智能施工技术在桥梁工程中的应用研究

刘煜

摘要：智能施工技术在当前我国桥梁工程中的应用正逐渐得到凸显，对于工程质量、工期节点以及使用年限均具有重要影响。文章对桥梁工程施工中的智能张拉技术、智能压浆技术和智能养护技术进行了深入研究，探讨了上述三方面智能施工技术的主要架构，所研究内容具有一定的理论研究价值与工程实用意义。

关键词：智能施工;桥梁;应用;研究

中图分类号：U445.4 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.034

文章編号：1673-4874（2019）07-0109-03

0引言

当前，随着桥梁工程施工技术的不断发展，工程的工期与质量已成为衡量桥梁工程优质与否的硬性标准。智能监测、控制技术的大范围应用，使得桥梁工程在施工的各个阶段中能够合理分配施工人员、材料以及设备，保证了工期节点和工程质量，在某种程度上可极大避免人为因素引起的施工误差和事故，在桥梁工程施工的管理和成本控制方面也具有一定优势。因此，智能施工技术已逐渐成为桥梁工程领域的主流施工技术，对智能施工技术在桥梁工程领域中的应用进行深入研究具有重要意义。智能施工技术类别及作用如表1所示。

1智能张拉技术

1.1必要性分析

随着我国桥梁施工技术的不断发展和进步，预应力技术在各种结构类型的桥梁工程中应用越来越广泛，预应力施工的质量对于桥体结构的耐久性具有直接影响。在部分桥梁工程中，由于预应力施工不达标，不得不提前进行工程加固，情况严重时会引起桥梁垮塌，造成一定的经济损失和不良社会影响。出现这种情况的原因大多与传统张拉施工工艺有关。在传统预应力施工工艺中，大多数技术人员凭借施工经验进行手动操作、计算和读数，来综合判断预应力施工的质量，这种情况下得到的工程参数误差很大，对预应力施工质量的控制带来一定影响。而智能张拉设备能够很好地避免上述施工问题，减少施工误差，对于提高预应力的施工质量具有重要作用。

1.2智能张拉设备

近年来，国内各桥梁施工研发企业在智能张拉设备方面展开了深入研究，现阶段已取得较为显著的成果，例如湖南联智、西安璐江、上海同禾、柳州泰姆等公司研发生产的张拉设备，在某种程度上推动了我国桥梁工程施工技术的发展。张拉设备多数以PC端进行操作和控制，也有的采用手持式终端进行控制。以西安璐江生产的预应力智能张拉系统为例，其可完成预应力小箱梁同步、均匀地张拉。西安璐江预应力智能张拉系统如图1所示。

1.3工作原理

由图1可知，该预应力智能张拉系统由工具箱、千斤顶、控制主机和遥控装置构成，通过手持遥控装置进行操作，可使两台控制主机协同张拉作业。控制主机由预先设置的程序来发出相应指令，控制各台设备的具体机械动作进而实现整个张拉过程。

整个张拉过程包括张拉力大小控制、钢绞线长度控制、施工数据存储和处理以及工程参量的曲线显示等。手持式遥控装置由嵌入式PC机、无线通讯模块和数据存储单元等构成，能够实现与主机之间的智能通讯和人机交互。通过传感测量技术采集各台千斤顶的压力和钢绞线长度等数据，将数据传输到主机进行分析，可对变频电机的工作参数进行实时调节，实现了油泵电机转速的高精准智能调控功能，使得张拉力和加载频率得以实时精确控制。

2智能压浆技术

在桥梁工程的施工中，预应力钢绞线通常以水泥浆液和周边混凝土结合的方式来达到可靠的锚固效果，可提升桥梁结构整体的抗裂能力和载荷能力。如果预应力管道压浆的密实度不足，会导致内部孔隙过大，给结构耐久性带来不利影响，进而影响桥梁的使用寿命。为此，管道压浆的施工质量在近些年逐渐被业内所关注。如何更好地控制压浆质量、提高管道压浆密实性的判别精度已成为当下需要着重解决的问题。通过大量的试验和实践，我国在智能压浆控制领域已走在世界的前列，通过控制主机所显示的进、出浆口的压力差可判别管道的密实程度和压力差是否恒定，还可显示和判断压浆的饱满程度，对于提高管道压浆的质量和桥梁结构的稳定性具有重要意义。

