大型沉箱預制標準段自動噴淋養護技術的應用

張小波，孫俊豐，劉明

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

沉箱養護是預制過程中的重要工序，養護不及時、不到位、不徹底不僅影響沉箱表面強度，還會使其產生裂縫和孔隙，直接影響混凝土的表觀質量和抗滲性，嚴重制約著沉箱的耐久性[1]。目前，沉箱預制養護常采用傳統養護方式，主要包括人工澆灌、噴涂養護劑等，其養護質量直接取決于操作者的質量意識和工作態度，很難達到有效養護的效果[2]。

自動噴淋養護技術作為一種新型養護技術，可全方位、無死角、全天候、無間斷地有效養護，保障沉箱養護質量，提升沉箱預制效率。本文以欽州港9 號、10 號自動化集裝箱泊位大型沉箱預制養護為例，提出一種結構合理、安全環保、高效節能的預制沉箱自動噴淋養護技術，具有較高的工程實用意義，可在類似工程中推廣應用。

1 工程概況

欽州港大欖坪港區大欖坪南作業區9 號、10號自動化集裝箱泊位工程為沉箱重力式結構，位于欽州保稅港區內的南端，岸線總長783 m。沉箱預制33 座共4 種類型，混凝土強度等級C40，最大沉箱尺寸23.92 m×15.8 m×21 m（長×寬×高），倉格數量3×5，設計總重量3 600 t。泊位效果圖及沉箱效果圖見圖1、圖2。

圖1 欽州港9 號、10 號自動化集裝箱泊位效果圖Fig.1 Design sketch of the No.9 and No.10 automated container berths of Qinzhou Port

圖2 欽州港9 號、10 號泊位A3 型沉箱效果圖Fig.2 Design sketch of A3 type caisson at No.9 and No.10 berths of Qinzhou Port

該工程具有以下特點：1） 北部灣預制場位于廣西欽州港大欖坪港區金鼓江東岸，該地區高溫多風氣候常發；2） 沉箱預制工期緊張，存在夜間施工；3） 工程建設意義重大，社會關注度高，沉箱養護質量及現場文明施工要求高；4） 工程創國家優質工程、平安百年品質工程，安全質量環保要求高。為確保沉箱養護質量達到項目建設目標，基于前人[3-4]研究基礎開展沉箱、墩柱、箱梁等大型構件的自動噴淋養護技術的研究與應用。

2 自動噴淋養護技術的優點

大型沉箱構件尺寸大、尤其高度高，所以養護難度較大。傳統人工灑水養護費時費力，且操作難度大，養護效果較差[5]。大型沉箱自動噴淋養護技術避免出現傳統人工養護用水量大、勞動力投入大、水管需求量大、養護不及時、漏養等養護“通病”現象，具有成本低、安裝方便、維修方便、節水等顯著優點。通過沉箱表面溫濕度變化，實現沉箱的自動噴淋養護，最大程度減少人為操作的干擾，確保沉箱混凝土養護質量；自動噴淋技術可有效減少人為操作，降低人工成本和勞動強度，提高了勞動生產率。同時噴淋養護根據溫濕度控制，采用三合一自動搖擺半霧化噴頭，降低噴淋用水量，能達到全天候、全濕養護質量標準，養護效果十分顯著，具有較高的實用意義和經濟效益。

3 自動噴淋養護工作原理

3.1 自動噴淋系統

自動噴淋系統由控制系統、管道系統、噴淋系統及基礎設施4 部分構成，其中控制系統包括開關、時間繼電器、電磁閥控制器、變頻穩壓器、溫濕度傳感器及APP 控制平臺等；管道系統包括水泵、輸水管路、噴淋管路及閥門等；噴淋系統包括噴灑裝置及自動搖擺霧化噴頭等；基礎設施包括水泵、儲水池、沉淀池、管溝、井架等。沉箱自動噴淋設施布置見圖3。

圖3 沉箱自動噴淋設施布置示意圖Fig.3 Layout diagram of caisson automatic spray facilities

3.2 自動噴淋流程

自動噴淋養護技術是利用高揚程水泵從儲水池內抽水輸送至管道系統，通過溫濕度傳感器設定設計要求養護指標，自動（手動）開啟電磁閥，使噴淋系統進入工作狀態，通過自動搖擺霧化噴頭噴淋沉箱表面，水流均勻且自然流淌，噴淋時間達到預定時間后，通過時間繼電器或電磁閥控制器停止噴淋[2]。時間繼電器設置時間間隔和持續時間，實時監測氣候及溫濕度傳感器數據，噴淋系統可實現供水停水自動控制、降雨自動關閉、無人化作業、遠程APP 操作，在保證沉箱表面充分濕潤、預制臺座無積水的情況下，最大程度節約用水，達到綠色文明施工的目的。沉箱自動噴淋流程圖見圖4。

圖4 沉箱自動噴淋流程圖Fig.4 Flow chart of caisson automatic spray

4 自動噴淋養護技術應用

4.1 整體管路布置

沉箱自動噴淋供水主管道規格為DN80，設計壓力為1.6 MPa；沉箱預制區域采用鍍鋅鋼管明裝在兩側擋土墻上，其余部分埋入地下管溝，每個沉箱臺座伸出規格為DN40 的支管，支管設置NYX 電磁閥，自動（手動）控制噴淋系統自動搖擺霧化噴頭噴淋，每個支管設置4 個快接接頭，通過30 m“Z”形爬梯與噴淋操作平臺的噴淋管連接。沉箱自動噴淋管線平面布置見圖5。

