預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿系統(tǒng)施工技術(shù)及質(zhì)量控制研究

李金永

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司 北京 100176)

1 引言

預(yù)應(yīng)力管道壓漿是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程預(yù)應(yīng)力施工的關(guān)鍵工序[1]，壓漿質(zhì)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(yù)應(yīng)力鋼筋未被完全保護(hù)，鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)極易產(chǎn)生銹蝕，而且發(fā)展極快，給橋梁帶來很大安全隱患[2]。高質(zhì)量的管道壓漿可提高預(yù)應(yīng)力筋的防腐防銹能力，加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的黏結(jié)性，從而減少預(yù)應(yīng)力損失。采用TGZY型鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿系統(tǒng)施工可以提高壓漿質(zhì)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(wǎng)規(guī)劃的組成部分，本項(xiàng)目的修建對(duì)填補(bǔ)鐵路網(wǎng)空白、完善快速鐵路網(wǎng)、優(yōu)化路網(wǎng)布局、充分發(fā)揮快速鐵路網(wǎng)的規(guī)模效益和系統(tǒng)效應(yīng)有著極其重要的意義。西華北制梁場、西華制梁場共承擔(dān)鄭阜客專ZFZQ-3標(biāo)雙線預(yù)制箱梁1 294榀施工任務(wù)。其中31.5 m箱梁1213榀、23.5 m箱梁81榀，梁場計(jì)劃于2017年12月30日完成制梁任務(wù)。在制梁場預(yù)制梁生產(chǎn)過程中使用了TGZY型鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿系統(tǒng)，共計(jì)壓漿21 600孔道，壓漿質(zhì)量均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(diǎn)

TGZY型鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿系統(tǒng)是中國鐵道科學(xué)研究院研制的施工全過程自動(dòng)控制壓漿設(shè)備，自動(dòng)壓漿工藝完全符合《高速鐵路預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁》(TB/T 3432-2016)和《鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件》的規(guī)定。

(1)在后張預(yù)制梁終拉完成后24～48 h內(nèi)進(jìn)行管道真空輔助壓漿。對(duì)孔道抽真空，使真空度穩(wěn)定在-0.06～-0.08 MPa之間。同時(shí)按照試驗(yàn)確定的配合比拌制水泥凈漿，水泥漿進(jìn)入壓漿設(shè)備前必須不停攪動(dòng)。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(shí)漿體溫度始終控制在5～30℃之間。壓漿時(shí)及壓漿后3 d內(nèi)，梁體及環(huán)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(jī)流動(dòng)度為18±4 s，30 min流動(dòng)度≤30 s；抗壓強(qiáng)度 7 d≥35 MPa、28 d≥50 MPa，抗折強(qiáng)度 7 d≥6.5 MPa、28 d≥10 MPa；壓入管道的水泥漿飽滿密實(shí)，24 h自由膨脹率為0～3%；初凝時(shí)間≥4 h、終凝時(shí)間≤24 h；含氣量1% ～3%；壓力泌水率≤3.5%。

(3)施工中要實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測系統(tǒng)的運(yùn)行控制、壓漿狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等[6]。自動(dòng)壓漿系統(tǒng)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(guī)定配比精準(zhǔn)混合，如圖2。高速攪拌可使粉料與水在規(guī)定時(shí)間內(nèi)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(zhǔn)控制壓漿劑、水泥(壓漿料)和水的稱量誤差。

圖2 配料現(xiàn)場

(4)通過低速攪拌保證漿液的勻質(zhì)性，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)出漿量的準(zhǔn)確掌握，進(jìn)而判斷壓漿密實(shí)度。

(5)采用雙向連續(xù)壓漿泵確保出漿連續(xù)、壓漿壓力穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)密封管道漿體的穩(wěn)壓保壓及自動(dòng)微量補(bǔ)漿作業(yè)工序，且可對(duì)壓入漿體量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量，可以保證管道內(nèi)漿體質(zhì)量，提高出漿效率。

(6)采用水循環(huán)泵抽真空可以滿足現(xiàn)場的使用要求，如圖3。

圖3 水循環(huán)泵

4 系統(tǒng)操作

4.1 系統(tǒng)介紹

TGZY型鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿系統(tǒng)主要由主控制、機(jī)械動(dòng)力、傳感測量、數(shù)據(jù)管理和輔助等五大子系統(tǒng)構(gòu)成[7]，如圖4。負(fù)責(zé)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(zhí)行[8-9]。

