嚴華江

中鐵十一局集團第一工程有限公司 湖北襄陽 441000

在高速公路工程的預(yù)制梁施工過程中，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全和耐久性的關(guān)鍵因素。上部結(jié)構(gòu)的提前損壞，如出現(xiàn)早期下?lián)?、開裂等病害，從而造成橋梁安全事故發(fā)生，是國內(nèi)交通行業(yè)日益關(guān)注的問題。如何改善傳統(tǒng)張拉施工依賴人工測量、大作業(yè)隨機性、可追溯性差等問題，有效控制橋梁預(yù)應(yīng)力，成為亟待解決的重要問題。預(yù)應(yīng)力施工采用智能張拉技術(shù)和智能施工，實現(xiàn)對張緊過程的智能控制，杜絕人工操作失誤。具有拉應(yīng)力、張力、加載速度、停止點、停留時間等精確、同步、自動控制。元件的特性改變了傳統(tǒng)的張拉過程，嚴格控制管道的預(yù)應(yīng)力精度和密實度，實現(xiàn)了整個張拉預(yù)應(yīng)力過程的質(zhì)量管理，實現(xiàn)了“實時監(jiān)控、智能控制、及時糾錯”。目的是提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，降低橋梁全壽命周期成本[1]。

1 預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)原理概述

相比傳統(tǒng)形式的人工預(yù)應(yīng)力張拉，預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)更具復(fù)雜性。在該系統(tǒng)中，主要融合了信息化處理技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線傳輸技術(shù)以及張拉力的傳輸方法等。將預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)應(yīng)用到公路工程的預(yù)制梁施工中，將會讓預(yù)應(yīng)力的張拉實現(xiàn)智能控制，讓預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)朝著智能化、自動化以及標準化的方向發(fā)展。按照預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)對于功能方面的實際要求，該系統(tǒng)的主要組成部分不僅有傳統(tǒng)形式的預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備，還包括程序控制軟件、測量傳感器、壓力傳感器、千斤頂和主機。在通過該系統(tǒng)進行預(yù)應(yīng)力的智能張拉過程中，其主要的控制目標就是實現(xiàn)對應(yīng)力的科學(xué)控制，以此來實現(xiàn)預(yù)制梁伸長量的有效校核。

具體應(yīng)用中，可借助傳感器對來自于千斤頂上的壓力參數(shù)以及來自于鋼絞線上的預(yù)制梁伸長數(shù)據(jù)進行實時采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)向系統(tǒng)主機實時傳遞，這樣就可以讓系統(tǒng)實現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力張拉的精準控制。同時，該系統(tǒng)也可以將預(yù)設(shè)好的程序作為依據(jù)，讓整個預(yù)應(yīng)力張拉過程得以自動進行。

在預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)和千斤頂以及計算機主控之間借助芯片連接，傳感器可以對千斤頂上的張拉數(shù)據(jù)進行采集，包括伸長量數(shù)據(jù)以及應(yīng)力數(shù)據(jù)等，然后借助智能芯片將采集到的數(shù)據(jù)上傳給計算機主控。在接收到這些參數(shù)之后，計算機主控會將這些參數(shù)和原來的設(shè)計參數(shù)進行對比，然后根據(jù)實際情況向智能芯片發(fā)出相應(yīng)的指令，以此來控制千斤頂張拉系統(tǒng)[2]。

2 施工工藝及應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 施工工藝流程

智能預(yù)應(yīng)力張拉系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由三部分組成，分別是智能驅(qū)動主機、起重機和油泵，當然還有其他結(jié)構(gòu)。其中，智能操作主機在系統(tǒng)中扮演著最重要的角色。另外兩個主體結(jié)構(gòu)相互配合，然后與主機形成一個有機結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮系統(tǒng)的大功能，共同組成智能張緊系統(tǒng)。因為智能應(yīng)用于一個系統(tǒng)，其工作界面相對簡潔、清晰、易懂，可以提高系統(tǒng)的體驗。相關(guān)數(shù)據(jù)可通過電腦直接傳輸至智能工作電腦上位機，可反映鋼線伸長率與拉力的關(guān)系，剔除結(jié)果非常直觀準確，可直接用于拉伸施工。

在施工過程中，傳感器可以及時將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給計算機，計算機再傳輸給主機。主機收到數(shù)據(jù)后會及時分析數(shù)據(jù)，準確反映力與伸長率的變化。張緊裝置工作時，必須對稱張緊，以便調(diào)整其電機參數(shù)，達到電壓補償功能。此外，在控制張力預(yù)緊力時，應(yīng)控制好油泵電機的轉(zhuǎn)速，以保證張力預(yù)緊力的準確性。在整個技術(shù)施工過程中，主要采用主機管理命令的方法，然后對擰緊過程進行檢測和監(jiān)控，其控制功能屬于自動控制。智能張緊系統(tǒng)還具有斷電后數(shù)據(jù)記憶功能和泄漏補償功能。因此，在出現(xiàn)停電或漏電等機械問題后，電壓數(shù)據(jù)不會丟失，可以改善應(yīng)用過程。

