談智能張拉系統(tǒng)對(duì)提高橋梁耐久性的作用

李宏利

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西太原 030012)

0 引言

橋梁是為了跨越山谷、道路、水體或其他障礙物而建造的一種結(jié)構(gòu)，來(lái)提供跨越這些障礙的通路。上部結(jié)構(gòu)主要承受汽車(chē)或其他車(chē)輛運(yùn)輸荷載的是預(yù)制箱梁或T形梁體，怎樣提高梁體的承載能力和保證預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的耐久性是影響到整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要因素。

人們?yōu)榱烁纳茦蛄毫后w在工作狀態(tài)下的工作性能、提高其強(qiáng)度，在使用前給梁體預(yù)先施加的永久性內(nèi)應(yīng)力，稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力。橋梁工程中預(yù)應(yīng)力筋的加工和張拉，在現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的建設(shè)項(xiàng)目工程劃分中，列為橋梁工程分項(xiàng)工程的主要工程。由此可見(jiàn)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到橋梁工程的結(jié)構(gòu)安全和橋梁在運(yùn)營(yíng)后的使用壽命。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，橋梁預(yù)制梁施工更多采用了后張法施工，即先進(jìn)行梁體混凝土澆筑，然后再給梁體施工加一定的預(yù)應(yīng)力并在預(yù)應(yīng)力管道中灌注水泥漿，使其成為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。一般預(yù)應(yīng)力張拉程序是安裝好千斤頂→從0應(yīng)力開(kāi)始→初應(yīng)力→設(shè)計(jì)應(yīng)力并持荷5 min→卸荷。

在目前工程施工中，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力張拉施工多采用傳統(tǒng)方法，施工時(shí)先按照計(jì)量監(jiān)督部門(mén)出具的千斤頂標(biāo)定證書(shū)的數(shù)據(jù)計(jì)算出張拉需要控制的初始應(yīng)力、設(shè)計(jì)應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的壓力表讀數(shù)，按照計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行張拉過(guò)程應(yīng)力控制。由于壓力表的讀數(shù)精度問(wèn)題，使張拉過(guò)程中各階段應(yīng)力控制的精度難以達(dá)到，同時(shí)，由于施工人員能力及責(zé)任心等因素，更進(jìn)一步影響到張拉過(guò)程的質(zhì)量控制。在對(duì)伸長(zhǎng)量的量測(cè)時(shí)，也存在人為量測(cè)不準(zhǔn)確、不及時(shí)等問(wèn)題，為預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量留下隱患。

通過(guò)對(duì)多座預(yù)應(yīng)力橋梁的檢測(cè)和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題主要原因之一是橋梁梁體預(yù)應(yīng)力張拉施工不規(guī)范，有效預(yù)應(yīng)力不足，缺少有效的質(zhì)量控制手段，導(dǎo)致橋梁的使用壽命嚴(yán)重縮短，不少橋梁因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力施工不合格，被迫提前進(jìn)行加固。如何改進(jìn)傳統(tǒng)的張拉工藝，能夠精確的對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，減少施工過(guò)程中的人為因素，確保橋梁預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量，就成了當(dāng)前橋梁施工急需解決的問(wèn)題。

本文以山西省岢臨高速公路部分標(biāo)段的橋梁施工為例，對(duì)智能張拉施工工藝的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行闡述。在本項(xiàng)目橋梁施工中，業(yè)主為了工程需要，引進(jìn)了智能張拉工藝對(duì)橋梁工程預(yù)制箱梁、T梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工。該技術(shù)采用了計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了張拉過(guò)程一鍵控制，自動(dòng)操作，對(duì)張拉過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)力進(jìn)行精準(zhǔn)控制，嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行施工，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、及時(shí)糾錯(cuò)、應(yīng)力損失及時(shí)補(bǔ)充，切實(shí)有效的提高梁體的施工質(zhì)量，為橋梁的結(jié)構(gòu)安全性和耐久性提供了保障。同時(shí)，由于張拉過(guò)程中的全自動(dòng)控制，大大減少了施工管理和監(jiān)控的工作強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力張拉程控系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力張拉程控系統(tǒng)

預(yù)應(yīng)力智能張拉的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1 操作方便、簡(jiǎn)單

操作前，先在計(jì)算機(jī)內(nèi)輸入需要張拉的箱梁的基本數(shù)據(jù)，如梁體梁號(hào)、梁型、孔道等，并校核張拉力目標(biāo)值及伸長(zhǎng)量值。操作時(shí)，只需按下按鍵，張拉過(guò)程全自動(dòng)完成，無(wú)需配備專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，即使是工地上文化素質(zhì)不高的普工也能夠輕松操作。

2 自動(dòng)故障檢測(cè)

