預應力管道自動壓漿系統施工技術及質量控制研究

李金永

(中鐵十九局集團有限公司 北京 100176)

1 引言

預應力管道壓漿是后張法預應力混凝土橋梁工程預應力施工的關鍵工序[1]，壓漿質量直接影響橋梁的承載能力和耐久性。如果壓漿不充盈飽滿，預應力鋼筋未被完全保護，鋼筋在高應力狀態極易產生銹蝕，而且發展極快，給橋梁帶來很大安全隱患[2]。高質量的管道壓漿可提高預應力筋的防腐防銹能力，加強預應力筋與混凝土的黏結性，從而減少預應力損失。采用TGZY型鐵路橋梁預應力管道自動壓漿系統施工可以提高壓漿質量，確保橋梁在使用過程中的安全性和耐久性[3]。

2 工程概況

鄭州至周口至阜陽鐵路作為河南省“米”字形鐵路網規劃的組成部分，本項目的修建對填補鐵路網空白、完善快速鐵路網、優化路網布局、充分發揮快速鐵路網的規模效益和系統效應有著極其重要的意義。西華北制梁場、西華制梁場共承擔鄭阜客專ZFZQ-3標雙線預制箱梁1 294榀施工任務。其中31.5 m箱梁1213榀、23.5 m箱梁81榀，梁場計劃于2017年12月30日完成制梁任務。在制梁場預制梁生產過程中使用了TGZY型鐵路橋梁預應力管道自動壓漿系統，共計壓漿21 600孔道，壓漿質量均達到標準規范要求[4-5]。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工工藝及操作要點

TGZY型鐵路橋梁預應力管道自動壓漿系統是中國鐵道科學研究院研制的施工全過程自動控制壓漿設備，自動壓漿工藝完全符合《高速鐵路預制后張法預應力混凝土簡支梁》(TB/T 3432-2016)和《鐵路后張法預應力混凝土梁管道壓漿技術條件》的規定。

(1)在后張預制梁終拉完成后24～48 h內進行管道真空輔助壓漿。對孔道抽真空，使真空度穩定在-0.06～-0.08 MPa之間。同時按照試驗確定的配合比拌制水泥凈漿，水泥漿進入壓漿設備前必須不停攪動。漿體注滿管道后，在0.50～0.60 MPa下持壓3 min，保壓最大壓力不超過0.60 MPa。壓漿時漿體溫度始終控制在5～30℃之間。壓漿時及壓漿后3 d內，梁體及環境溫度確保在5℃以上。

(2)水泥漿性能符合以下要求:水膠比≤0.33；24 h自由泌水率0%；出機流動度為18±4 s，30 min流動度≤30 s；抗壓強度 7 d≥35 MPa、28 d≥50 MPa，抗折強度 7 d≥6.5 MPa、28 d≥10 MPa；壓入管道的水泥漿飽滿密實，24 h自由膨脹率為0～3%；初凝時間≥4 h、終凝時間≤24 h；含氣量1% ～3%；壓力泌水率≤3.5%。

(3)施工中要實時監控和檢測系統的運行控制、壓漿狀態和設備運行狀態等[6]。自動壓漿系統的高速制漿桶配套稱重傳感器主要用于配料和制漿，將壓漿料或壓漿劑、水泥與水按照規定配比精準混合，如圖2。高速攪拌可使粉料與水在規定時間內得到充分拌和。在高速制漿桶下方安置高精度的稱重傳感器，能夠精準控制壓漿劑、水泥(壓漿料)和水的稱量誤差。

圖2 配料現場

(4)通過低速攪拌保證漿液的勻質性，從而實現了對出漿量的準確掌握，進而判斷壓漿密實度。

(5)采用雙向連續壓漿泵確保出漿連續、壓漿壓力穩定，可以實現對密封管道漿體的穩壓保壓及自動微量補漿作業工序，且可對壓入漿體量進行自動計量，可以保證管道內漿體質量，提高出漿效率。

(6)采用水循環泵抽真空可以滿足現場的使用要求，如圖3。

圖3 水循環泵

4 系統操作

4.1 系統介紹

TGZY型鐵路橋梁預應力管道自動壓漿系統主要由主控制、機械動力、傳感測量、數據管理和輔助等五大子系統構成[7]，如圖4。負責完成壓漿施工過程中的配料制漿、抽真空、壓漿以及安全輔助等功能的控制和執行[8-9]。

圖4 系統構成

系統實現了壓漿施工上料制漿、真空壓漿兩大關鍵工序自動化協同控制，具有自動化程度高、配料和壓漿量計量精準、現場移動便捷、操作方便、工作效率高、可靠耐用、維護量少、綠色環保等特點。滿足管道壓漿施工對過程控制和成品質量的技術要求，適合鐵路橋梁、公路橋梁以及其他工程領域管道壓漿施工。

系統四大技術優勢:吸塵集塵，綠色環保；全自動控制，一鍵啟動，手動自動便捷切換；數據接口公開，可根據需要接入工程管理平臺，方便各級工程管理者使用；壓漿量自動計量，為管道密實度判別提供參考依據。

