高速鐵路裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗

徐敬鋒, 張裕銀

(1. 中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司, 安徽合肥 230012 2. 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部, 江蘇徐州 221000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，高速鐵路建設(shè)的發(fā)展也迎來了良好的機(jī)遇期，橋梁施工新方法不斷得到嘗試，預(yù)制裝配式構(gòu)件[1]也已在高鐵建設(shè)中大量使用。預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件具有低碳環(huán)保、建設(shè)效率高、綠色節(jié)能等優(yōu)勢[2]，是建筑施工行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，能夠幫助建筑施工行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

為了保證有足夠的產(chǎn)品輸出，并且輸出產(chǎn)品的質(zhì)量能夠滿足要求，需要設(shè)計出一條工藝先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠的生產(chǎn)線，由于預(yù)制裝配式構(gòu)件常常會存在一些質(zhì)量上的問題[3-4]，所以該生產(chǎn)線輸出的產(chǎn)品還需要按照相關(guān)規(guī)定經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗[5]，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，確保施工順利進(jìn)行和施工安全。對于預(yù)制裝配式混凝土產(chǎn)品的檢驗，需要檢查其抗壓強(qiáng)度、外觀質(zhì)量和尺寸偏差[6]，在施工之前和施工過程中，都必須要堅持質(zhì)量第一的理念。科學(xué)的檢驗方法也至關(guān)重要，檢驗的方法大致可以分為感官檢驗、物理檢驗、化學(xué)檢驗和無損檢驗等幾大類[7-9]。

本文對高速鐵路裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗進(jìn)行了系統(tǒng)討論，旨在探究合理的預(yù)制裝配式構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)以及構(gòu)件質(zhì)量檢驗方法。

1 裝配式結(jié)構(gòu)的定義

裝配式結(jié)構(gòu)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡稱，是以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件經(jīng)裝配連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一，它有利于我國建筑工業(yè)化的發(fā)展，提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源，發(fā)展綠色環(huán)保建筑，并且有利于提高和保證建筑工程質(zhì)量。與現(xiàn)澆施工工法相比，裝配式PC結(jié)構(gòu)有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水和環(huán)境保護(hù)等要求，降低對環(huán)境的負(fù)面影響，包括降低噪音、防止揚(yáng)塵、減少環(huán)境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節(jié)約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續(xù)發(fā)展的原則。

2 生產(chǎn)線設(shè)計

生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)活動所構(gòu)成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式。為了提高高速鐵路裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的效率，需要根據(jù)需求設(shè)計一條合理的生產(chǎn)線。

現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化設(shè)備逐步投入到施工生產(chǎn)當(dāng)中，其優(yōu)越性為產(chǎn)品性能及質(zhì)量穩(wěn)定、所需人工少、效率高、單價產(chǎn)品的制造成本大幅降低、占用場地最少等，這些優(yōu)越性使得智能化生產(chǎn)成為了目前的發(fā)展方向。

針對高速鐵路裝配式構(gòu)件的工業(yè)智能化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)場施工環(huán)境，為滿足安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及高速鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)條件等方面的要求，同時提升工業(yè)化、工廠化、智能化的建造要求，擬定了兩種智能化生產(chǎn)線方案，并進(jìn)行了對比分析。

2.1 單條落地式環(huán)形流水線布置方案(方案一)

本方案采用自動化預(yù)制環(huán)形生產(chǎn)線，采用落地節(jié)段式動力輥筒線為主要結(jié)構(gòu)，利用輥子的轉(zhuǎn)動來輸送構(gòu)件的流水化生產(chǎn)線，并配合PLC控制器、伺服電機(jī)、流水線電控元器件、變頻器等組成的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)以及外部輔助設(shè)備構(gòu)成完整的生產(chǎn)線機(jī)構(gòu)。

該生產(chǎn)線由上料系統(tǒng)、布料振動系統(tǒng)、模具碼垛養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)脫模系統(tǒng)、成品碼垛系統(tǒng)、模具返回系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)組成，生產(chǎn)線外部輔助系統(tǒng)由車間桁吊、運輸設(shè)備、鋼筋加工區(qū)及混凝土拌合站組成；其具體生產(chǎn)流程為：模具清理→模具噴涂→模具組裝→鋼筋、配件入?！剂险駝印跹b碼垛→蒸汽養(yǎng)護(hù)→拆模→脫?！善反a垛打包→成品轉(zhuǎn)運，實現(xiàn)裝配式混凝土構(gòu)件的預(yù)制、養(yǎng)護(hù)、轉(zhuǎn)運、拆模、循環(huán)在生產(chǎn)線上的作業(yè)(圖1)。

