譚少海, 鄧 飛, 郭 鵬

(1.湖南聯(lián)智科技股份有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙，410019； 2..四川金通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司， 四川 成都 611430；3.郴州市蘇仙區(qū)交通綜合行政執(zhí)法局， 湖南 郴州 423000)

0 引言

凡采用支架作為支撐施工上部結(jié)構(gòu)，易受地基基礎(chǔ)和支架本身的復(fù)雜因數(shù)影響而產(chǎn)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致產(chǎn)生不利影響，必須對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。目前，大型支架的預(yù)壓主要采用堆載方式，其中堆載的物體有沙袋、碎石、鋼筋和水等，需使用汽車、汽車吊或塔吊等設(shè)備，并輔之以大量人工。堆載物體積龐大、運(yùn)輸不便、操作困難，鋼筋吊裝等需要輔助就位的施工人員眾多，存在安全隱患，且加載后需要人工長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量。

因此，研發(fā)一種能夠降低運(yùn)輸成本、吊裝成本且能降低施工風(fēng)險(xiǎn)的大型支架預(yù)壓技術(shù)十分必要。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)大型支架預(yù)壓自動(dòng)控制技術(shù)具備了成熟條件。

2 多點(diǎn)力值同步的大型支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)研究

2.1 工作原理

大型支架的結(jié)構(gòu)一般為豎向支撐、大縱梁、橫梁、小縱梁、模板等部分，荷載傳遞路徑為澆筑物→模板→小縱梁→橫梁→大縱梁→豎向支撐，最后傳遞到地基。多點(diǎn)力值同步的大型支架預(yù)壓系統(tǒng)主要是將支架上需要承擔(dān)的荷載直接轉(zhuǎn)化成多點(diǎn)力施加在支架上，與傳統(tǒng)的支架預(yù)壓相比，該方法將原來(lái)分布在模板上的均布荷載等效成模板下小縱梁上的線荷載，再將小縱梁上的線荷載等效成集中荷載施加在小梁下的橫梁上，橫梁傳遞給大縱梁，大縱梁再傳遞給豎向受力支撐。

多點(diǎn)力值同步的大型支架系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)(油泵、油缸等)、檢測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、支架變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成(見(jiàn)圖1)。液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，可以全自動(dòng)完成“多點(diǎn)同步加載”及“多點(diǎn)同步卸載”，實(shí)現(xiàn)力和位移雙指標(biāo)控制、實(shí)時(shí)顯示、歷史溯源等多種功能；支架變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以連續(xù)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形情況，并和規(guī)范要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，超過(guò)允許值則實(shí)時(shí)報(bào)警，并反饋給加載系統(tǒng)停止加載。該系統(tǒng)是集機(jī)、電、液、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代化支架預(yù)壓設(shè)備。

圖1 大型支架自動(dòng)預(yù)壓控制示意圖

多點(diǎn)力值同步的大型支架自動(dòng)預(yù)壓系統(tǒng)自帶北斗位置傳感器系統(tǒng)，針對(duì)支架容易變形和需要觀測(cè)的位置安裝位置傳感器，按照規(guī)范要求施加的荷載等級(jí)和停頓時(shí)間自動(dòng)施加荷載，實(shí)時(shí)采集需要關(guān)注的位置變形情況，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)街Ъ茴A(yù)壓控制中心。支架控制中心依據(jù)采集的荷載、千斤頂位移、北斗采集的觀測(cè)點(diǎn)的水平位移和豎向位移與時(shí)間進(jìn)行曲線繪制，依據(jù)曲線可實(shí)時(shí)查看支架預(yù)壓的情況，如果預(yù)壓過(guò)程中出現(xiàn)較大變形或失穩(wěn)，系統(tǒng)自動(dòng)取消加載并報(bào)警，需要現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行查看并采取加固措施。

