建筑工程重力補(bǔ)償式靜壓注漿技術(shù)研究

林永默

廣州市盾建建設(shè)有限公司 廣東 廣州 511442

1 引言

1.1 項(xiàng)目研究背景

改革開放以來，我國土建工程的建設(shè)速度不斷加快，其數(shù)量、范圍、規(guī)模也不斷加大。我國對注漿技術(shù)的研究起步較晚，就目前的情況來看，注漿技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于房屋建筑、地鐵、大壩、隧道等領(lǐng)域，隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注漿技術(shù)有了較快發(fā)展，一些基本的工藝已經(jīng)成熟、基本的理論也已形成。但其傳統(tǒng)工藝存在著較多不足，人工操作使其漿液性能和注漿過程的多樣性對注漿質(zhì)量有較大的影響，同時(shí)傳統(tǒng)的注漿施工過程中往往會(huì)出現(xiàn)揚(yáng)塵、漿液飛濺等環(huán)境污染，且施工效率低，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，優(yōu)化注漿施工工藝，以保證注漿質(zhì)量、提升注漿效率和改善文明施工效果，進(jìn)一步促進(jìn)注漿技術(shù)在工程上的應(yīng)用顯得尤為重要。

1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，傳統(tǒng)的注漿的施工一般比較簡單，由工人分別按設(shè)計(jì)配合比將袋裝水泥或水泥、水玻璃兩種原材料放進(jìn)漿液調(diào)配圓桶中進(jìn)行漿液調(diào)配，再通過攪拌池進(jìn)一步攪拌，由注漿泵經(jīng)注漿管道輸送至袖閥管進(jìn)行注漿。相對于其他的施工方法，它的工程實(shí)施規(guī)模小、設(shè)備簡單。但正因傳統(tǒng)的注漿工藝設(shè)備簡單，則顯現(xiàn)出較多問題。傳統(tǒng)注漿工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)受人為因素影響較大，效率不均衡，漿液配合比存在一定程度上的誤差，導(dǎo)致漿液性能存在差異[1]；且由于注漿工程規(guī)模一般比較小，往往采用袋裝水泥，下料過程造成的水泥揚(yáng)塵和殘留均較為嚴(yán)重，對于注漿規(guī)模較大的注漿工程，則顯得尤為嚴(yán)重。

1.3 項(xiàng)目的意義

本項(xiàng)目“自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)”，為單液漿、雙液漿注漿系統(tǒng)，主要用于溶土洞處理、地基加固等注漿施工。旨在通過對注漿施工工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，提升漿液性能，優(yōu)化下料控制，并嘗試將注漿施工形成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)注漿施工自動(dòng)化，使整個(gè)系統(tǒng)集成度高、操作簡易，可實(shí)現(xiàn)原材料自動(dòng)定量輸送，排除人員操作偏差，施工效率倍增，保證漿液配比，具有良好的密封性，改善施工現(xiàn)場文明施工狀況，實(shí)現(xiàn)綠色施工，從而降低工程成本，提高企業(yè)效益。

2 技術(shù)方案論證與設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)方案的總體思路

傳統(tǒng)注漿工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)受人為因素影響較大，效率不均衡，漿液配合比存在一定程度上的誤差，導(dǎo)致漿液性能存在差異，漿液調(diào)配雖分量進(jìn)行，致使?jié){液不能連續(xù)供給；且一般采用袋裝水泥，下料過程造成的水泥揚(yáng)塵和殘留均較為嚴(yán)重。

對傳統(tǒng)注漿工藝進(jìn)行分析，其主要的問題癥結(jié)在于人為因素和下料造成的漿液性質(zhì)不均及環(huán)境污染。因此，本項(xiàng)目“自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)”針對傳統(tǒng)注漿工藝的問題癥結(jié)進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化。注漿系統(tǒng)整體劃分為三個(gè)組件，分別為原材料存儲組件、攪拌組件和注漿集成組件。擬采用稱重螺旋輸送機(jī)作為其核心設(shè)備，利用稱重螺旋輸送機(jī)將原材料存儲組件和攪拌組件橋接起來，實(shí)現(xiàn)下料定量、自動(dòng)、密閉，從而控制漿液性能，降低人為誤差，消除水泥殘留及揚(yáng)塵污染，并設(shè)置多級攪拌，保證漿液攪拌均勻[2]。

2.2 技術(shù)方案論證

2.2.1 稱重螺旋輸送機(jī)運(yùn)用

稱重螺旋輸送機(jī)主要由穩(wěn)流給料螺旋、稱重橋架、減速電機(jī)、稱重傳感器、測速傳感器、稱重控制儀表和電控系統(tǒng)等組成，其工作原理為用于對散狀物料的定量給料，給料過程為螺旋旋轉(zhuǎn)連續(xù)給料，將給料倉的物料輸送并通過稱重橋架進(jìn)行重量檢測；同時(shí)裝于端部的測速傳感螺旋體進(jìn)行速度檢測；被檢測的重量信號及速度信號一同送入稱重控制器進(jìn)行微積分處理并顯示瞬時(shí)流量及累計(jì)量。