4.2 參數設置

(1)制漿壓漿前應進行高、低速桶電子秤標定和真空表、壓力表的標定。用戶輸入標定授權密碼并驗證后方可進行標定。

電子秤標定方法:置零→放置標準砝碼→輸入標準砝碼重量→點擊標定。

真空表/壓力表標定方法:置零→達到穩定壓力→輸入壓力值→點擊標定。

(2)真空控制參數設置。真空泵停止閾值:真空度達到此值，自動停止抽真空，建議區間-0.09～-0.06 MPa；真空泵開啟閾值:真空度低于此值，自動啟動抽真空，建議區間-0.07～-0.06 MPa，真空泵停止閾值應小于開啟閾值；真空判斷延時:系統是否可進入真空穩壓階段的判斷時間，建議區間3～5 s；真空穩壓延時:真空穩壓的持續時間，建議區間5～10 s。

(3)制放漿參數。進漿扣除量:進漿管內漿液重量，可根據進漿管長度和直徑設置；初始流動度:制漿完成后立即測得的漿液流動度，根據標準要求，每10盤應測量1次；高速桶制漿閾值:連續自動制漿模式下，高速桶內漿液重量小于此值，自動開始下一盤制漿，建議區間20～50 kg；低速桶放漿閾值:連續自動制漿模式下，低速桶內漿液重量小于此值，且高速桶內制漿完成后，自動開啟放漿閥門，建議區間150～200 kg；每盤制漿總質量:制漿前，設定制漿量，建議區間150～400 kg。

(4)壓漿控制參數。壓漿泵保護閾值:保護壓漿泵和壓力表不過載，建議不超過1.0 MPa；壓漿泵停止閾值:壓漿壓力達到此值，自動停止壓漿，建議區間0.60～0.70 MPa；壓漿泵開啟閾值:壓漿壓力低于此值，自動啟動壓漿，建議區間0.50～0.60 MPa；降頻壓力:壓漿過程中，壓漿壓力高于此值，自動降低壓漿速率；保壓判斷延時:壓漿壓力穩定于壓漿泵開啟和停止閾值之間的時間，在此時間內，可進行出漿端和壓漿端排氣放漿操作，用戶可根據實際需要自行設定；保壓時間:壓漿保壓用時，根據標準要求，簡支梁一般不低于180 s，連續梁一般不低于300 s。

4.3 系統操作

4.3.1 系統軟件

開機后首先在設備計算機桌面上打開。

4.3.2 工程信息

點擊工程信息標簽，錄入或導入工程相關信息，包括工程信息、人員信息及壓漿管道相關信息，如圖5。

圖5 錄入工程信息

4.3.3 設備材料

點擊設備材料標簽，錄入設備及材料相關信息，包括設備廠家、設備編號、標定信息以及材料廠家、規格型號和批次，如圖6。

圖6 錄入設備材料

4.3.4 制漿工藝

點擊制漿工藝標簽，設置制漿工藝參數:

(1)制漿工藝類型分為工藝A和工藝B。工藝A代表水泥、壓漿劑和水混合制漿；工藝B代表壓漿料和水混合制漿[10]，如圖7。

圖7 制漿工藝輸入

(2)制漿配合比參數。按照規定配合比錄入水泥、壓漿劑和水的用量，系統自動計算出壓漿劑摻量和水膠比。如選擇工藝B，需同時勾選上料選項，應保證水泥和壓漿劑總量等于壓漿料的量。

壓漿劑摻量＝(壓漿劑量/水泥量)×100%。

水膠比＝[水量/(水泥量＋壓漿劑量)]×100%。

(3)系統提供默認制漿工藝參數，符合TB/T3192的工藝標準，用戶可根據實際情況重新設置，點擊“修改當前工藝”按鈕進行保存，點擊“恢復出廠設置”按鈕，恢復默認參數。

4.3.5 壓漿工藝

點擊壓漿工藝標簽，設置壓漿工藝參數，如圖8。

圖8 壓漿工藝參數錄入

(1)用戶可根據需要新建、編輯、刪除、導入、導出橋梁預應力管道參數模板。

(2)用戶可在既有模板的基礎上，通過上下移、添加、插入、修改、刪除孔道等操作，編輯孔道信息。點擊新建/編輯模板按鈕，填寫/修改圖號、孔道名稱、壓漿方式，點擊確認，完成新建/編輯。打開Excel表格(N2a、N2b見表1和表2)，根據所示內容和格式填寫模板，點擊導入，可實現模板的導入。在不同設備間，可導入導出相同圖號的孔道信息，提高操作效率。

表1 _孔道模板

表2 鐵路橋梁預應力自動壓漿設備制壓漿記錄表

點擊刪除模板按鈕，彈出界面，選擇對應的圖號可以進行刪除操作。點擊添加/插入/修改/刪除孔道按鈕，彈出界面，根據所示內容和格式新建相應孔道參數，點擊確認，完成操作。