圖4 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓漿施工上料制漿、真空壓漿兩大關(guān)鍵工序自動(dòng)化協(xié)同控制，具有自動(dòng)化程度高、配料和壓漿量計(jì)量精準(zhǔn)、現(xiàn)場移動(dòng)便捷、操作方便、工作效率高、可靠耐用、維護(hù)量少、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。滿足管道壓漿施工對(duì)過程控制和成品質(zhì)量的技術(shù)要求，適合鐵路橋梁、公路橋梁以及其他工程領(lǐng)域管道壓漿施工。

系統(tǒng)四大技術(shù)優(yōu)勢:吸塵集塵，綠色環(huán)保；全自動(dòng)控制，一鍵啟動(dòng)，手動(dòng)自動(dòng)便捷切換；數(shù)據(jù)接口公開，可根據(jù)需要接入工程管理平臺(tái)，方便各級(jí)工程管理者使用；壓漿量自動(dòng)計(jì)量，為管道密實(shí)度判別提供參考依據(jù)。

4.2 參數(shù)設(shè)置

(1)制漿壓漿前應(yīng)進(jìn)行高、低速桶電子秤標(biāo)定和真空表、壓力表的標(biāo)定。用戶輸入標(biāo)定授權(quán)密碼并驗(yàn)證后方可進(jìn)行標(biāo)定。

電子秤標(biāo)定方法:置零→放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼→輸入標(biāo)準(zhǔn)砝碼重量→點(diǎn)擊標(biāo)定。

真空表/壓力表標(biāo)定方法:置零→達(dá)到穩(wěn)定壓力→輸入壓力值→點(diǎn)擊標(biāo)定。

(2)真空控制參數(shù)設(shè)置。真空泵停止閾值:真空度達(dá)到此值，自動(dòng)停止抽真空，建議區(qū)間-0.09～-0.06 MPa；真空泵開啟閾值:真空度低于此值，自動(dòng)啟動(dòng)抽真空，建議區(qū)間-0.07～-0.06 MPa，真空泵停止閾值應(yīng)小于開啟閾值；真空判斷延時(shí):系統(tǒng)是否可進(jìn)入真空穩(wěn)壓階段的判斷時(shí)間，建議區(qū)間3～5 s；真空穩(wěn)壓延時(shí):真空穩(wěn)壓的持續(xù)時(shí)間，建議區(qū)間5～10 s。

(3)制放漿參數(shù)。進(jìn)漿扣除量:進(jìn)漿管內(nèi)漿液重量，可根據(jù)進(jìn)漿管長度和直徑設(shè)置；初始流動(dòng)度:制漿完成后立即測得的漿液流動(dòng)度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，每10盤應(yīng)測量1次；高速桶制漿閾值:連續(xù)自動(dòng)制漿模式下，高速桶內(nèi)漿液重量小于此值，自動(dòng)開始下一盤制漿，建議區(qū)間20～50 kg；低速桶放漿閾值:連續(xù)自動(dòng)制漿模式下，低速桶內(nèi)漿液重量小于此值，且高速桶內(nèi)制漿完成后，自動(dòng)開啟放漿閥門，建議區(qū)間150～200 kg；每盤制漿總質(zhì)量:制漿前，設(shè)定制漿量，建議區(qū)間150～400 kg。

(4)壓漿控制參數(shù)。壓漿泵保護(hù)閾值:保護(hù)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(dá)到此值，自動(dòng)停止壓漿，建議區(qū)間0.60～0.70 MPa；壓漿泵開啟閾值:壓漿壓力低于此值，自動(dòng)啟動(dòng)壓漿，建議區(qū)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(dòng)降低壓漿速率；保壓判斷延時(shí):壓漿壓力穩(wěn)定于壓漿泵開啟和停止閾值之間的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，可進(jìn)行出漿端和壓漿端排氣放漿操作，用戶可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定；保壓時(shí)間:壓漿保壓用時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，簡支梁一般不低于180 s，連續(xù)梁一般不低于300 s。

4.3 系統(tǒng)操作

4.3.1 系統(tǒng)軟件

開機(jī)后首先在設(shè)備計(jì)算機(jī)桌面上打開。

4.3.2 工程信息

點(diǎn)擊工程信息標(biāo)簽，錄入或?qū)牍こ滔嚓P(guān)信息，包括工程信息、人員信息及壓漿管道相關(guān)信息，如圖5。

圖5 錄入工程信息

4.3.3 設(shè)備材料

點(diǎn)擊設(shè)備材料標(biāo)簽，錄入設(shè)備及材料相關(guān)信息，包括設(shè)備廠家、設(shè)備編號(hào)、標(biāo)定信息以及材料廠家、規(guī)格型號(hào)和批次，如圖6。