圖1 單條環(huán)形流水布置設(shè)計方案

2.2 落地式流轉(zhuǎn)+復(fù)合式流轉(zhuǎn)形生產(chǎn)線布置設(shè)計方案(方案二)

本方案采用兩條生產(chǎn)線布置設(shè)計，第一條是自動化工序流轉(zhuǎn)形生產(chǎn)線，采用落地節(jié)段式動力輥筒線和倍速鏈傳送線為主要結(jié)構(gòu)，利用輥子轉(zhuǎn)動和鋼滾子差速鏈牽引驅(qū)動提供動力，達(dá)成輸送構(gòu)件的流水化生產(chǎn)線，并且配合PLC控制器、伺服電機(jī)、流水線電控元器件、變頻器等組成的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，配備設(shè)置整體式養(yǎng)護(hù)室和轉(zhuǎn)運設(shè)備，外部輔助設(shè)備構(gòu)成獨立的生產(chǎn)線機(jī)構(gòu)；第二條是自動化預(yù)制構(gòu)件工序流轉(zhuǎn)形生產(chǎn)線，采用復(fù)合式節(jié)輥筒動力線、鏈條機(jī)傳輸線和空中桁架行走結(jié)構(gòu)為主要，利用輥筒、鋼滾子差速鏈牽引和軌道電機(jī)驅(qū)動提供動力，配備設(shè)置整體式養(yǎng)護(hù)室和轉(zhuǎn)運設(shè)備，滿足預(yù)制過程中流水化作業(yè)，并且配合PLC控制器、伺服電機(jī)、電控元器件、變頻器、減速機(jī)等組成的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，輔助外部運輸設(shè)備構(gòu)成完整的生產(chǎn)線機(jī)構(gòu)(圖2)。

圖2 兩條生產(chǎn)線布置設(shè)計方案

2.3 總結(jié)

對兩個技術(shù)方法進(jìn)行綜合比選，主要是針對施工生產(chǎn)、安全、質(zhì)量、工期、成本以及標(biāo)準(zhǔn)化施工五個方面所涉及到的12個因素進(jìn)行比較，見表1。

表 1 裝配式構(gòu)件廠生產(chǎn)線布置設(shè)計方案比選

由表1可知，方案一生產(chǎn)產(chǎn)品種類較少，機(jī)械自動化設(shè)備投入不多，生產(chǎn)節(jié)拍及配合協(xié)同作業(yè)較繁瑣，工廠化作業(yè)推行較為困難；投入作業(yè)人員和配合人員較多，施工標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，安全高質(zhì)量生產(chǎn)隱患較多，組織、成本控制較為繁雜，增加了施工成本的投入和安全質(zhì)量的風(fēng)險。方案二生產(chǎn)產(chǎn)品種類較多，有利于控制施工成本；機(jī)械自動化程度較高，施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，提高了施工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)了工廠化作業(yè)和管理；較少人員和輔助設(shè)備的投入，可以避免施工過程中安全、質(zhì)量的隱患出現(xiàn)，降低了施工成本的投入，解決了組織管理的復(fù)雜難題。

經(jīng)過綜合分析比較，方案二各方面的表現(xiàn)均優(yōu)于方案一，這表明施工制造中的智能化設(shè)備起到了改善生產(chǎn)效率和質(zhì)量的作用，其加快了產(chǎn)品生產(chǎn)的速度，使得產(chǎn)品種類多樣化，生產(chǎn)管理變得更加有條不紊，并且還最大程度避免了產(chǎn)品可能出現(xiàn)的安全質(zhì)量隱患。

3 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗

得到生產(chǎn)出來的產(chǎn)品過后，還需要進(jìn)行非常重要的一個環(huán)節(jié)，那就是產(chǎn)品質(zhì)量檢驗，通過產(chǎn)品質(zhì)量檢驗可以得知產(chǎn)品的質(zhì)量水平，為產(chǎn)品的應(yīng)用提供可靠數(shù)據(jù)支撐，同時還可以通過檢驗中反映出來的問題，對產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程進(jìn)行改進(jìn)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量?？梢砸罁?jù)規(guī)范TB 10424-2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。

3.1 過程控制和檢驗

為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要對以下內(nèi)容進(jìn)行控制：

(1)在進(jìn)行原材料采購時，采購人員應(yīng)該認(rèn)真核對技術(shù)部門列出的材料清單，選擇具有營業(yè)資格且符合要求的供應(yīng)商進(jìn)貨。

(2)所有原材料進(jìn)貨時都需要提供具有可信度的材質(zhì)報告。

(3)所有外購件進(jìn)貨時都需要提供質(zhì)量合格證書和檢驗報告，經(jīng)負(fù)責(zé)人驗收后方可辦理入庫手續(xù)，對于驗收不合格的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)辦理退貨手續(xù)。