稱重螺旋輸送機(jī)具有獨(dú)特的穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，在整個(gè)進(jìn)料口截面上料均勻下沉；通過螺旋體使物料穩(wěn)定，不會(huì)卡料，重量信號真實(shí)，計(jì)量精度更高；密封結(jié)構(gòu)，減少粉塵外揚(yáng)，進(jìn)料口為軟連接，可根據(jù)現(xiàn)場要求任意調(diào)整水平安裝角度；手動(dòng)設(shè)置各種參數(shù)，運(yùn)行操作可手動(dòng)/自動(dòng)切換。

圖1 稱重螺旋輸送機(jī)圖

鑒于稱重螺旋輸送機(jī)工作原理和特性，只需將其運(yùn)用在注漿系統(tǒng)中，便能解決下料自動(dòng)化、定量化，同時(shí)其密閉性能解決水泥顆粒揚(yáng)塵污染問題。

為選擇合適的稱重螺旋輸送機(jī)，跟據(jù)現(xiàn)場工藝布置及供料參數(shù)做試驗(yàn)，得出結(jié)果如下：

表1 稱重螺旋輸送機(jī)參數(shù)表

跟據(jù)稱重螺旋輸送機(jī)參數(shù)表，最終采用螺旋管直徑為300mm的稱重螺旋輸送機(jī)運(yùn)用到系統(tǒng)當(dāng)中。

2.2.2 攪拌試驗(yàn)

本系統(tǒng)由于下料采用自動(dòng)化、定量化的方式，故需要對原材料進(jìn)行充分的攪拌，方可使?jié){液達(dá)到均勻，滿足設(shè)計(jì)要求的性能。因此，項(xiàng)目部技術(shù)攻關(guān)小組進(jìn)行了兩組攪拌試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果如下：

試驗(yàn)一：采用人工攪拌并設(shè)置1～3級攪拌序號 試驗(yàn)方案 攪拌時(shí)間 試驗(yàn)結(jié)果1一級人工攪拌 100s 較均勻2二級人工攪拌 150s 均勻3三級人工攪拌 200s 均勻試驗(yàn)二：采用機(jī)械攪拌并設(shè)置1～3級攪拌序號 試驗(yàn)方案 攪拌時(shí)間 試驗(yàn)結(jié)果1一級機(jī)械攪拌 50s 較均勻2二級機(jī)械攪拌 85s 均勻3三級機(jī)械攪拌 120s 均勻

通過試驗(yàn)結(jié)果分析，采取人工二級攪拌可以使?jié){液攪拌均勻，且避免了機(jī)械故障的影響，但人工攪拌耗時(shí)較長，且作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員需求量大。而機(jī)械攪拌則需要采用二級攪拌，方可使?jié){液攪拌均勻，因其自動(dòng)化程度高，對操作者的要求不高，容易為操作者掌握，攪拌時(shí)間短，在保證漿液攪拌良好及漿液供給的連續(xù)性方面有顯著優(yōu)勢。故在本項(xiàng)目技術(shù)采用二級機(jī)械攪拌。

2.3 技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.3.1 技術(shù)方案原理

圖2 技術(shù)方案流程圖

2.3.2 技術(shù)方案說明

（1）自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖3 技術(shù)方案設(shè)計(jì)圖

該注漿系統(tǒng)主要包括材料儲存組件、一級攪拌池、二級攪拌池、注漿集成組件、稱重螺旋輸送機(jī)五個(gè)重要部分。每個(gè)部分作用清晰，系統(tǒng)的總控制主要設(shè)置在注漿集成組件。

該注漿系統(tǒng)集成度高，操作簡易，自動(dòng)化程度高，單液漿、雙液漿的配比均是有系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的，配料的加入量、加入時(shí)間均預(yù)先設(shè)定，排除了因?yàn)槿藛T的操作水平不一致導(dǎo)致漿液配比存在偏差，保證了漿液的質(zhì)量和漿液供給的連續(xù)性。

（2）原材料存儲組件

本項(xiàng)目“自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)”，為水泥漿及雙液漿（水泥和水玻璃混合漿液）注漿系統(tǒng)，其原材料主要是水泥和水玻璃。水玻璃按一般方法采取灌裝；而水泥則采用散裝水泥罐存儲，主要目的為了接合稱重螺旋輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)定量、自動(dòng)下料。同時(shí)，使用散裝水泥可節(jié)約包裝資源，減少水泥損耗，存儲的水泥質(zhì)量有保證，減少倉儲場地，大大改善勞動(dòng)條件，減少環(huán)境污染。

（3）攪拌組件

通過攪拌試驗(yàn)，確定采用二級攪拌使?jié){液性質(zhì)達(dá)到均勻狀態(tài)，為使整個(gè)攪拌組件合理運(yùn)作，利用漿液的重力作用，將二級攪拌設(shè)備按梯度布置，減少能源投入。同時(shí)，在攪拌池安置攪拌設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化攪拌施工，從過程中排除人員操作偏差，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減少勞動(dòng)力的投入。整個(gè)攪拌組件均為自動(dòng)化運(yùn)作，確保漿液供給連續(xù)。

