预应力张拉监控系统在精细化施工中的应用

1、预应力张拉监控系统在精细化施工中的应用廖强，罗斌（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆，400067）摘要：大量在役预应力桥梁的调查和检测结果表明，桥梁质量隐患来源于预应力张拉施工的不规范和缺乏有效的质量控制手段。本文分析了目前预应力桥梁张拉施工中存在的问题，介绍了一种用于预应力精细化施工的监控系统。现场应用表明该系统测量精确、性能稳定且操作便捷，在确保建设工程质量中具有重要意义，具有极大的研究和推广应用价值。关键词：预应力张拉；精细化施工；工程质量监控1 引言预应力技术是现代桥梁工程的核心技术之一，在公路工程中已得到广泛应用。预应力工程的安全性、耐久性和良好的运行状况在很大程度上取决于预应

2、力张拉施工质量的控制。然而，对大量在役桥梁的调查和检测表明，相当部分的桥梁质量隐患来源于预应力张拉施工的质量控制不足。桥梁预应力技术受现场条件和人为因素干扰较多，具有较大的随意性和变异性，施工质量可靠度和稳定性较低，在操作流程的规范性和精确度上有待提高。由于预应力张拉施工工序多、技术难度较大，结构获得的有效预应力取决于材料、设备及张拉操作工艺等诸多细部环节，因此需要有高效可靠的全过程控制手段进行严格规范和跟踪调节，才能确保预应力张拉的对称、均匀和精确性。2 当前桥梁预应力施工中存在的问题在长期的工程建设管理中，我们发现当前的桥梁建设质量堪忧，有的预应力混凝土桥梁在张拉阶段都出现“爆梁”或者开裂

3、现象；有的施工单位在预应力钢绞线方面敢于“缺斤少两”；个别梁场的结构混凝土堪比“豆腐渣”。如此桥梁结构的耐久性和安全性根本得不到保障，势必造成梁体过早劣化最终沦为问题桥梁。桥梁工程事故的发生，不仅造成资源的浪费、人员伤亡及财产损失，还将造成恶劣的社会影响。目前，桥梁预应力张拉施工设备基本上是由油泵驱动千斤顶进行张拉，通过油泵上的压力表示值来换算钢绞线的荷载，采用钢板尺测量千斤顶活塞行程来计算钢绞线的伸长量，在需要两端或者多点对称、同步张拉时采用喊话、打手势或者步话机等方式实现协同操作，如图1所示。图1 当前桥梁预应力张拉施工目前桥梁预应力施工所需的设备造价低廉、操作简便。但存在如下隐患和问题：

4、(1)张拉力控制误差过大。由于人为误差和油压表指针左右摆动的原因，要想精确获取油压表示值非常困难，而且油压表读数反映张拉荷载不直观，对控制张拉不方便；(2)钢绞线伸长值测量不准确。钢板尺测伸长量，存在人为影响因素大、测量过程慢、信息反馈不准确且存在安全风险等问题；(3)未能实现张拉力和伸长值的双重同步控制。张拉施工时，一般是一位工人负责操作油泵并读油压表示值，一位工人负责测量伸长量并记录数据，这使得油压表示值和钢绞线伸长值不是在同一时间点上获得的，即便发现钢绞线超张拉也难以补救；(4)千斤顶、张拉油泵与油压表的标定所需次数多，标定结果不易保持。公路桥涵施工技术规范第12.8.1条对张拉设备的标

5、定做了具体要求，张拉设备的频繁标定不但增加额外费用、而且降低施工效率；(5)检验预应力筋实际应力困难。目前在少数的实际施工中，有采用反拉的方法对钢绞线的实际预应力进行检测的，这种方法抽检的比例不高，而且反拉对钢绞线和夹片都是二次损伤，一般不予提倡。(6)张拉资料的可信程度低。钢绞线的张拉都是在弹性范围内进行，其荷载与伸长值为线性关系，即便在张拉过程中发现问题，在事后整理张拉资料时也可以进行篡改，因此查阅张拉记录没有张拉不合格的梁体，张拉资料已经失去了客观记录和追溯的应有之义。3预应力张拉精细化施工设备的发展现状预应力张拉精细化施工技术的发展离不开配套设备的技术进步，我国预应力机械的发展从无到有