針對(duì)張拉過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)使用過(guò)程中的傳感器故障、錯(cuò)誤操作引起的超行程或超張拉力等，都會(huì)通過(guò)故障提示功能進(jìn)行顯示，并且故障不解決、不開(kāi)機(jī)，以保證使用過(guò)程中的安全和準(zhǔn)確。

3 自動(dòng)平衡緩釋泄壓技術(shù)，防止滑束、避免沖擊夾片

最新的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)可使千斤頂張拉完成后緩慢卸壓，從而保證預(yù)應(yīng)力從工具錨更穩(wěn)定的過(guò)渡到工作錨具上，尤其在卸壓過(guò)程中通過(guò)緩釋泄壓技術(shù)避免了對(duì)工作夾片的沖擊，防止出現(xiàn)滑束，該方法已于2012年在山西岢臨高速公路沿線多個(gè)梁場(chǎng)獲得認(rèn)可。

4 同步計(jì)算，及時(shí)補(bǔ)充，保證張拉應(yīng)力數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

智能張拉系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集千斤頂內(nèi)油壓，并將信息同步傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)千斤頂?shù)臉?biāo)定參數(shù)，換算成拉力值，同時(shí)將信息同步傳送至張拉設(shè)備(油泵)，從而實(shí)現(xiàn)張拉力及加載速度的精準(zhǔn)控制，并能自動(dòng)補(bǔ)充應(yīng)力(即當(dāng)張拉力下降1%時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)拉至規(guī)定值)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將施工時(shí)張拉應(yīng)力的誤差范圍從傳統(tǒng)工藝的10%～15%縮小到±1%。

5 及時(shí)校核伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)“雙控”

智能張拉系統(tǒng)通過(guò)位移傳感器采集鋼絞線的伸長(zhǎng)量和回縮量信息，同步傳送至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算伸長(zhǎng)量，并及時(shí)判定伸長(zhǎng)量是否在規(guī)范規(guī)定±6%范圍內(nèi)，如超出該規(guī)范，計(jì)算會(huì)發(fā)出警示，提醒施工人員出現(xiàn)異常，及時(shí)查找原因，從而實(shí)現(xiàn)了張拉應(yīng)力與伸長(zhǎng)量的同步“雙控”。

6 兩端對(duì)稱(chēng)同步張拉，減少對(duì)梁體的損害

由于梁體單端張拉會(huì)造成梁體內(nèi)應(yīng)力分布不均衡，應(yīng)力損失較大，不同步張拉會(huì)對(duì)梁體造成扭曲等危害，智能張拉系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制兩臺(tái)或多臺(tái)千斤頂，同時(shí)，對(duì)稱(chēng)對(duì)梁體施加張拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)梁體“兩端對(duì)稱(chēng)同步張拉”，避免了由于張拉過(guò)程操作不規(guī)范對(duì)梁體造成的危害。

7 自動(dòng)控制操作，規(guī)范張拉過(guò)程

智能張拉系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)張拉過(guò)程中自動(dòng)控制，減少了傳統(tǒng)工藝中人為操作的誤差及施工人員責(zé)任心不強(qiáng)等因素的影響，對(duì)張拉過(guò)程中的應(yīng)力控制停頓點(diǎn)、加載速度、持荷時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，規(guī)范了張拉過(guò)程，保證了有效預(yù)應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。

8 隨時(shí)監(jiān)控，減輕監(jiān)管工作強(qiáng)度

智能張拉系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，為業(yè)主單位、監(jiān)理單位、施工單位創(chuàng)建了一個(gè)共同的平臺(tái)，可隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)控，打破了地域的限制，使三方都能夠及時(shí)掌控預(yù)制梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量情況，實(shí)現(xiàn)了“跟蹤監(jiān)控、及時(shí)糾錯(cuò)”。同時(shí)，由于智能張拉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，杜絕了人為造假，數(shù)據(jù)不可靠的可能性，為進(jìn)行科學(xué)研究和質(zhì)量分析提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)。

為適應(yīng)新時(shí)期公路橋梁工程建設(shè)發(fā)展要求，JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范簡(jiǎn)稱(chēng)《新橋規(guī)》，在2011年8月1日起開(kāi)始實(shí)施，《新橋規(guī)》中采用了大量的新技術(shù)、新方法、新工藝、新材料、新理念。對(duì)公路橋梁建設(shè)將起到更好的行業(yè)技術(shù)指導(dǎo)作用，有助于提高公路橋梁建設(shè)的技術(shù)水平和施工工藝水平。

9 結(jié)語(yǔ)

橋梁智能張拉系統(tǒng)是隨著技術(shù)的進(jìn)步和為提高橋梁結(jié)構(gòu)安全和使用耐久性，應(yīng)運(yùn)而生的一種新型的施工控制技術(shù)，其在施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序控制中所起到的作用已不容忽視，該技術(shù)的全面推廣必將全面提升我國(guó)橋梁的安全使用性能。

［1］ JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.