了人身安全(圖2)。
根據(jù)反饋的首件試驗和后續(xù)智能張拉設(shè)備的使用情況,仍有以下幾點需進一步改進完善:
1)智能張拉儀的無線信號穩(wěn)定性不佳,設(shè)備調(diào)試時間過長。解決方為:通過采用信號放大器來增益無線信號,這樣能保證張拉系統(tǒng)的穩(wěn)定。同時,加強對技術(shù)人員的智能張拉設(shè)備操作的培訓(xùn),以保證后續(xù)張拉過程順利、準(zhǔn)確。
圖2 智能張拉現(xiàn)場
2)在張拉施工中,存在千斤頂回油截止閥過于敏感,造成噴油污染橋面。解決方案為:施工中臨時去掉此截止閥是治標(biāo)不治本的方法,后續(xù)應(yīng)找到既能達到保護千斤頂缸體又不會造成噴油的方法。
3)多次倒缸實時伸長值誤差與最終報告不一致。經(jīng)過分析研究,確定是由于張拉控制系統(tǒng)中伸長值計算公式有誤造成的,可以通過升級智能張拉控制軟件使問題得到解決。
4)位移傳感器固定螺絲易松動。解決方案為:提醒工人在安裝智能千斤頂時注意保護露在外邊的位移傳感器和數(shù)據(jù)線。
智能張拉施工時,技術(shù)人員通過觀察鋼束應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化能及時發(fā)現(xiàn)斷絲、滑絲、錨下混凝土爆裂等重大質(zhì)量問題;張拉數(shù)據(jù)自動記錄且無法修改能有效促進預(yù)應(yīng)力筋鋪放施工的標(biāo)準(zhǔn)化。工程實踐證明,采用智能張拉技術(shù)大大提高了橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量,使橋梁預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)水平上了一個新臺階。