6、，从仿制到自我研制，从少到多，经历了50余年的历程。虽然发展和进步是主流，但与世界其他先进国家相比，与快速发展的预应力技术相比，预应力机械的发展还有较大差距。主要存在以下一些问题：（1）预应力机械生产厂家参差不齐，低质低价产品的无序竞争造成了预应力机械产品市场秩序的混乱，这是行业迫切需要解决的问题；（2）我国目前已能大批量生产各类预应力专用机具，但就其质量的稳定性、耐用性及配套性以及预应力工艺水平而言，与国际先进水平尚有不少差距；（3）各厂家生产的设备通用性较差，用户在使用时不能完全互换，因此存在一定的浪费。基于当前信息技术的发展状况和预应力的施工现状，预应力精细化张拉施工有以下两种实现途径：

7、一是利用现有张拉设备配以智能数据采集系统，通过力传感器、位移传感器及便携式仪表组成数字化的张拉系统，实现预应力张拉的开环控制；二是改造现行张拉设备，对现行张拉设备进行升级，完成液压系统与张拉控制仪器之间的信息交换，从而实现预应力张拉的闭环全自动控制。两种途径各有优缺点，第一种可以在对普通张拉极具不做任何改造的基础之上，与现行设备进行无缝结合，实现预应力张拉的数字化控制，完成预应力张拉的精细化施工，此方案技术实现容易，普适性强，成本较低，易于推广。相比而言，第二种必须对普通极具的液压系统进行改造，技术难度大，成本造价高，后期标定维护成本也大，在有时甚至要对现行设备进行彻底淘汰，引起不必要的资源浪

8、费，但是可以实现张拉过程的全自动化。结合现代科技，推行桥梁预应力精细化施工，严格控制有效预应力的大小，确保桥梁预应力张拉施工质量符合设计和规范要求，是解决由于传统工艺施工不当而造成桥梁预应力病害问题的最有效、最直接的方法，具有重大的现实意义。4. AS-10预应力张拉监控系统及应用随着电子技术和计算机技术的发展，预应力技术的数字化、智能化已经成为一种必然趋势。目前部分高校、研究机构以及企业已经进行了一些研究，但是由于各种原因，技术水平和研究成果一直还停留在实验阶段，不能够安全可靠地应用于生产实际中。重庆交通科研设计院针对目前研究中存在的各种问题进行了大量深入的研究，综合考虑国内预应力行业的发展

9、情况，结合目前的建设需要和实际情况，研制发明了一种预应力张拉精细化施工监控系统AS-10预应力张拉监控系统（以下简称AS-10系统），如图2所示。图2 AS-10预应力张拉监控系统AS-10系统在传统预应力施工的基础之上结合传感器技术、电子信息技术和计算机软件技术，首先利用传感器来直接获取工程状态信息，然后将这些信息集合于便携式现场数据采集系统中，最后利用相关数据处理软件对其进行分析，从而完成对整个施工过程的有效监控。该系统目前已经应用于我们的在建工程，如图3所示： (a)AS-10系统测量原理 (b)AS-10系统现场应用图3 AS-10预应力张拉监控系统应用采用AS10预应力张拉监控系统从

10、桥梁预应力开始张拉到结束，对整个桥梁预应力张拉过程进行有效监控和客观记录。施工张拉有效预应力一般通过审核施工记录和监理旁站进行监督管理，如果安置监控设备进行全过程控制，就能客观真实记录整个张拉过程，就可以及时发现与处理异常情况，并能客观做到记录，评定张拉施工质量是否合格，进而可以在今后的张拉过程中，提高张拉操作流程的规范性。把现场采集的数据通过专业软件导入电脑并打印报告，如图4所示。图4 应用AS-10系统进行精细化施工监控报告通过对监控报告的分析，可以得到对称张拉中同步情况、分级张拉中停顿持荷情况、油泵千斤顶性能优劣等关键信息，可以迅速判断预应力施工进行是否规范，对发现问题予以及时纠正和全面

11、指导。此外，该报告采用动态数字水印技术进行加密处理，可以有效防止数据被认为篡改，从源头上确保了施工数据的可信度，同时也能进一步增强施工质量意识，确保施工质量。5. 结束语通过工程应用表明，采用AS10预应力张拉控制系统对增强施工单位责任意识，提高施工单位质量管理以及确保预应力张拉规范化施工。该系统性能稳定，操作简单，且具有极强的普适性，能够与现行设备进行完美结合，从而既确保了工程质量，又节约了社会资源，因而成为目前预应力张拉精细化施工的首选。预应力施工的信息化和智能化已经成为一种必然趋势，AS-10系统作为预应力精细化施工中的先行者，为在不久的将来迎来预应力张拉施工革命做出了革命性的开端。参考文献：1. 朱新实，刘效尧. 预应力技术及材料设备（第二版）M. 北京：人民交通出版社，20052. 冯大