2.2 施工流程

多點(diǎn)力值同步的大型支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)是通過(guò)反力架施加等效荷載進(jìn)行支架預(yù)壓的施工技術(shù)，其施工的主要步驟為：①確定反力架施加等效荷載進(jìn)行預(yù)壓的技術(shù)方案；②地基處理并預(yù)埋反力提供裝置(一般是在承臺(tái)中進(jìn)行預(yù)埋螺紋鋼筋)；③安裝支架，安裝加載點(diǎn)，采用鋼絞線連接反力預(yù)埋裝置和加載點(diǎn)，支架盡量不要干擾加載點(diǎn)和反力裝置之間的鋼絞線；④安裝加載千斤頂，連接加載油管到泵站，連接泵站到控制中心，安裝力值、位移值采集數(shù)據(jù)線；⑤安裝檢測(cè)支架變形的北斗位置測(cè)量傳感器到觀測(cè)點(diǎn)，調(diào)試監(jiān)測(cè)點(diǎn)到控制中心是否準(zhǔn)確連接；⑥調(diào)試荷載施加裝置和變形監(jiān)測(cè)裝置，按照設(shè)計(jì)要求的荷載進(jìn)行分級(jí)設(shè)定施加參數(shù)，啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)加載；⑦加載過(guò)程中，可安排安全員進(jìn)行巡視，防止有人故意破壞加載系統(tǒng)的加載過(guò)程；如果系統(tǒng)報(bào)警需要及時(shí)安排人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障排查；⑧加載結(jié)束后，先卸載，再拆除千斤頂、位置傳感器和泵站系統(tǒng)。

3 大型支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 某大橋支架預(yù)壓施工實(shí)際效果

某大橋全長(zhǎng)8.815 km，設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，工程造價(jià)約21.72億元。大橋由主橋和引橋組成，主橋在海上進(jìn)行施工(見(jiàn)圖2)，支架需要進(jìn)行預(yù)壓，采用海水堆載體積大、不安全，采用其他加載塊堆載則需要進(jìn)行海上運(yùn)輸和海上吊裝，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。因此采用大型支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行支架預(yù)壓，26頂同步進(jìn)行力值加載(見(jiàn)圖3)。全橋8個(gè)橋墩，每個(gè)橋墩預(yù)壓荷載由800 t到1 200 t不等，支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)服務(wù)費(fèi)40萬(wàn)(含運(yùn)輸費(fèi)和標(biāo)定費(fèi)，不含監(jiān)測(cè)費(fèi)用)，人工費(fèi)用4萬(wàn)元。較堆載預(yù)壓節(jié)省費(fèi)用30萬(wàn)以上，節(jié)省工期1個(gè)月，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 某大橋支架施工

圖3 支架預(yù)壓施工

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，在6排中選取了72個(gè)加載點(diǎn)進(jìn)行力值觀測(cè)，實(shí)際力值與設(shè)計(jì)力值的對(duì)比情況見(jiàn)圖4。由圖可見(jiàn)，實(shí)際施加的荷載同設(shè)計(jì)的荷載非常接近，各點(diǎn)的力值精度誤差都在1%以內(nèi)?？傮w設(shè)計(jì)加載力值為11 556 kN，實(shí)際加載力值為11 560.2 kN，總體偏差為0.036%，較其他加載方式，力值精確度具有質(zhì)的飛躍。

圖4 同步加載時(shí)實(shí)際力值與設(shè)計(jì)力值的對(duì)比情況

在支架系統(tǒng)中選擇6排72個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別在荷載預(yù)壓時(shí)和澆筑混凝土?xí)r觀測(cè)支架變形情況，加載時(shí)與澆筑時(shí)觀測(cè)點(diǎn)的位移對(duì)比情況見(jiàn)圖5。由圖可見(jiàn)加載和澆筑時(shí)支架每排的變形都比較均勻，且在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，同排最大位移差值為2.8 mm，澆筑時(shí)同排最大位移差值為0.4 mm。支架拆除后，橋梁標(biāo)高和變形都在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

圖5 加載時(shí)與澆筑時(shí)觀測(cè)點(diǎn)的位移對(duì)比情況

3.2 支架自動(dòng)預(yù)壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

支架自動(dòng)預(yù)壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)預(yù)壓相比，有許多優(yōu)勢(shì)，其對(duì)比如表2所示。

