高鐵預制箱梁智能建造創(chuàng)新技術實踐

趙志江

(中鐵十八局集團第一工程公司，河北 涿州 072750)

1 前 言

傳統(tǒng)的箱梁施工中采用人工壓漿技術、人工養(yǎng)護、人工鑿毛等方式，弊端愈來愈凸顯，不僅施工效率較低、人工操作出現(xiàn)的誤差較大，而且漿液不飽滿，質(zhì)量通病常常出現(xiàn)，嚴重影響橋梁施工進度和質(zhì)量[1]。

石衡滄港(石家莊站-衡水北站-滄州西站至黃驊港站)鐵路東官道制梁場、楊辛莊制梁場均位于河北省泊頭市境內(nèi)，分別承擔石港城際鐵路衡黃段610榀、375榀箱梁預制任務。為滿足智能化高鐵建設需要，以該鐵路東官道制梁場、楊辛莊制梁場箱梁預應力預制箱梁智能建造為研究對象，通過QC攻關和技術創(chuàng)新，重點介紹橋梁箱梁智能化壓漿系統(tǒng)、智能噴淋養(yǎng)護的優(yōu)勢、構成、施工工藝、操作關鍵點，并引入BIM+GIS多維可視化技術、整體式液壓模板、智能張拉等智能化、程序化、自動化創(chuàng)新技術施工，實踐證明，智能技術應用與傳統(tǒng)的人工制梁進行比較，施工時通過智能化、標準化操作，避免人為因素的干擾，施工比較規(guī)范化、便捷化，整個過程自動生成數(shù)據(jù)，施工效率和質(zhì)量高。

2 智能壓漿系統(tǒng)工藝

采用HDZW-700B高速智能自動壓漿臺車，孔道壓漿工序為箱梁質(zhì)量控制的特殊工序，其施工程序為：施工準備→漿體配制→管道壓漿→封錨→涂防水層[1]，智能壓漿系統(tǒng)施作示意圖及工藝流程圖如圖1、2所示。

圖1 施工示意圖

收稿日期：2021-12-07

作者簡介：趙志江(1992-),男，河南新鄉(xiāng)人,助理工程師，大學,研究方向：橋梁施工。

2.1 施工準備

壓漿前對設備進行試運轉(zhuǎn)，檢查并調(diào)校上料、攪拌、計量、通信、輸漿管等各部件，達到要求后方可使

圖2 工藝流程圖

用；封錨頭采用第三代封錨頭方案：安裝真空壓漿組件→檢查密閉性→進行壓漿[2]；確定進漿端和出漿端，兩端各安裝配套管路閥門，并檢查其功能。

圖3 自動壓漿系統(tǒng)組成圖

2.2 材料要求

漿體性能指標如表1所示。

表1 漿體性能指標

2.3 設備機具配置

HDZW-700B高速智能自動壓漿臺車1套。該系統(tǒng)組成主要為制漿單元、抽真空和壓漿單元等，詳見圖3。

2.3.1 制漿單元

由壓漿劑和水泥(或壓漿料)料倉、水箱、輸送通道等上料裝置和高速攪拌桶、低速攪拌桶以及配套的管路、閥門和電機等設備組成，用于上料、制漿、儲漿和稱重。

2.3.2 抽真空和壓漿單元

由真空泵、真空壓力表、壓漿泵、壓力表(或壓力變送器)、壓漿量和放漿量計量裝置以及配套管路、閥門等組成，用于管道抽真空和壓漿[4]。

2.3.3 控制和數(shù)據(jù)管理單元

由控制柜、PLC工控機及顯示器等外設、通信設備、自動壓漿控制程序組成，用于自動壓漿施工的流程控制、數(shù)據(jù)處理及顯示、結果判定、報告輸出、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

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(wěn)定壓力、輸入壓力值、點擊標定。

真空泵開啟閾值:真空度低于此值，自動啟動抽真空，建議區(qū)間-0.07-0.06MPa,真空泵停止閾值應小于開啟閾值[5]。

2.3.4 輔助單元

由除塵、平衡、清洗、預報警和斷電保護等裝置等組成。除塵裝置包括吸風機和粉塵收集、處理設備。

2.4 自動壓漿系統(tǒng)的使用與操作

2.4.1 使用前檢查

設備支撐是否穩(wěn)固；傳感器狀態(tài)是否完好，是否已檢定/校準，是否在有效期內(nèi)。正式工作前，手動試運行。

2.4.2 操作流程

開機后首先在設備計算機桌面上打開“橋梁壓漿管理系統(tǒng)圖標”，如圖4。

圖4 箱梁壓漿管理系統(tǒng)