(4)在構(gòu)件的生產(chǎn)制造過程中，生產(chǎn)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，監(jiān)管人員應(yīng)當(dāng)對生產(chǎn)制造進(jìn)行嚴(yán)格的督查，杜絕不規(guī)范操作。

(5)對于制造設(shè)備也要進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗，檢驗合格才允許投入生產(chǎn)。

(6)生產(chǎn)過程中各工序嚴(yán)格按規(guī)定在表格中填寫檢驗數(shù)據(jù)。

(7)建設(shè)方在制造過程應(yīng)隨時派人對生產(chǎn)進(jìn)行考察、抽檢、檢查進(jìn)度等。

(8)構(gòu)件生產(chǎn)完畢后，建設(shè)方檢驗人員要對出廠的構(gòu)件進(jìn)行驗收，施工方向建設(shè)方檢驗人員提供檢驗必要的資料(含圖紙)兩份，檢驗完成后由施工方向建設(shè)方提供檢驗記錄，一式兩份。對建設(shè)方提出的整改項目，施工方應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)整改完成。驗收合格后方可交貨。

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3.2 檢驗方法及檢驗技術(shù)

3.2.1 常用的檢驗方法

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的方法一般有感官檢驗、物理檢驗、化學(xué)儀器檢驗以及無損檢驗。感官檢驗指利用人們的視覺、嗅覺、觸覺等對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行初步判斷，雖然這種檢驗方法成本低且節(jié)約時間，但是太過于依賴檢驗人員的經(jīng)驗，可靠性不高；物理檢驗方法指對產(chǎn)品的長寬高、重量、密度、抗壓性能、抗拉性能等物理特性進(jìn)行檢驗，可信度較感官檢驗更高；化學(xué)檢驗方法主要分為化學(xué)定量分析方法和化學(xué)定性分析方法，實際中常常將兩種方法結(jié)合使用，以得到全面理想的結(jié)果；無損檢驗方法在建筑領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，建筑材料會存在許多內(nèi)部問題，例如內(nèi)部缺陷、不密實、有裂縫等，常規(guī)的物理和化學(xué)手段都會對產(chǎn)品造成一定的損害，借助聲波和激光類的儀器可以在不對產(chǎn)品造成損傷的情況下探查其表面和內(nèi)部問題，而且準(zhǔn)確度很高。

3.2.2 常用的檢驗技術(shù)

在高速鐵路預(yù)制裝配式構(gòu)件的檢驗中，無損檢驗占據(jù)了十分重要的地位，以下介紹一種廣泛應(yīng)用于預(yù)制裝配式構(gòu)件檢驗的技術(shù)——超聲波檢驗技術(shù)。

超聲波檢驗技術(shù)：通過超聲波的物理性質(zhì)檢驗構(gòu)件的缺陷，利用超聲波在通過兩種介質(zhì)的界面時反射波和折射波的特性來判定構(gòu)件內(nèi)部是否存在缺陷，運用這種方法可以直接探測出構(gòu)件內(nèi)部缺陷。超聲波探傷的方法有穿透法、共振法、脈沖反射法，其中應(yīng)用最普遍的是脈沖反射法，脈沖反射法是一種反射波分析技術(shù)，利用脈沖波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播，遇到異質(zhì)界面時會產(chǎn)生反射波的特性，通過分析反射波在介質(zhì)中傳播的時間和比較反射波的強(qiáng)弱，來判斷介質(zhì)中不連續(xù)的存在位置及大小的方法叫做脈沖反射法超聲波探傷。

超聲檢驗技術(shù)的優(yōu)缺點如下：

(1)優(yōu)點：設(shè)備簡單造價低，操作方便，對人體無害；靈敏度高，效果好(對裂紋、未熔合等二維缺陷檢出率高于射線檢測，缺陷定位精度好)，檢測周期短，檢測成本低，特別適用于工地現(xiàn)場檢測。

3.3 檢驗誤差

不論檢驗儀器有多么的精密或是檢驗人員經(jīng)驗如何豐富，在檢驗的過程中都可能由于種種原因帶來誤差，這些原因可能是儀器本身的誤差、環(huán)境因素、人為因素、檢驗方法不盡完善等，所以必須要清楚產(chǎn)生誤差的原因，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到可信的檢驗結(jié)果。

按照誤差的表示方法可以將誤差劃分為絕對誤差和相對誤差，按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律可以將誤差劃分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。

3.3.1 絕對誤差

絕對誤差是指測量值(即示值)與被測量的真值之差，其值可正可負(fù)，單位與被測值一致。絕對誤差說明了系統(tǒng)示值偏離真值的大小，但不能確切反映測量的準(zhǔn)確程度，不便于看出對整個測量結(jié)果的影響。