（4）注漿組件

集中設(shè)置注漿泵，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制注漿。將所有注漿機(jī)械及其配套設(shè)備存放于控制室，以便于保護(hù)和統(tǒng)一管理。

（5）系統(tǒng)組裝連接

各個(gè)組件之間主要采用管線連接。其中水泥原材料與一級攪拌池采用稱重螺旋輸送機(jī)橋接，運(yùn)用螺旋輸送機(jī)的特性實(shí)現(xiàn)水泥自動(dòng)、定量下料，且因其密閉性好，消除了使用袋裝水泥產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染。而一級攪拌池與二級攪拌池之間采用直徑300mm的鋼管連接，避免水泥漿未攪拌均勻?qū)е鹿芫W(wǎng)阻塞。二級攪拌池與注漿集成組件之間采用柔軟的塑料管，有利于管網(wǎng)連接和移動(dòng)。

3 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)

自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)，是集成度高、操作簡易、自動(dòng)化程度高的單液漿、雙液漿注漿系統(tǒng)，除注漿總控制需人工操作，其余工序均按設(shè)定自動(dòng)進(jìn)行，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和排除了人為操作的偏差，從材料成本、人力成本上實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，提高了注漿施工效率，實(shí)現(xiàn)了綠色施工，改變了以往注漿工藝文明施工差的狀況，是一項(xiàng)具有創(chuàng)造性和實(shí)效性的新技術(shù)[3]。

3.1 自動(dòng)化程度高

傳統(tǒng)注漿工藝各個(gè)工序均由人員操作，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，投入人力資源大，而且從配置漿液到漿液拌制工序，受人為因素影響過大，容易導(dǎo)致漿液性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，漿液性能和注漿過程的多樣性是傳統(tǒng)注漿工藝影響注漿質(zhì)量的最大因素，而本項(xiàng)目“自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)”則通過加設(shè)稱重螺旋輸送機(jī)和利用重力勢能，施工過程除了注漿設(shè)備的開關(guān)及異常情況處理需人工操作外，實(shí)現(xiàn)整個(gè)注漿過程按設(shè)定自動(dòng)化運(yùn)作，排除了人為因素的影響，保證了注漿質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約了人力成本。

3.2 系統(tǒng)集成度高

自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)主要包括材料儲存組件、攪拌組件、注漿集成組件三個(gè)部分。每個(gè)部分作用清晰，系統(tǒng)的總控制主要設(shè)置在注漿集成組件，若注漿過程中系統(tǒng)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，由于組件劃分清晰，易于查找問題及修復(fù)。通過將注漿工藝以組件劃分，將注漿工藝系統(tǒng)化，把漿液性能、注漿工藝和注漿的形式始終如一的確定下來，為注漿技術(shù)的理論分析、試驗(yàn)提供了一定的幫助，同時(shí)為系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)作奠定了基礎(chǔ)。

3.3 施工效率高

傳統(tǒng)注漿工藝施工過程中，從原材料搬運(yùn)到漿液制作這一流程中，花費(fèi)的時(shí)間是最長的，若要保證漿液的質(zhì)量，則每次只能配置1立方米的漿液。由于自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、系統(tǒng)集成度高，整個(gè)注漿施工過程為流水作業(yè)，從使用散裝水泥節(jié)省了袋裝水泥搬運(yùn)、拆袋等等程序，按設(shè)定的配備定量下料，采用二級攪拌，實(shí)現(xiàn)了漿液的高質(zhì)量和高效率制作過程，注漿過程中原材料和漿液的供應(yīng)大于注漿量，注漿施工效率得到了成倍以上的提升，大大的縮短了施工工期。

3.4 貫徹綠色施工理念，提高文明施工質(zhì)量

自動(dòng)化控制綠色注漿系統(tǒng)，是對傳統(tǒng)注漿施工工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，提升漿液性能，優(yōu)化下料控制，實(shí)現(xiàn)注漿施工自動(dòng)化，整個(gè)系統(tǒng)集成度高、操作簡易，改善施工現(xiàn)場文明施工狀況，實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保。

原材料采用了散裝水泥，節(jié)約袋裝水泥包裝消耗的大量資源、能源以及可觀的包裝費(fèi)用，減少倉儲場地，散裝水泥裝于容器內(nèi)，外界氣溫及溫度對它影響很小，故能長期儲存而不影響質(zhì)量；下料過程運(yùn)用了稱重螺旋輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、定量下料，且空間密閉，消除了水泥的揚(yáng)塵污染，排除了水泥紙袋破損流失和紙袋內(nèi)的殘留，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)作用；系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，漿液不會(huì)四處流淌，施工現(xiàn)場整潔，整個(gè)系統(tǒng)清晰、部位明確，提高了現(xiàn)場文明施工質(zhì)量。