(1)工程信息:點擊橋梁設置界面的橋梁信息標簽，錄入或?qū)牍こ滔嚓P信息，包括工程信息、人員信息及壓漿管道相關信息。設備及材料相關信息，包括設備廠家、設備編號、標定信息及材料廠家、規(guī)格型號和批次[6]。

(2)制漿工藝:在橋梁壓漿管理系統(tǒng)打開制漿工藝任務，對制漿工藝參數(shù)進行設置:

①制漿工藝中有A、B兩種配比方案和攪拌方案,如圖5。

圖5 箱梁制漿管理系統(tǒng)

②配比方案和攪拌方案相關參數(shù)，依據(jù)相關規(guī)定的配合比輸入水、壓漿劑、水泥的對應份額，“橋梁壓漿管理系統(tǒng)”會智能地計算出壓漿劑摻量以及對應的水膠比[7]。

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“橋梁壓漿管理系統(tǒng)”會默認制漿工藝系列參數(shù)，如果不能夠滿足TB/T3192的規(guī)范要求，技術人員可以按照實際情況進行重新設置，并重新完善制漿工藝系列參數(shù)，并在系統(tǒng)里妥善保存。

(3)壓漿工藝

用戶可根據(jù)需要新建、編輯、刪除、導入、導出橋梁類型預應力管道參數(shù)模板。按照“標準圖號-線型”的模式填寫，線型分為直線無聲ZW、直線有聲ZY、曲線無聲QW、曲線有聲QY四種。將內(nèi)容分別填寫于同一Excel文件中的sheet1和sheet2中。

(4)壓漿施工

①點擊智能壓漿，選擇需要壓漿的橋梁編號，點擊確定即可進入制漿壓漿界面，點擊啟動制漿按鈕，輸入盤數(shù)開始制漿。②制漿重量大于單孔漿體使用量后即可點擊啟動壓漿按鈕，開始壓漿施工，同時制漿工藝流程繼續(xù)進行。

2.5 質(zhì)量控制和檢驗

檢測漿體流動度，出漿口設置排氣放漿的閥門，壓漿時要求出漿狀態(tài)應連續(xù)、穩(wěn)定，出漿速度宜為20-30L/min，且不應大于35L/min，對試件進行標養(yǎng)，檢驗漿體的7d、28d強度。高(低)速攪拌桶、壓力表(或壓力變送器)、真空壓力表要求：檢定/校準時間低于6個月；使用次數(shù)低于5 000個管道；不能出現(xiàn)異常情況時。漿液指標通過現(xiàn)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14-22s，符合要求[8]。

2.6 梁體封錨

C50梁體封錨混凝土配合比采用試驗室提供的施工配合比，維勃稠度為11-15s，養(yǎng)護14d。封端防水層涂刷后12h內(nèi)防止暴曬、淋雨。

2.7 安全及環(huán)保要求

在壓漿過程中的施工用電做到一機一閘；壓漿作業(yè)結束，打開自動清洗開關，自動清洗攪拌桶、儲漿桶、壓漿泵、閥門、過濾裝置以及各種管道；攪拌機轉(zhuǎn)動時上面嚴禁站人；施工人員施工時必須佩戴防塵面罩或口罩；施工過程中未用完的漿體不能隨便倒,應倒在統(tǒng)一指定的地點。

3 智能噴淋養(yǎng)護技術

由于混凝土自身水化熱比較大，而高鐵箱梁體積都很龐大，導致梁體內(nèi)外溫差比較大，另外高鐵箱梁對收縮裂紋要求嚴格，因此混凝土的養(yǎng)生很關鍵，通過引進箱梁智能噴淋養(yǎng)護設施提高箱梁養(yǎng)護質(zhì)量。綜合智能噴淋養(yǎng)護流程圖詳見圖6。

3.1 底腹板自動噴淋養(yǎng)護

(1)在箱梁底部左右兩側(cè)布置2根縱向長32.5m、橫向間距5.6m的50#槽鋼，作為智能噴淋養(yǎng)護工裝的運行軌道。

(2)智能噴淋養(yǎng)護工裝配置減速電機，借助電機制動以不超過0.22m/s的速度在50#槽鋼軌道勻速移動,把擋板設置在槽鋼軌道兩端作為行程限行裝置。如果智能噴淋養(yǎng)護工裝運行至另一端時，行程折返裝置接觸到擋板以后，智能噴淋養(yǎng)護工裝系統(tǒng)會折返進行養(yǎng)護[9]。