圖6 錄入設(shè)備材料

4.3.4 制漿工藝

點(diǎn)擊制漿工藝標(biāo)簽，設(shè)置制漿工藝參數(shù):

(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(shù)。按照規(guī)定配合比錄入水泥、壓漿劑和水的用量，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出壓漿劑摻量和水膠比。如選擇工藝B，需同時(shí)勾選上料選項(xiàng)，應(yīng)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(tǒng)提供默認(rèn)制漿工藝參數(shù)，符合TB/T3192的工藝標(biāo)準(zhǔn)，用戶可根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)置，點(diǎn)擊“修改當(dāng)前工藝”按鈕進(jìn)行保存，點(diǎn)擊“恢復(fù)出廠設(shè)置”按鈕，恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)。

4.3.5 壓漿工藝

點(diǎn)擊壓漿工藝標(biāo)簽，設(shè)置壓漿工藝參數(shù)，如圖8。

圖8 壓漿工藝參數(shù)錄入

(1)用戶可根據(jù)需要新建、編輯、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出橋梁預(yù)應(yīng)力管道參數(shù)模板。

(2)用戶可在既有模板的基礎(chǔ)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(diǎn)擊新建/編輯模板按鈕，填寫/修改圖號(hào)、孔道名稱、壓漿方式，點(diǎn)擊確認(rèn)，完成新建/編輯。打開Excel表格(N2a、N2b見表1和表2)，根據(jù)所示內(nèi)容和格式填寫模板，點(diǎn)擊導(dǎo)入，可實(shí)現(xiàn)模板的導(dǎo)入。在不同設(shè)備間，可導(dǎo)入導(dǎo)出相同圖號(hào)的孔道信息，提高操作效率。

表1 _孔道模板

表2 鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力自動(dòng)壓漿設(shè)備制壓漿記錄表

點(diǎn)擊刪除模板按鈕，彈出界面，選擇對(duì)應(yīng)的圖號(hào)可以進(jìn)行刪除操作。點(diǎn)擊添加/插入/修改/刪除孔道按鈕，彈出界面，根據(jù)所示內(nèi)容和格式新建相應(yīng)孔道參數(shù)，點(diǎn)擊確認(rèn)，完成操作。

4.4 數(shù)據(jù)上傳

點(diǎn)擊數(shù)據(jù)通信標(biāo)簽，進(jìn)行用戶登錄和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置。

(1)登錄:填寫遠(yuǎn)程工程管理平臺(tái)的用戶賬號(hào)、密碼及設(shè)備碼，點(diǎn)擊登錄按鈕，登錄遠(yuǎn)程工程管理平臺(tái)，登錄后可遠(yuǎn)程下載工程信息至本地設(shè)備。

(2)申請(qǐng)梁體信息:登錄后，選擇生產(chǎn)編號(hào)，下方顯示對(duì)應(yīng)梁號(hào)的制漿數(shù)據(jù)和壓漿數(shù)據(jù)，如該梁已申請(qǐng)過ID，則在遠(yuǎn)程參數(shù)窗口顯示該梁ID；如未申請(qǐng)過，則立即申請(qǐng)梁體ID，申請(qǐng)完成后顯示于遠(yuǎn)程參數(shù)窗口。點(diǎn)擊上傳數(shù)據(jù)，上傳該梁數(shù)據(jù)，如圖9(注意:本頁面功能需在有網(wǎng)絡(luò)情況下使用)。

圖9 數(shù)據(jù)上傳界面

(3)點(diǎn)擊瀏覽按鈕，可選擇結(jié)果數(shù)據(jù)表格存放路徑；點(diǎn)擊查看數(shù)據(jù)報(bào)表，可查看核對(duì)已生成的數(shù)據(jù)。核對(duì)無誤后，可點(diǎn)擊上傳數(shù)據(jù)。

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(shí)補(bǔ)充甘油；檢查出漿口是否有漿液流出，如果不出漿，應(yīng)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(jìn)油口是否通暢；隔膜破損變形，更換隔膜。

