智能施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究

劉煜

摘要：智能施工技術(shù)在當(dāng)前我國(guó)橋梁工程中的應(yīng)用正逐漸得到凸顯，對(duì)于工程質(zhì)量、工期節(jié)點(diǎn)以及使用年限均具有重要影響。文章對(duì)橋梁工程施工中的智能張拉技術(shù)、智能壓漿技術(shù)和智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，探討了上述三方面智能施工技術(shù)的主要架構(gòu)，所研究?jī)?nèi)容具有一定的理論研究?jī)r(jià)值與工程實(shí)用意義。

關(guān)鍵詞：智能施工;橋梁;應(yīng)用;研究

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.034

文章編號(hào)：1673-4874（2019）07-0109-03

0引言

當(dāng)前，隨著橋梁工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展，工程的工期與質(zhì)量已成為衡量橋梁工程優(yōu)質(zhì)與否的硬性標(biāo)準(zhǔn)。智能監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)的大范圍應(yīng)用，使得橋梁工程在施工的各個(gè)階段中能夠合理分配施工人員、材料以及設(shè)備，保證了工期節(jié)點(diǎn)和工程質(zhì)量，在某種程度上可極大避免人為因素引起的施工誤差和事故，在橋梁工程施工的管理和成本控制方面也具有一定優(yōu)勢(shì)。因此，智能施工技術(shù)已逐漸成為橋梁工程領(lǐng)域的主流施工技術(shù)，對(duì)智能施工技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究具有重要意義。智能施工技術(shù)類別及作用如表1所示。

1智能張拉技術(shù)

1.1必要性分析

隨著我國(guó)橋梁施工技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在各種結(jié)構(gòu)類型的橋梁工程中應(yīng)用越來越廣泛，預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量對(duì)于橋體結(jié)構(gòu)的耐久性具有直接影響。在部分橋梁工程中，由于預(yù)應(yīng)力施工不達(dá)標(biāo)，不得不提前進(jìn)行工程加固，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起橋梁垮塌，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響。出現(xiàn)這種情況的原因大多與傳統(tǒng)張拉施工工藝有關(guān)。在傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力施工工藝中，大多數(shù)技術(shù)人員憑借施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)操作、計(jì)算和讀數(shù)，來綜合判斷預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量，這種情況下得到的工程參數(shù)誤差很大，對(duì)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的控制帶來一定影響。而智能張拉設(shè)備能夠很好地避免上述施工問題，減少施工誤差，對(duì)于提高預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量具有重要作用。

1.2智能張拉設(shè)備

近年來，國(guó)內(nèi)各橋梁施工研發(fā)企業(yè)在智能張拉設(shè)備方面展開了深入研究，現(xiàn)階段已取得較為顯著的成果，例如湖南聯(lián)智、西安璐江、上海同禾、柳州泰姆等公司研發(fā)生產(chǎn)的張拉設(shè)備，在某種程度上推動(dòng)了我國(guó)橋梁工程施工技術(shù)的發(fā)展。張拉設(shè)備多數(shù)以PC端進(jìn)行操作和控制，也有的采用手持式終端進(jìn)行控制。以西安璐江生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)為例，其可完成預(yù)應(yīng)力小箱梁同步、均勻地張拉。西安璐江預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)如圖1所示。

1.3工作原理

由圖1可知，該預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)由工具箱、千斤頂、控制主機(jī)和遙控裝置構(gòu)成，通過手持遙控裝置進(jìn)行操作，可使兩臺(tái)控制主機(jī)協(xié)同張拉作業(yè)。控制主機(jī)由預(yù)先設(shè)置的程序來發(fā)出相應(yīng)指令，控制各臺(tái)設(shè)備的具體機(jī)械動(dòng)作進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)張拉過程。

整個(gè)張拉過程包括張拉力大小控制、鋼絞線長(zhǎng)度控制、施工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理以及工程參量的曲線顯示等。手持式遙控裝置由嵌入式PC機(jī)、無線通訊模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)與主機(jī)之間的智能通訊和人機(jī)交互。通過傳感測(cè)量技術(shù)采集各臺(tái)千斤頂?shù)膲毫弯摻g線長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行分析，可對(duì)變頻電機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的高精準(zhǔn)智能調(diào)控功能，使得張拉力和加載頻率得以實(shí)時(shí)精確控制。

2智能壓漿技術(shù)

在橋梁工程的施工中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線通常以水泥漿液和周邊混凝土結(jié)合的方式來達(dá)到可靠的錨固效果，可提升橋梁結(jié)構(gòu)整體的抗裂能力和載荷能力。如果預(yù)應(yīng)力管道壓漿的密實(shí)度不足，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部孔隙過大，給結(jié)構(gòu)耐久性帶來不利影響，進(jìn)而影響橋梁的使用壽命。為此，管道壓漿的施工質(zhì)量在近些年逐漸被業(yè)內(nèi)所關(guān)注。如何更好地控制壓漿質(zhì)量、提高管道壓漿密實(shí)性的判別精度已成為當(dāng)下需要著重解決的問題。通過大量的試驗(yàn)和實(shí)踐，我國(guó)在智能壓漿控制領(lǐng)域已走在世界的前列，通過控制主機(jī)所顯示的進(jìn)、出漿口的壓力差可判別管道的密實(shí)程度和壓力差是否恒定，還可顯示和判斷壓漿的飽滿程度，對(duì)于提高管道壓漿的質(zhì)量和橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有重要意義。