4.4 數據上傳

點擊數據通信標簽，進行用戶登錄和數據傳輸設置。

(1)登錄:填寫遠程工程管理平臺的用戶賬號、密碼及設備碼，點擊登錄按鈕，登錄遠程工程管理平臺，登錄后可遠程下載工程信息至本地設備。

(2)申請梁體信息:登錄后，選擇生產編號，下方顯示對應梁號的制漿數據和壓漿數據，如該梁已申請過ID，則在遠程參數窗口顯示該梁ID；如未申請過，則立即申請梁體ID，申請完成后顯示于遠程參數窗口。點擊上傳數據，上傳該梁數據，如圖9(注意:本頁面功能需在有網絡情況下使用)。

圖9 數據上傳界面

(3)點擊瀏覽按鈕，可選擇結果數據表格存放路徑；點擊查看數據報表，可查看核對已生成的數據。核對無誤后，可點擊上傳數據。

4.5 常見故障及解決措施

(1)壓漿泵壓力表沒有壓力。檢查油室是否缺油，及時補充甘油；檢查出漿口是否有漿液流出，如果不出漿，應檢查吸漿口是否堵塞和壓漿管是否堵塞；拆下油室，檢查油室接頭是否堵塞；壓力表進油口是否通暢；隔膜破損變形，更換隔膜。

(2)壓漿泵不出漿。儲料桶內漿液是否充足；檢查空氣室球閥是否損壞，兩端共4個球閥；吸漿管水泥是否沉淀，應用水沖洗后再進行壓漿。

(3)壓漿泵活塞漏漿。緊固活塞兩端螺絲；更換格蘭內的盤根。

(4)壓漿泵不轉動。檢查電機是否缺項；電機三角帶是否松動打滑、脫落，及時更換緊固。

(5)稱重不顯示。鎖機；傳感器損壞。

(6)水泵不上水。檢查電路是否通電及缺相；檢查電機正反轉；檢查水箱是否缺水及結冰；檢查水箱內是否有異物堵塞；控制電路電氣元件是否損壞。

(7)高速電機不轉。電路是否通電；攪拌桶內干料過多，負載過大應及時清理；電機是否損壞。

(8)高速攪拌不均勻。攪拌葉片損壞及時更換；攪拌時間設置過短；壓漿料是否過期結塊失效；放料口有無漏水現象。

(9)水泥、添加劑上料系統不工作。檢查電路是否通電及缺項；檢查電機正反轉；檢查送料帶是否松動并緊固；檢查料倉是否有結塊堵塞，應反轉倒出清理后再使用；檢查電器元件是否損壞；電機是否損壞。

(10)失靈。檢查氣管是否脫落；空壓機是否啟動；空壓機是否有壓力。查電路是否通電，電器元件是否損壞；打開電機后蓋轉動散熱風扇，如果轉不動，應打開泵頭；檢查葉輪處是否結冰和生銹及時清理；檢查電機是否損壞。

(11)沒有壓力。檢查真空泵水箱是否缺水；檢查正反轉；檢查真空表連接管是否堵塞；檢查真空表水箱是否缺水；葉輪磨損嚴重及時更換；真空管連接系統泄氣。

(12)低速攪拌不轉。檢查電路是否通電，電器元件是否損壞；電機是否損壞。

(13)電機不轉。電機堵轉，立即斷開電機電源；電機電流超過熱繼電器上設置的保護電流值，引起熱繼電器保護動作；電機損壞。

5 數據統計分析

5.1 漿液指標

通過現場試驗檢測，水泥稱重偏差0.00% ～0.99%；壓漿劑稱重偏差0.00% ～1.55%；水稱重誤差0.00% ～1.11%。出機流動度為16～20 s。

注漿后采用管道密實度檢測儀檢測預應力孔道注漿飽滿度及漿液與鋼絞線的粘結情況[11]。

5.2 數據分析

在鄭阜鐵路ZFZQ-3標西華梁場現場使用，箱梁圖號為通橋(2016)2322A-Ⅱ，跨度為31.5 m孔道布置圖[12]，采用自動壓漿系統進行自動壓漿施工，其中1榀箱梁部分數據，見表3。

表3 自動壓漿系統現場試驗壓漿數據

通過數據統計，系統各項參數統計如下:水泥稱重偏差:準確率100%；壓漿劑稱重偏差:準確率98.5%；水稱重誤差:準確率99.5%；抽真空度:有效數據98.5%；保壓壓力:有效數據占95.05%；平均壓漿時間:有效數據占95.54%；壓漿量計量:有效數據占98.77%。

6 結束語

自動壓漿系統集成了機械自動化技術、傳感測控技術和網絡信息化技術，克服了傳統壓漿施工受人為因素影響大、壓漿密實度難以監控測量以及粉塵污染嚴重等問題，率先實現了施工全過程自動控制、施工信息化管理和綠色環保施工，確保了橋梁建設質量及運營安全，推動了橋梁工程壓漿技術發展。