(2)壓漿泵不出漿。儲(chǔ)料桶內(nèi)漿液是否充足；檢查空氣室球閥是否損壞，兩端共4個(gè)球閥；吸漿管水泥是否沉淀，應(yīng)用水沖洗后再進(jìn)行壓漿。

(3)壓漿泵活塞漏漿。緊固活塞兩端螺絲；更換格蘭內(nèi)的盤根。

(4)壓漿泵不轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查電機(jī)是否缺項(xiàng)；電機(jī)三角帶是否松動(dòng)打滑、脫落，及時(shí)更換緊固。

(5)稱重不顯示。鎖機(jī)；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(jī)正反轉(zhuǎn)；檢查水箱是否缺水及結(jié)冰；檢查水箱內(nèi)是否有異物堵塞；控制電路電氣元件是否損壞。

(7)高速電機(jī)不轉(zhuǎn)。電路是否通電；攪拌桶內(nèi)干料過多，負(fù)載過大應(yīng)及時(shí)清理；電機(jī)是否損壞。

(8)高速攪拌不均勻。攪拌葉片損壞及時(shí)更換；攪拌時(shí)間設(shè)置過短；壓漿料是否過期結(jié)塊失效；放料口有無漏水現(xiàn)象。

(9)水泥、添加劑上料系統(tǒng)不工作。檢查電路是否通電及缺項(xiàng)；檢查電機(jī)正反轉(zhuǎn)；檢查送料帶是否松動(dòng)并緊固；檢查料倉是否有結(jié)塊堵塞，應(yīng)反轉(zhuǎn)倒出清理后再使用；檢查電器元件是否損壞；電機(jī)是否損壞。

(10)失靈。檢查氣管是否脫落；空壓機(jī)是否啟動(dòng)；空壓機(jī)是否有壓力。查電路是否通電，電器元件是否損壞；打開電機(jī)后蓋轉(zhuǎn)動(dòng)散熱風(fēng)扇，如果轉(zhuǎn)不動(dòng)，應(yīng)打開泵頭；檢查葉輪處是否結(jié)冰和生銹及時(shí)清理；檢查電機(jī)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(zhuǎn)；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(yán)重及時(shí)更換；真空管連接系統(tǒng)泄氣。

(12)低速攪拌不轉(zhuǎn)。檢查電路是否通電，電器元件是否損壞；電機(jī)是否損壞。

(13)電機(jī)不轉(zhuǎn)。電機(jī)堵轉(zhuǎn)，立即斷開電機(jī)電源；電機(jī)電流超過熱繼電器上設(shè)置的保護(hù)電流值，引起熱繼電器保護(hù)動(dòng)作；電機(jī)損壞。

5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

5.1 漿液指標(biāo)

通過現(xiàn)場試驗(yàn)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(jī)流動(dòng)度為16～20 s。

注漿后采用管道密實(shí)度檢測儀檢測預(yù)應(yīng)力孔道注漿飽滿度及漿液與鋼絞線的粘結(jié)情況[11]。

5.2 數(shù)據(jù)分析

在鄭阜鐵路ZFZQ-3標(biāo)西華梁場現(xiàn)場使用，箱梁圖號(hào)為通橋(2016)2322A-Ⅱ，跨度為31.5 m孔道布置圖[12]，采用自動(dòng)壓漿系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)壓漿施工，其中1榀箱梁部分?jǐn)?shù)據(jù)，見表3。

表3 自動(dòng)壓漿系統(tǒng)現(xiàn)場試驗(yàn)壓漿數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如下:水泥稱重偏差:準(zhǔn)確率100%；壓漿劑稱重偏差:準(zhǔn)確率98.5%；水稱重誤差:準(zhǔn)確率99.5%；抽真空度:有效數(shù)據(jù)98.5%；保壓壓力:有效數(shù)據(jù)占95.05%；平均壓漿時(shí)間:有效數(shù)據(jù)占95.54%；壓漿量計(jì)量:有效數(shù)據(jù)占98.77%。

6 結(jié)束語

自動(dòng)壓漿系統(tǒng)集成了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)、傳感測控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)，克服了傳統(tǒng)壓漿施工受人為因素影響大、壓漿密實(shí)度難以監(jiān)控測量以及粉塵污染嚴(yán)重等問題，率先實(shí)現(xiàn)了施工全過程自動(dòng)控制、施工信息化管理和綠色環(huán)保施工，確保了橋梁建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營安全，推動(dòng)了橋梁工程壓漿技術(shù)發(fā)展。