高鐵預(yù)制箱梁智能建造創(chuàng)新技術(shù)實(shí)踐

趙志江

(中鐵十八局集團(tuán)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(shù)、人工養(yǎng)護(hù)、人工鑿毛等方式，弊端愈來(lái)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(mǎn)，質(zhì)量通病常常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響橋梁施工進(jìn)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(chǎng)、楊辛莊制梁場(chǎng)均位于河北省泊頭市境內(nèi)，分別承擔(dān)石港城際鐵路衡黃段610榀、375榀箱梁預(yù)制任務(wù)。為滿(mǎn)足智能化高鐵建設(shè)需要，以該鐵路東官道制梁場(chǎng)、楊辛莊制梁場(chǎng)箱梁預(yù)應(yīng)力預(yù)制箱梁智能建造為研究對(duì)象，通過(guò)QC攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)介紹橋梁箱梁智能化壓漿系統(tǒng)、智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)的優(yōu)勢(shì)、構(gòu)成、施工工藝、操作關(guān)鍵點(diǎn)，并引入BIM+GIS多維可視化技術(shù)、整體式液壓模板、智能張拉等智能化、程序化、自動(dòng)化創(chuàng)新技術(shù)施工，實(shí)踐證明，智能技術(shù)應(yīng)用與傳統(tǒng)的人工制梁進(jìn)行比較，施工時(shí)通過(guò)智能化、標(biāo)準(zhǔn)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(gè)過(guò)程自動(dòng)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(dòng)壓漿臺(tái)車(chē)，孔道壓漿工序?yàn)橄淞嘿|(zhì)量控制的特殊工序，其施工程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)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(jiǎn)介：趙志江(1992-),男，河南新鄉(xiāng)人,助理工程師，大學(xué),研究方向：橋梁施工。

2.1 施工準(zhǔn)備

壓漿前對(duì)設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查并調(diào)校上料、攪拌、計(jì)量、通信、輸漿管等各部件，達(dá)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(jìn)行壓漿[2]；確定進(jìn)漿端和出漿端，兩端各安裝配套管路閥門(mén)，并檢查其功能。

圖3 自動(dòng)壓漿系統(tǒng)組成圖

2.2 材料要求

漿體性能指標(biāo)如表1所示。

表1 漿體性能指標(biāo)

2.3 設(shè)備機(jī)具配置

HDZW-700B高速智能自動(dòng)壓漿臺(tái)車(chē)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(jiàn)圖3。

2.3.1 制漿單元

由壓漿劑和水泥(或壓漿料)料倉(cāng)、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(mén)和電機(jī)等設(shè)備組成，用于上料、制漿、儲(chǔ)漿和稱(chēng)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(jì)量裝置以及配套管路、閥門(mén)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(jī)及顯示器等外設(shè)、通信設(shè)備、自動(dòng)壓漿控制程序組成，用于自動(dòng)壓漿施工的流程控制、數(shù)據(jù)處理及顯示、結(jié)果判定、報(bào)告輸出、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

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。

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

2.3.4 輔助單元

由除塵、平衡、清洗、預(yù)報(bào)警和斷電保護(hù)等裝置等組成。除塵裝置包括吸風(fēng)機(jī)和粉塵收集、處理設(shè)備。

2.4 自動(dòng)壓漿系統(tǒng)的使用與操作

2.4.1 使用前檢查

設(shè)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(zhǔn)，是否在有效期內(nèi)。正式工作前，手動(dòng)試運(yùn)行。

2.4.2 操作流程

開(kāi)機(jī)后首先在設(shè)備計(jì)算機(jī)桌面上打開(kāi)“橋梁壓漿管理系統(tǒng)圖標(biāo)”，如圖4。

圖4 箱梁壓漿管理系統(tǒng)

(1)工程信息:點(diǎn)擊橋梁設(shè)置界面的橋梁信息標(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。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)定信息及材料廠家、規(guī)格型號(hào)和批次[6]。

(2)制漿工藝:在橋梁壓漿管理系統(tǒng)打開(kāi)制漿工藝任務(wù)，對(duì)制漿工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(guān)參數(shù)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定的配合比輸入水、壓漿劑、水泥的對(duì)應(yīng)份額，“橋梁壓漿管理系統(tǒng)”會(huì)智能地計(jì)算出壓漿劑摻量以及對(duì)應(yīng)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(huì)默認(rèn)制漿工藝系列參數(shù)，如果不能夠滿(mǎn)足TB/T3192的規(guī)范要求，技術(shù)人員可以按照實(shí)際情況進(jìn)行重新設(shè)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(hù)可根據(jù)需要新建、編輯、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出橋梁類(lèi)型預(yù)應(yīng)力管道參數(shù)模板。按照“標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)-線(xiàn)型”的模式填寫(xiě)，線(xiàn)型分為直線(xiàn)無(wú)聲ZW、直線(xiàn)有聲ZY、曲線(xiàn)無(wú)聲QW、曲線(xiàn)有聲QY四種。將內(nèi)容分別填寫(xiě)于同一Excel文件中的sheet1和sheet2中。

(4)壓漿施工

①點(diǎn)擊智能壓漿，選擇需要壓漿的橋梁編號(hào)，點(diǎn)擊確定即可進(jìn)入制漿壓漿界面，點(diǎn)擊啟動(dòng)制漿按鈕，輸入盤(pán)數(shù)開(kāi)始制漿。②制漿重量大于單孔漿體使用量后即可點(diǎn)擊啟動(dòng)壓漿按鈕，開(kāi)始?jí)簼{施工，同時(shí)制漿工藝流程繼續(xù)進(jìn)行。

2.5 質(zhì)量控制和檢驗(yàn)