圖6 智能噴淋養(yǎng)護流程圖

(3)配電箱含接觸器、行程啟閉裝置等一系列重要配件，相關參數(shù)可設置為“噴淋10min,間隔20min”。另外，可依據(jù)天氣酌情調(diào)整,從而提升箱梁混凝土噴淋養(yǎng)護效果。

(4)噴淋水管縱向和橫向孔位間距分別是10cm和5cm，半徑為0.75mm。為保證水壓充足，在供水源頭管所加裝增壓泵至少滿足0.3-0.5MPa。水在增壓泵增壓下，從噴淋孔勻速噴灑，確保噴淋保持均勻，能夠保證箱梁底、腹板外側(cè)、翼緣板側(cè)面經(jīng)常保持濕潤，直至養(yǎng)護環(huán)節(jié)結束(見圖7)。

圖7 底腹板自動噴淋養(yǎng)護

3.2 橋面蓄水養(yǎng)護

(1)在箱梁上表面混凝土首次進行抹面以后，混凝土表面漿體還沒有凝固前，在箱梁上表面四周安裝好聚丙烯膠(見圖8),聚丙烯膠膠條一般埋入混凝土深度2.5mm左右位置。

圖8 安裝膠條

(2)在吊裝孔處以正方形形式安裝好4根長度為400mm的膠條，避免進行箱梁吊裝時箱梁上表面的蓄水出現(xiàn)滲漏，箱梁上表面蓄水高度為15mm,如圖9、10所示。

圖9 吊裝孔處四周安裝膠條

圖10 箱梁上表面蓄水養(yǎng)護

3.3 芯室保濕

將噴霧保濕器(俗稱霧炮)裝置加裝到每片箱梁，該裝置在芯室梁端不超過1.5m范圍內(nèi)進行布置，霧炮噴霧出口朝向芯室區(qū)域，如圖11所示,霧炮所需用水直接通過提前引入的主水管,霧炮噴射出來的水霧直接對箱梁芯室進行有效保濕養(yǎng)護，能夠迅速將箱梁芯室濕度提高到95%以上，在實現(xiàn)養(yǎng)護的同時，有效節(jié)約用水[10]。對鋼絞線、錨具進行防銹處理，如圖12。

圖11 霧炮對芯室噴霧養(yǎng)護

圖12對鋼絞線、錨具進行防銹處理

3.4 效益分析

自動噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)只需配置1人即可完成3-4片箱梁的養(yǎng)護，每片箱梁平均每天節(jié)約0.73d，另外裂紋發(fā)生率從16%下降到2%,極大提升了工程質(zhì)量。將廢水再回收利用節(jié)約用水，極大地降低了成本(見圖13)。

圖13 養(yǎng)護用水循環(huán)系統(tǒng)示意圖

4 箱梁其他預制創(chuàng)新技術

(1)引入BIM+GIS多維可視化技術，可以對施工過程進行實時監(jiān)控，有效管理箱梁施工進度、質(zhì)量和安全。預制箱梁實行二維碼標識,將每片箱梁混凝土開始澆筑、張拉、壓漿、脫模的具體時間通過電腦或手機輸入,確保箱梁施工的可追溯性；工程完成后，信息化平臺系統(tǒng)可實現(xiàn)向運營管理的切換，全面實現(xiàn)從建設到運營全周期全過程信息化智能化管理。

(2)采取整體式液壓模板(外、內(nèi)模)，借助行走系統(tǒng)，可以進行上下左右前后移動，技術人員在箱梁外部進行液壓系統(tǒng)操作就能結束拆模，在有效提高施工人員的施工環(huán)境。節(jié)約用工人數(shù)，提升工作環(huán)境，另外，還有效節(jié)約了施工成本。

(3)采用智能張拉，通常1臺計算機可以同步控制4個千斤頂?shù)耐綇埨?。張拉?shù)據(jù)能夠借助網(wǎng)絡有效保存并上傳，有效提升了預應力張拉的準確性和施工效率。絞線通過梳辮穿束，可以妥善處理鋼絞線在穿線過程中的纏繞問題。

(4)濕接縫預埋鋼筋處引進免鑿毛止?jié){帶,能夠妥善解決漏漿弊端；為了提高頂板混凝土整平效果，通過鋁合金直尺順著翼緣板兩側(cè)齒板進行頂進找平；采用氣動鑿毛機對箱梁鑿毛，操作便捷，有效提高工作效率。