3.2.1低成本

一般進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的場(chǎng)地離主干道較遠(yuǎn)，同時(shí)需要預(yù)壓的噸位較大，采用堆載法進(jìn)行預(yù)壓的支架系統(tǒng)，加載物投入的運(yùn)輸、吊裝、人工費(fèi)用等較多。多家施工單位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，采用傳統(tǒng)支架預(yù)壓方案的費(fèi)用平均為650元/t，而采用支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)的費(fèi)用平均為400元/t，節(jié)約費(fèi)用38%，且噸位越大，支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)成本越低。

3.2.2低風(fēng)險(xiǎn)

預(yù)壓需要緩慢加載需要汽車吊或者塔吊進(jìn)行吊裝，起重噸位大，吊裝高度高，需要工人輔助就位，施工過(guò)程中安全隱患比較大，施工現(xiàn)場(chǎng)的可控性不強(qiáng)。且加載過(guò)程中要進(jìn)行分級(jí)，導(dǎo)致組織起來(lái)的吊裝設(shè)備和人員不能連續(xù)工作，浪費(fèi)的設(shè)備和人工臺(tái)班較多。而支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)由系統(tǒng)自動(dòng)加載，工人可以遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)，系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)成熟，降低了安全隱患。

表1 支架整體自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)與傳統(tǒng)預(yù)壓技術(shù)的對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目傳統(tǒng)預(yù)壓方式整體自動(dòng)預(yù)壓1荷載施加大量的人力、物力、加載設(shè)備多一次安裝,一鍵完成預(yù)壓工作2加載的準(zhǔn)確性限于加載物的形狀、尺寸和本身重量,與設(shè)計(jì)荷載的誤差大于10%自動(dòng)加載,傳感器采集,與設(shè)計(jì)荷載的誤差在1%以內(nèi)3加載時(shí)的安全性安全性不可控,施工人員安全存在風(fēng)險(xiǎn)加載時(shí)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,人員可在安全區(qū)域觀察4項(xiàng)目成本較高的運(yùn)輸成本、較大的人工成本和吊裝成本節(jié)約成本,且預(yù)壓噸位越大,成本節(jié)約越多。5支架預(yù)壓效果測(cè)量人工測(cè)量、不及時(shí)不準(zhǔn)確系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)6荷載卸載單點(diǎn)卸載、容易引起失穩(wěn)、需要時(shí)間長(zhǎng)、同樣具有安全隱患自動(dòng)、整體同步卸載,安全、可靠、速度快7施工進(jìn)出場(chǎng)時(shí)間時(shí)間長(zhǎng)、不可控因素多時(shí)間短、可控性較高

3.2.3高準(zhǔn)確度、高可靠性

傳統(tǒng)支架預(yù)壓過(guò)程中需要安排技術(shù)員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的支架變形測(cè)量，如果天氣狀況惡劣或者操作人員臨時(shí)工作失職將導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)缺失或錯(cuò)誤，自帶的支架北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)支架水平和豎向位移，并依據(jù)時(shí)間自動(dòng)繪制成曲線，系統(tǒng)可以判斷支架的穩(wěn)定性然后逐級(jí)加載或卸載。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，施工自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化逐漸替代了傳統(tǒng)的施工技術(shù)。多點(diǎn)力值同步的大型支架自動(dòng)預(yù)壓技術(shù)的應(yīng)用，首先節(jié)省了大量的運(yùn)輸成本和吊裝成本，同時(shí)避免了堆載施工過(guò)程中的安全隱患，達(dá)到了支架預(yù)壓所需要的施工效果。通過(guò)在依托工程中的應(yīng)用，驗(yàn)證了多點(diǎn)力值同步的大型支架自動(dòng)預(yù)壓施工的可行性和可靠性，在后續(xù)大型支架的預(yù)壓施工中可以進(jìn)行應(yīng)用。