2.2 關(guān)鍵施工工藝

在高速公路預(yù)制梁的混凝土達到了設(shè)計張拉強度之后，預(yù)應(yīng)力張拉工作就應(yīng)該開始，但是因為預(yù)應(yīng)力張拉過程中會對預(yù)制梁造成比較大的影響，所以在通過預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)進行預(yù)制梁施工的過程中，施工單位需要對以下幾點事項加以重視。

（1）注重應(yīng)力施加的精確性。具體施工中，應(yīng)該對預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)做好預(yù)應(yīng)力智能張拉工藝的設(shè)置，以此來保障預(yù)應(yīng)力張拉施工的精確性，防止人為因素影響到實際張拉參數(shù)，盡量將應(yīng)力誤差控制在1%以下。

（2）張拉過程中需要對預(yù)制梁的伸長量做實時校核，以此來達到雙控效果。在此過程中，計算機會將來自于傳感器的預(yù)應(yīng)力參數(shù)作為依據(jù)，對預(yù)制梁的伸長量進行自動校核，保障所有的預(yù)應(yīng)力誤差都不超過2%，讓預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力及其伸長量達到雙控效果。

2.3 應(yīng)用優(yōu)勢

將預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)應(yīng)用在高速公路預(yù)制梁施工中，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）有著更高的精度。相比傳統(tǒng)的人工預(yù)應(yīng)力張拉來看，該技術(shù)的應(yīng)用使其精度實現(xiàn)了大幅度提升，設(shè)計意圖也可以更加精確地實現(xiàn)。

（2）有著更好的施工效率。因為該技術(shù)的整個張拉過程都是自動化控制的，借助相應(yīng)的傳感器，可以對預(yù)應(yīng)力參數(shù)以及伸長量參數(shù)進行測量，并將其實時上傳給系統(tǒng)終端，以此來實現(xiàn)整個張拉過程的自動化監(jiān)控。

（3）可達到雙控效果。在通過該技術(shù)進行預(yù)應(yīng)力張拉施工的過程中，系統(tǒng)可借助傳感器對預(yù)應(yīng)力以及伸長度做到實時監(jiān)控，并使其同時得到精確控制。

3 高速公路預(yù)制梁施工應(yīng)用實例分析

為驗證預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在具體高速公路預(yù)制梁施工過程中的應(yīng)用效果，以某高速公路的預(yù)制梁施工作為實例，對其張拉結(jié)果展開了分析。在本次工程中，預(yù)制梁智能張拉所應(yīng)用的千斤頂規(guī)格為120t，并借助低松弛形式的15.20型鋼絞線進行對稱張拉。通過該工程的設(shè)計資料可知，預(yù)制梁所應(yīng)用的是C50型高性能混凝土，將15.20mm形式的低松弛高強度鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力束，抗拉強度的最大設(shè)計值為FPK＝1860MPa，彈性模量為EP＝1.95×105MPa，錨口位置的摩擦損失是3%。該工程最初的設(shè)計是人工張拉形式，但是因為施工要求較高，工期較短，所以須通過智能張拉才可以滿足實際需求。本次工程中，規(guī)定張拉精度在2%以內(nèi)[3]。

具體張拉過程中，預(yù)應(yīng)力的變化情況是從0到設(shè)計應(yīng)力的10%，再到設(shè)計應(yīng)力的20%，再到無限大，然后在錨固條件下持續(xù)5min的荷載。本次所研究的某高速公路預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力智能張拉伸長量計算結(jié)果如表1所示。

表1 某高速公路預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力智能張拉伸長量計算結(jié)果

4 施工注意事項

4.1 智能預(yù)應(yīng)力受力技術(shù)所需設(shè)備

由于用于制作預(yù)制梁的雙油路按一定的標志與主輔控制泵站和起重機的兩個油嘴相連，如果在施工中發(fā)現(xiàn)某一部位傾覆，則起重機可以施工時容易損壞，也危及施工人員的安全。因此，張拉選擇的設(shè)備也應(yīng)按照規(guī)定的范圍和要求進行配置，否則會影響施工時施加的預(yù)應(yīng)力值的準確性，影響人員和財產(chǎn)的安全。