3.3.2 相對誤差

相對誤差是指絕對誤差與真值的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，且相對誤差只有大小和符號，沒有單位。相對誤差通常比用絕對誤差更能說明不同測量的精確程度。

3.3.3 系統(tǒng)誤差

對同一物理量進(jìn)行多次反復(fù)測量時，誤差總是按照一定的規(guī)律出現(xiàn)，這類誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差的大小表示測量值偏離真值的程度，有規(guī)律的系統(tǒng)誤差越小，那么測量結(jié)果的準(zhǔn)確度越高。系統(tǒng)誤差通常是由于為數(shù)不多的確定性原因造成的，如儀器的制造、安裝或者使用方法不正確造成的，環(huán)境因素和測量人員不良讀數(shù)也會造成系統(tǒng)誤差?？梢圆扇⌒拚?、特殊測量法(替代、差值、誤差補(bǔ)償、對稱觀察)來減少系統(tǒng)誤差。

3.3.4 偶然誤差

偶然誤差是指在同一測量條件下，多次重復(fù)測量同一量時，誤差的大小符號以不可預(yù)見的方式變化。偶然誤差的大小表示多次測量結(jié)果重復(fù)一致的程度，稱為精密度，當(dāng)測量結(jié)果集中，重復(fù)性好時，則認(rèn)為精密度高。偶然誤差是由于測量過程中一些微小、獨立的偶然因素共同造成的，這些原因主要有噪聲干擾、電磁場變化、構(gòu)件摩擦損耗、大地微震等?？梢岳酶怕世碚摵徒y(tǒng)計學(xué)的方法，分析偶然誤差的分布特性，以減小偶然誤差。

只有清楚認(rèn)識到這些誤差的存在，并且盡可能的減小檢驗過程中存在的誤差，才可以得到更加正確的檢驗結(jié)果。

4 高速鐵路裝配式構(gòu)件的質(zhì)量檢驗

裝配式構(gòu)件生產(chǎn)出來過后，需要進(jìn)行隨機(jī)抽樣，然后對抽選出來的裝配式構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢驗?？蓞⒖家?guī)范GB 50666-201《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》對裝配式構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢驗，根據(jù)規(guī)范，需要對預(yù)制裝配式構(gòu)件的外觀質(zhì)量、尺寸偏差以及結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行檢驗，必須符合設(shè)計要求及國家現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定。

(1)首先對預(yù)制裝配式構(gòu)件的外觀進(jìn)行檢驗，可以運用感官檢驗法，通過視覺觀察，判斷構(gòu)件表面是否存在影響其性能的裂縫或缺損。

(2)采用物理檢驗方法，利用鋼尺或激光測距儀等對構(gòu)件的尺寸偏差進(jìn)行檢驗，具體檢驗項目有構(gòu)件截面尺寸、標(biāo)高、構(gòu)件軸線位置、表面平整度等，將測量數(shù)據(jù)與評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比得出最終結(jié)果。

(3)預(yù)制裝配式構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能檢驗包括承載力、撓度和裂縫寬度檢驗，需要借助試驗儀器進(jìn)行檢驗。

(4)還可以借助超聲波探傷儀等儀器對預(yù)制混凝土構(gòu)件的內(nèi)部進(jìn)行檢驗。

預(yù)制構(gòu)件不得存在影響結(jié)構(gòu)性能或裝配、使用功能的外觀缺陷，如果檢驗出有質(zhì)量問題，必須修補(bǔ)，檢驗合格后才能夠驗收。

5 結(jié)束語

在新時代的高速鐵路領(lǐng)域，裝配式構(gòu)件的發(fā)展很快。為了適應(yīng)發(fā)展，需要設(shè)計出合理的生產(chǎn)線，為裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)加工打下基礎(chǔ)，通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)，將智能化設(shè)備應(yīng)用到生產(chǎn)制造中能大幅度加快生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使裝配式構(gòu)件可以更加快速投入到施工中，提高施工效率，確保施工安全。雖然智能化設(shè)備也存在一些弊端，但是瑕不掩瑜，只要有嚴(yán)格監(jiān)管，就可以創(chuàng)造出一條高效的智能化生產(chǎn)線。

當(dāng)然光是擁有高效的生產(chǎn)線是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，生產(chǎn)出來的裝配式構(gòu)件還需要進(jìn)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，只有通過了質(zhì)量檢驗才可以放心將構(gòu)件應(yīng)用到施工中。目前在產(chǎn)品質(zhì)量檢驗上依舊存在諸多問題，必須要引起相關(guān)人員的重視，必須要開展科學(xué)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗工作，嚴(yán)格質(zhì)量檢驗，才能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。隨著時代的發(fā)展，在不久的將來一定會出現(xiàn)更加高效且正確度更高的檢驗手段。