檢測(cè)漿體流動(dòng)度，出漿口設(shè)置排氣放漿的閥門(mén)，壓漿時(shí)要求出漿狀態(tài)應(yīng)連續(xù)、穩(wěn)定，出漿速度宜為20-30L/min，且不應(yīng)大于35L/min，對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)，檢驗(yàn)漿體的7d、28d強(qiáng)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(zhǔn)時(shí)間低于6個(gè)月；使用次數(shù)低于5 000個(gè)管道；不能出現(xiàn)異常情況時(shí)。漿液指標(biāo)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，水泥稱(chēng)重偏差0.00%-0.99%；壓漿劑稱(chēng)重偏差0.00%-1.55%；水稱(chēng)重，誤差0.00%-1.11%。出機(jī)流動(dòng)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(yàn)室提供的施工配合比，維勃稠度為11-15s，養(yǎng)護(hù)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(guò)程中的施工用電做到一機(jī)一閘；壓漿作業(yè)結(jié)束，打開(kāi)自動(dòng)清洗開(kāi)關(guān)，自動(dòng)清洗攪拌桶、儲(chǔ)漿桶、壓漿泵、閥門(mén)、過(guò)濾裝置以及各種管道；攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上面嚴(yán)禁站人；施工人員施工時(shí)必須佩戴防塵面罩或口罩；施工過(guò)程中未用完的漿體不能隨便倒,應(yīng)倒在統(tǒng)一指定的地點(diǎn)。

3 智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)技術(shù)

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(dǎo)致梁體內(nèi)外溫差比較大，另外高鐵箱梁對(duì)收縮裂紋要求嚴(yán)格，因此混凝土的養(yǎng)生很關(guān)鍵，通過(guò)引進(jìn)箱梁智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)設(shè)施提高箱梁養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。綜合智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)流程圖詳見(jiàn)圖6。

3.1 底腹板自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)

(1)在箱梁底部左右兩側(cè)布置2根縱向長(zhǎng)32.5m、橫向間距5.6m的50#槽鋼，作為智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)工裝的運(yùn)行軌道。

(2)智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)工裝配置減速電機(jī)，借助電機(jī)制動(dòng)以不超過(guò)0.22m/s的速度在50#槽鋼軌道勻速移動(dòng),把擋板設(shè)置在槽鋼軌道兩端作為行程限行裝置。如果智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)工裝運(yùn)行至另一端時(shí)，行程折返裝置接觸到擋板以后，智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)工裝系統(tǒng)會(huì)折返進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[9]。

圖6 智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)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(guān)參數(shù)可設(shè)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(hù)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(mǎn)足0.3-0.5MPa。水在增壓泵增壓下，從噴淋孔勻速?lài)姙?，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(rùn)，直至養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)結(jié)束(見(jiàn)圖7)。

圖7 底腹板自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)

3.2 橋面蓄水養(yǎng)護(hù)

(1)在箱梁上表面混凝土首次進(jìn)行抹面以后，混凝土表面漿體還沒(méi)有凝固前，在箱梁上表面四周安裝好聚丙烯膠(見(jiàn)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(zhǎng)度為400mm的膠條，避免進(jìn)行箱梁吊裝時(shí)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(hù)

3.3 芯室保濕

將噴霧保濕器(俗稱(chēng)霧炮)裝置加裝到每片箱梁，該裝置在芯室梁端不超過(guò)1.5m范圍內(nèi)進(jìn)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(guò)提前引入的主水管,霧炮噴射出來(lái)的水霧直接對(duì)箱梁芯室進(jìn)行有效保濕養(yǎng)護(hù)，能夠迅速將箱梁芯室濕度提高到95%以上，在實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，有效節(jié)約用水[10]。對(duì)鋼絞線(xiàn)、錨具進(jìn)行防銹處理，如圖12。

圖11 霧炮對(duì)芯室噴霧養(yǎng)護(hù)

圖12對(duì)鋼絞線(xiàn)、錨具進(jìn)行防銹處理

3.4 效益分析

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)只需配置1人即可完成3-4片箱梁的養(yǎng)護(hù)，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(jiàn)圖13)。

圖13 養(yǎng)護(hù)用水循環(huán)系統(tǒng)示意圖

4 箱梁其他預(yù)制創(chuàng)新技術(shù)

(1)引入BIM+GIS多維可視化技術(shù)，可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效管理箱梁施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全。預(yù)制箱梁實(shí)行二維碼標(biāo)識(shí),將每片箱梁混凝土開(kāi)始澆筑、張拉、壓漿、脫模的具體時(shí)間通過(guò)電腦或手機(jī)輸入,確保箱梁施工的可追溯性；工程完成后，信息化平臺(tái)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)向運(yùn)營(yíng)管理的切換，全面實(shí)現(xiàn)從建設(shè)到運(yùn)營(yíng)全周期全過(guò)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(jìn)行上下左右前后移動(dòng)，技術(shù)人員在箱梁外部進(jìn)行液壓系統(tǒng)操作就能結(jié)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(tái)計(jì)算機(jī)可以同步控制4個(gè)千斤頂?shù)耐綇埨?。張拉?shù)據(jù)能夠借助網(wǎng)絡(luò)有效保存并上傳，有效提升了預(yù)應(yīng)力張拉的準(zhǔn)確性和施工效率。絞線(xiàn)通過(guò)梳辮穿束，可以妥善處理鋼絞線(xiàn)在穿線(xiàn)過(guò)程中的纏繞問(wèn)題。

(4)濕接縫預(yù)埋鋼筋處引進(jìn)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(guò)鋁合金直尺順著翼緣板兩側(cè)齒板進(jìn)行頂進(jìn)找平；采用氣動(dòng)鑿毛機(jī)對(duì)箱梁鑿毛，操作便捷，有效提高工作效率。