4.2 預(yù)應(yīng)力智能張拉施工注意事項

（1）在預(yù)制梁的同塊試驗中，如果在受拉結(jié)構(gòu)中錨基和錨下混凝土開裂，直接主要原因是錨下混凝土不致密，基層容易出現(xiàn)位置偏差。施工時垂直于隧道或測量位置和螺旋銜鐵的安裝位置不正確，這些情況都會導(dǎo)致技術(shù)安全事故。為了解決這些問題，只需要拉伸鋼線，對于小面積混凝土損壞可適當填充環(huán)氧樹脂。如果在填充結(jié)構(gòu)中使用2cm厚的鋼板代替錨墊進行重新緊固，這會導(dǎo)致拉力超過100%，但在材料設(shè)計中拉力不能超過拉伸原則，所以注意工程施工、混凝土的和易性、流動性和鋼筋間距等問題。

（2）在緊固過程中，如果錨桿下的混凝土出現(xiàn)混凝土裂縫，這種裂縫通常在設(shè)計值的70%～100%之間。此類裂紋容易造成起重機噴嘴損壞，危及人身安全并造成經(jīng)濟損失。注意在張拉結(jié)構(gòu)過程中錨墊是否破裂或向后移動。如有異常，及時停車，除了工作的控制泵外，還應(yīng)額外準備一臺備用泵，以確保其中任何一個出現(xiàn)故障時都能正常運行[4]。

4.3 預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)制梁各參數(shù)

公差范圍預(yù)制梁各項施工參數(shù)收緊后，實際伸長率超過理論伸長率的±6%，在此之前，必須對鋼螺紋進行一系列性能測試，同時在操作人員的手，并且在執(zhí)行張緊結(jié)構(gòu)之前每個接口必須完好無損。智能張力泵站在進油和回油過程中速度和壓力的升降，這些數(shù)據(jù)源在傳感器上的讀數(shù)應(yīng)穩(wěn)定一致。同時，工程技術(shù)人員必須經(jīng)常檢查安全閥，確保設(shè)備閥門的靈敏性和可靠性，確保油壓為55MPa時油箱內(nèi)的油壓才能溢出。由于張緊系統(tǒng)中不同工作設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸方式，因此應(yīng)保證監(jiān)控裝置與智能數(shù)控張緊泵之間沒有大的障礙，并保持直線視覺距離。最大控制距離為200m，纏繞鋼線的方法必須嚴格按照“梳理和穿線”程序進行，防止鋼線纏在管道中產(chǎn)生彎曲，造成張力不均。此外，在鉆孔過程中，應(yīng)加強對預(yù)應(yīng)力表面的質(zhì)量檢查，清除表面結(jié)構(gòu)的油漬，及時更換損壞的預(yù)應(yīng)力筋。

5 智能預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的拉緊技術(shù)相比，智能拉緊技術(shù)的優(yōu)點是，除其他外，包括：數(shù)據(jù)的精確度和壓力，實時監(jiān)測，自動穩(wěn)定化數(shù)據(jù)，自動異常預(yù)警等等。智能控制技術(shù)可以在任何時候儲存拉緊數(shù)據(jù)，從而可以加大在查詢時的輕松度。實時輸入電壓數(shù)據(jù)，并在生產(chǎn)電壓癥狀時展示操作參數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)，以確保施工質(zhì)量達到最佳。此外，智能系統(tǒng)技術(shù)的自動備份功能可以避免數(shù)據(jù)丟失。傳統(tǒng)的滑動技術(shù)中的設(shè)計誤差通常很大，但使用智能拉緊技術(shù)可以將誤差限制在±1的上限之內(nèi)。此外，收集設(shè)備后，鋼絲長度可以自動轉(zhuǎn)到計算機上，計算機將完成物理發(fā)展過程，從而確保在標準范圍內(nèi)同步壓縮展。張智能技術(shù)的應(yīng)用將最大限度地減少環(huán)境和人類因素對施工工作的影響，并確保施工的質(zhì)量和效率。

6 結(jié)語

綜上所述，在交通運輸行業(yè)的不斷發(fā)展中，高速公路橋梁的施工也開始有著越來越高的要求。將預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)應(yīng)用到高速公路預(yù)制梁的施工過程中，不僅可以避免傳統(tǒng)人工操作的諸多問題，有效控制預(yù)應(yīng)力張拉施工的質(zhì)量，也能夠進一步提升高速公路預(yù)制梁的結(jié)構(gòu)強度，并有效保障高速公路橋梁應(yīng)用的安全性。相比傳統(tǒng)的人工張拉技術(shù)，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)在效率和精準度方面都實現(xiàn)了進一步的提升，將該技術(shù)應(yīng)用到高速公路預(yù)制梁施工中，其技術(shù)優(yōu)勢也更加顯著。