2.1智能壓漿設(shè)備

智能壓漿設(shè)備通過壓力沖孔，排出管道內(nèi)部雜質(zhì)，使管道內(nèi)部壓漿變得密實(shí)。以柳州泰姆公司生產(chǎn)的IGS-500型智能真空循環(huán)壓漿系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、螺桿壓漿泵、儲(chǔ)漿桶、真空泵、無線通信設(shè)備、自動(dòng)循環(huán)放漿閥以及電子稱重儀等幾部分。IGS-500型智能真空循環(huán)壓漿系統(tǒng)如圖2所示。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)屬于壓漿系統(tǒng)的智能控制部分，其對(duì)整個(gè)壓漿系統(tǒng)進(jìn)、出口漿液的流速和下料量等進(jìn)行有效控制，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)磁盤，供業(yè)主、監(jiān)理和施工方查看。系統(tǒng)集成有智能清洗模塊，可一鍵操作完成全部清洗工序。無線WIFI通信模塊可組建臨時(shí)的內(nèi)部局域網(wǎng)，便于工程數(shù)據(jù)的傳輸和分析。自動(dòng)循環(huán)放漿閥提高了壓漿的質(zhì)量和效率，在真正意義上實(shí)現(xiàn)了無人值守壓漿模式。精度高達(dá)0.5%的電子稱重儀，使得壓漿原料的選擇更為精確。

2.2智能壓漿施工過程

水泥漿料需按0.26～0.28的水膠比分批攪拌，單次拌合水泥漿量應(yīng)<1m，計(jì)算好用水量和壓漿料用量，使用稱重儀進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，在攪拌機(jī)中加入90%左右的拌合水，啟動(dòng)攪拌機(jī)，將全部壓漿料逐漸加入并攪拌均勻，當(dāng)加入全部壓漿料之后，快速攪拌2min，隨后再慢速攪拌1min，加入剩余的10%的拌合水，繼續(xù)攪拌1min，至此，水泥漿拌合完成。這種通過兩次加水制備水泥漿的方法，可使水泥顆粒形成薄膜，減少顆粒間的包裹水，提高水泥漿液的流動(dòng)性。當(dāng)水泥漿液拌好之后，開啟主機(jī)智能壓漿模式，此過程僅需準(zhǔn)備好充足的水泥漿液便能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)孔道壓漿。完成一個(gè)孔道的壓漿之后移到另一個(gè)孔道，直到全部箱梁孔道都完成壓漿為止。

2.3智能壓漿特點(diǎn)

（1）壓漿壓力、流量精準(zhǔn)可控

智能壓漿過程可控制水膠比為0.26～0.28之間，壓漿壓力控制在0.5～1.1MPa之間，可精確判斷出漿口的關(guān)閉時(shí)間，恒壓時(shí)間可自動(dòng)控制在3～5min左右，壓力大小在0.5～0.7MPa之間，能夠很好規(guī)避因人為因素導(dǎo)致的隨意性和測(cè)量誤差，保證管道壓漿的密實(shí)度。

（2）壓漿參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)整

智能壓漿系統(tǒng)部署有精密傳感器單元，用來對(duì)壓漿參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，傳感器單元將數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給控制主機(jī)，控制主機(jī)經(jīng)過預(yù)設(shè)程序判斷后進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)對(duì)管道壓力進(jìn)行補(bǔ)充，使出漿口壓力值符合施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，壓漿全過程的閉環(huán)反饋控制機(jī)制，還能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)壓漿的流量和密度，在壓力恒定時(shí)持續(xù)補(bǔ)充孔道內(nèi)部的漿液，當(dāng)進(jìn)、出漿口的壓力差維持恒定之后，自動(dòng)判斷管道的充盈程度。

3智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)

由于水化作用，使得澆筑后的混凝土需要在一定的溫濕度條件下才可硬化，如果養(yǎng)護(hù)不到位，混凝土中的水分會(huì)蒸發(fā)過快，導(dǎo)致脫水現(xiàn)象，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘結(jié)力減弱，或引起大范圍的收縮形變，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度均產(chǎn)生一定影響。因此，混凝土在澆筑后初期的養(yǎng)護(hù)十分必要。為切實(shí)提高混凝土的初期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，以預(yù)制箱梁的養(yǎng)護(hù)為例，使用智能養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)，可有效防止梁體表面出現(xiàn)裂紋以及混凝土強(qiáng)度不足等問題。智能養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)如圖3所示。

由圖3可知，該混凝土智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)主要包括溫濕度傳感器、控制中心以及水熱化分析等幾部分。其中溫濕度傳感器用來將采集到的混凝土數(shù)據(jù)上傳到控制中心，對(duì)水熱化分析加以控制，并將水熱化分析結(jié)果反饋到控制中心，為下一階段智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的控制提供依據(jù)。

4結(jié)語

本文針對(duì)橋梁工程中的主要施工環(huán)節(jié)，對(duì)智能張拉技術(shù)、智能壓漿技術(shù)和智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)分別進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了各部分智能控制系統(tǒng)、施工技術(shù)的主要構(gòu)架，以期對(duì)相關(guān)工程施工提供技術(shù)支持。值得注意的是，橋梁工程中的智能施工技術(shù)還包括多個(gè)分支，如智能檢測(cè)技術(shù)等，本文僅對(duì)上述三個(gè)部分進(jìn)行了探討，對(duì)橋梁工程領(lǐng)域中的其他智能施工技術(shù)的深入研究還待在今后的工作中進(jìn)一步加強(qiáng)。