圖5 沉箱自動噴淋管線平面布置圖Fig.5 Pipeline layout drawing of caisson automatic spray

4.2 后端供水設置

沉箱自動噴淋后端供水配置見圖6。

圖6 沉箱自動噴淋后端供水配置圖Fig.6 Configuration diagram of back-end water supply for caisson automatic spray

沉箱自動噴淋后端供水管線設置1 條DN80管線，通過預制場拌合站水池水泵抽水進行后端供水。為實現30 m 霧化噴淋養護效果達到設計要求，水泵選擇CDL40-140 型臥式潛水泵，其水泵設計流量40 m3/h、揚程140 m，功率18 kW。主管設置1 套5 kW 變頻穩壓系統，實時控制供水管道水流壓力，確保自動噴淋霧化效果最佳。供水主管設置過濾裝置，防止霧化噴頭堵塞造成養護質量不佳；設置止回閥裝置，防止主管高壓水流倒向流入水泵沖擊水泵元件造成損壞，影響水泵使用壽命；設置DN80-PN1.6 高壓水表，實時監控噴淋養護水用量及循環利用效果。

4.3 前端接口設置

沉箱自動噴淋前端接口固定在預制區混凝土擋土墻上，預制臺座之間管溝設置1 條DN40 規格供水管線，并通過“Z”形爬梯向上供水，沉箱每段頂部預留4 個DN25 快速接頭連接噴淋管。DN40 支管前端設置電磁閥，前端控制噴淋系統供水。前端快接接頭通過抗高壓軟管與自動噴淋操作平臺連接。沉箱自動噴淋前端接口平面布置見圖7。

4.4 噴淋平臺設置

沉箱自動噴淋設置4 個1.3 m×1.3 m 噴淋操作平臺，用于布置噴淋管、固定霧化噴頭及外模板支立操作。噴淋主管通過U 形卡固定在操作平臺外側，噴頭固定在操作平臺外側立柱頂端，固定高度1.2 m，布置間距2.0 m。操作平臺底端外側靠近沉箱表面處設置1 條80 cm×50 cm 止漿條，布置間距1.0 m，防止自動噴淋倒流至操作平臺，造成操作平臺底部鋼板生銹，持續噴淋發生流銹現象，影響沉箱表觀質量。沉箱自動噴淋平臺布置見圖8。

4.5 噴淋控制系統設置

控制系統主要由時間繼電器、電磁閥、溫濕度傳感器及噴頭霧化調節裝置組成。通過設置時間繼電器的開關時間，實現噴淋系統的定時噴淋。現場根據實時氣候監測及溫濕度傳感器，隨時調整時間繼電器設置時間，可通過計算機端及手機APP 遠程控制，保證沉箱的養護效果，提升項目數字化管理。設置三合一自動搖擺（6-12-18 孔）噴頭，可根據養護效果實時調節噴頭霧化程度。

自動噴淋養護主要通過時間繼電器和電磁閥實現供停水定時控制，供水時間和間隔時間是根據氣溫、天氣、相對濕度、風力、養護高度等因素預先設定，噴淋狀態下實現供水與停水的自動化控制。

為確保滿足用電安全、綠色環保及文明施工的要求，自動噴淋系統時間繼電器設置標準電閘箱，防止出現雨水、碰撞及誤操作等現象。設置雙電磁閥供水模式，防止因電磁閥過水面積較小導致管道供水量不足，影響沉箱噴淋養護效果。

5 現場實施及應用

5.1 現場實施效果

2021 年1 月27 日自動噴淋養護系統首次于2號臺座投入現場實施，其他5 個臺座沉箱預制自動噴淋養護系統安裝調試后于2 月17 日投入使用。噴淋系統從供水到噴淋結束，基本實現了全過程自動控制，噴頭霧化均勻，養護效果極佳。

沉箱表面設置專用溫濕度傳感器，根據溫濕度及相關規范要求[6-7]，結合智慧工地視頻監控系統，噴淋養護通過手機APP 及計算機端遠程控制，實現沉箱預制全過程養護質量監控。

通過時間繼電器設置自動噴淋開始、結束及噴淋周期，根據現場施工經驗及溫濕度傳感器設置噴淋周期，根據沉箱高度設置噴淋持續時間，確保夜間沉箱養護不間斷，保護沉箱混凝土養護質量。

5.2 現場應用效果

北部灣預制場沉箱尺寸23.92 m×14.8 m×21.0 m（長×寬×高），構件尺寸大，尤其高度高，采用分段預制工藝，上下段之間施工間隔時間較短。沉箱自動噴淋養護技術通過沉箱表面溫濕度變化，實現沉箱的自動噴淋養護，解決了傳統人工養護難度大、養護不連續、養護效率低、安全風險大、養護效果不佳等問題，達到了降本增效、提質爭優、實行數字化應用的良好效果。此外，霧化噴頭及沉淀池的設置有效節約了淡水資源，貫徹了安全環保、綠色文明的施工理念。

施工現場收集數據與傳統人工養護對比發現，沉箱自動噴淋養護技術在工期、成本、質量、安全、環保及效益等方面均體現了數字化施工的優越性。沉箱自動噴淋養護技術與傳統養護對比項及指標見表1。

6 結語

沉箱自動噴淋養護技術在北部灣預制場的應用表明，自動噴淋養護技術有效解決了傳統養護不徹底、不及時、不連續等問題，提升了養護質量和施工效率，降低了資源投入和安全風險，達到了環保節能和文明施工的理念，體現了施工標準化、自動化程度，實現了工程實用價值和社會應用價值，促進了水運工程行業數字化施工技術應用水平的提升。