2.1智能压浆设备

智能压浆设备通过压力冲孔，排出管道内部杂质，使管道内部压浆变得密实。以柳州泰姆公司生产的IGS-500型智能真空循环压浆系统为例，该系统主要包括监控计算机、螺杆压浆泵、储浆桶、真空泵、无线通信设备、自动循环放浆阀以及电子称重仪等几部分。IGS-500型智能真空循环压浆系统如图2所示。

监控计算机属于压浆系统的智能控制部分，其对整个压浆系统进、出口浆液的流速和下料量等进行有效控制，并将数据上传到监控计算机磁盘，供业主、监理和施工方查看。系统集成有智能清洗模块，可一键操作完成全部清洗工序。无线WIFI通信模块可组建临时的内部局域网，便于工程数据的传输和分析。自动循环放浆阀提高了压浆的质量和效率，在真正意义上实现了无人值守压浆模式。精度高达0.5%的电子称重仪，使得压浆原料的选择更为精确。

2.2智能压浆施工过程

水泥浆料需按0.26～0.28的水胶比分批搅拌，单次拌合水泥浆量应<1m，计算好用水量和压浆料用量，使用称重仪进行准确称量，在搅拌机中加入90%左右的拌合水，启动搅拌机，将全部压浆料逐渐加入并搅拌均匀，当加入全部压浆料之后，快速搅拌2min，随后再慢速搅拌1min，加入剩余的10%的拌合水，继续搅拌1min，至此，水泥浆拌合完成。这种通过两次加水制备水泥浆的方法，可使水泥颗粒形成薄膜，减少颗粒间的包裹水，提高水泥浆液的流动性。当水泥浆液拌好之后，开启主机智能压浆模式，此过程仅需准备好充足的水泥浆液便能自动实现孔道压浆。完成一个孔道的压浆之后移到另一个孔道，直到全部箱梁孔道都完成压浆为止。

2.3智能压浆特点

（1）压浆压力、流量精准可控

智能压浆过程可控制水胶比为0.26～0.28之间，压浆压力控制在0.5～1.1MPa之间，可精确判断出浆口的关闭时间，恒压时间可自动控制在3～5min左右，压力大小在0.5～0.7MPa之间，能够很好规避因人为因素导致的随意性和测量误差，保证管道压浆的密实度。

（2）压浆参数实时监测、调整

智能压浆系统部署有精密传感器单元，用来对压浆参数进行实时监测，传感器单元将数据参数反馈给控制主机，控制主机经过预设程序判断后进行调整，及时对管道压力进行补充，使出浆口压力值符合施工规范标准要求。另外，压浆全过程的闭环反馈控制机制，还能够自动调节压浆的流量和密度，在压力恒定时持续补充孔道内部的浆液，当进、出浆口的压力差维持恒定之后，自动判断管道的充盈程度。

3智能养护技术

由于水化作用，使得浇筑后的混凝土需要在一定的温湿度条件下才可硬化，如果养护不到位，混凝土中的水分会蒸发过快，导致脱水现象，使内部结构的粘结力减弱，或引起大范围的收缩形变，对于混凝土结构、强度均产生一定影响。因此，混凝土在浇筑后初期的养护十分必要。为切实提高混凝土的初期养护质量，以预制箱梁的养护为例，使用智能养护控制系统，可有效防止梁体表面出现裂纹以及混凝土强度不足等问题。智能养护控制系统如图3所示。

由图3可知，该混凝土智能养护系统主要包括温湿度传感器、控制中心以及水热化分析等几部分。其中温湿度传感器用来将采集到的混凝土数据上传到控制中心，对水热化分析加以控制，并将水热化分析结果反馈到控制中心，为下一阶段智能养护系统的控制提供依据。

4结语

本文针对桥梁工程中的主要施工环节，对智能张拉技术、智能压浆技术和智能养护技术分别进行了详细阐述，分析了各部分智能控制系统、施工技术的主要构架，以期对相关工程施工提供技术支持。值得注意的是，桥梁工程中的智能施工技术还包括多个分支，如智能检测技术等，本文仅对上述三个部分进行了探讨，对桥梁工程领域中的其他智能施工技术的深入研究还待在今后的工作中进一步加强。