高铁预制箱梁智能建造创新技术实践

赵志江

(中铁十八局集团第一工程公司，河北 涿州 072750)

1 前 言

传统的箱梁施工中采用人工压浆技术、人工养护、人工凿毛等方式，弊端愈来愈凸显，不仅施工效率较低、人工操作出现的误差较大，而且浆液不饱满，质量通病常常出现，严重影响桥梁施工进度和质量[1]。

石衡沧港(石家庄站-衡水北站-沧州西站至黄骅港站)铁路东官道制梁场、杨辛庄制梁场均位于河北省泊头市境内，分别承担石港城际铁路衡黄段610榀、375榀箱梁预制任务。为满足智能化高铁建设需要，以该铁路东官道制梁场、杨辛庄制梁场箱梁预应力预制箱梁智能建造为研究对象，通过QC攻关和技术创新，重点介绍桥梁箱梁智能化压浆系统、智能喷淋养护的优势、构成、施工工艺、操作关键点，并引入BIM+GIS多维可视化技术、整体式液压模板、智能张拉等智能化、程序化、自动化创新技术施工，实践证明，智能技术应用与传统的人工制梁进行比较，施工时通过智能化、标准化操作，避免人为因素的干扰，施工比较规范化、便捷化，整个过程自动生成数据，施工效率和质量高。

2 智能压浆系统工艺

采用HDZW-700B高速智能自动压浆台车，孔道压浆工序为箱梁质量控制的特殊工序，其施工程序为：施工准备→浆体配制→管道压浆→封锚→涂防水层[1]，智能压浆系统施作示意图及工艺流程图如图1、2所示。

图1 施工示意图

收稿日期：2021-12-07

作者简介：赵志江(1992-),男，河南新乡人,助理工程师，大学,研究方向：桥梁施工。

2.1 施工准备

压浆前对设备进行试运转，检查并调校上料、搅拌、计量、通信、输浆管等各部件，达到要求后方可使

图2 工艺流程图

用；封锚头采用第三代封锚头方案：安装真空压浆组件→检查密闭性→进行压浆[2]；确定进浆端和出浆端，两端各安装配套管路阀门，并检查其功能。

图3 自动压浆系统组成图

2.2 材料要求

浆体性能指标如表1所示。

表1 浆体性能指标

2.3 设备机具配置

HDZW-700B高速智能自动压浆台车1套。该系统组成主要为制浆单元、抽真空和压浆单元等，详见图3。

2.3.1 制浆单元

由压浆剂和水泥(或压浆料)料仓、水箱、输送通道等上料装置和高速搅拌桶、低速搅拌桶以及配套的管路、阀门和电机等设备组成，用于上料、制浆、储浆和称重。

2.3.2 抽真空和压浆单元

由真空泵、真空压力表、压浆泵、压力表(或压力变送器)、压浆量和放浆量计量装置以及配套管路、阀门等组成，用于管道抽真空和压浆[4]。

2.3.3 控制和数据管理单元

由控制柜、PLC工控机及显示器等外设、通信设备、自动压浆控制程序组成，用于自动压浆施工的流程控制、数据处理及显示、结果判定、报告输出、数据传输等。

电子秤标定方法:置零、放置标准砝码、输入标准砝码重量、点击标定。

真空表/压力表标定方法：置零、达到稳定压力、输入压力值、点击标定。

真空泵开启阈值:真空度低于此值，自动启动抽真空，建议区间-0.07-0.06MPa,真空泵停止阈值应小于开启阈值[5]。

2.3.4 辅助单元

由除尘、平衡、清洗、预报警和断电保护等装置等组成。除尘装置包括吸风机和粉尘收集、处理设备。

2.4 自动压浆系统的使用与操作

2.4.1 使用前检查

设备支撑是否稳固；传感器状态是否完好，是否已检定/校准，是否在有效期内。正式工作前，手动试运行。

2.4.2 操作流程

开机后首先在设备计算机桌面上打开“桥梁压浆管理系统图标”，如图4。

图4 箱梁压浆管理系统

(1)工程信息:点击桥梁设置界面的桥梁信息标签，录入或导入工程相关信息，包括工程信息、人员信息及压浆管道相关信息。设备及材料相关信息，包括设备厂家、设备编号、标定信息及材料厂家、规格型号和批次[6]。

(2)制浆工艺:在桥梁压浆管理系统打开制浆工艺任务，对制浆工艺参数进行设置:

①制浆工艺中有A、B两种配比方案和搅拌方案,如图5。

图5 箱梁制浆管理系统

②配比方案和搅拌方案相关参数，依据相关规定的配合比输入水、压浆剂、水泥的对应份额，“桥梁压浆管理系统”会智能地计算出压浆剂掺量以及对应的水胶比[7]。

压浆剂掺量=(压浆剂量+水泥量)×100%；水胶比=水量÷(水泥量+压浆剂量)×100%

③“桥梁压浆管理系统”会默认制浆工艺系列参数，如果不能够满足TB/T3192的规范要求，技术人员可以按照实际情况进行重新设置，并重新完善制浆工艺系列参数，并在系统里妥善保存。

(3)压浆工艺

用户可根据需要新建、编辑、删除、导入、导出桥梁类型预应力管道参数模板。按照“标准图号-线型”的模式填写，线型分为直线无声ZW、直线有声ZY、曲线无声QW、曲线有声QY四种。将内容分别填写于同一Excel文件中的sheet1和sheet2中。

(4)压浆施工

①点击智能压浆，选择需要压浆的桥梁编号，点击确定即可进入制浆压浆界面，点击启动制浆按钮，输入盘数开始制浆。②制浆重量大于单孔浆体使用量后即可点击启动压浆按钮，开始压浆施工，同时制浆工艺流程继续进行。

2.5 质量控制和检验

检测浆体流动度，出浆口设置排气放浆的阀门，压浆时要求出浆状态应连续、稳定，出浆速度宜为20-30L/min，且不应大于35L/min，对试件进行标养，检验浆体的7d、28d强度。高(低)速搅拌桶、压力表(或压力变送器)、真空压力表要求：检定/校准时间低于6个月；使用次数低于5 000个管道；不能出现异常情况时。浆液指标通过现场试验检测，水泥称重偏差0.00%-0.99%；压浆剂称重偏差0.00%-1.55%；水称重，误差0.00%-1.11%。出机流动度为14-22s，符合要求[8]。

2.6 梁体封锚

C50梁体封锚混凝土配合比采用试验室提供的施工配合比，维勃稠度为11-15s，养护14d。封端防水层涂刷后12h内防止暴晒、淋雨。

2.7 安全及环保要求

在压浆过程中的施工用电做到一机一闸；压浆作业结束，打开自动清洗开关，自动清洗搅拌桶、储浆桶、压浆泵、阀门、过滤装置以及各种管道；搅拌机转动时上面严禁站人；施工人员施工时必须佩戴防尘面罩或口罩；施工过程中未用完的浆体不能随便倒,应倒在统一指定的地点。

3 智能喷淋养护技术

由于混凝土自身水化热比较大，而高铁箱梁体积都很庞大，导致梁体内外温差比较大，另外高铁箱梁对收缩裂纹要求严格，因此混凝土的养生很关键，通过引进箱梁智能喷淋养护设施提高箱梁养护质量。综合智能喷淋养护流程图详见图6。

3.1 底腹板自动喷淋养护

(1)在箱梁底部左右两侧布置2根纵向长32.5m、横向间距5.6m的50#槽钢，作为智能喷淋养护工装的运行轨道。

(2)智能喷淋养护工装配置减速电机，借助电机制动以不超过0.22m/s的速度在50#槽钢轨道匀速移动,把挡板设置在槽钢轨道两端作为行程限行装置。如果智能喷淋养护工装运行至另一端时，行程折返装置接触到挡板以后，智能喷淋养护工装系统会折返进行养护[9]。

图6 智能喷淋养护流程图

(3)配电箱含接触器、行程启闭装置等一系列重要配件，相关参数可设置为“喷淋10min,间隔20min”。另外，可依据天气酌情调整,从而提升箱梁混凝土喷淋养护效果。

(4)喷淋水管纵向和横向孔位间距分别是10cm和5cm，半径为0.75mm。为保证水压充足，在供水源头管所加装增压泵至少满足0.3-0.5MPa。水在增压泵增压下，从喷淋孔匀速喷洒，确保喷淋保持均匀，能够保证箱梁底、腹板外侧、翼缘板侧面经常保持湿润，直至养护环节结束(见图7)。

图7 底腹板自动喷淋养护

3.2 桥面蓄水养护

(1)在箱梁上表面混凝土首次进行抹面以后，混凝土表面浆体还没有凝固前，在箱梁上表面四周安装好聚丙烯胶(见图8),聚丙烯胶胶条一般埋入混凝土深度2.5mm左右位置。

图8 安装胶条

(2)在吊装孔处以正方形形式安装好4根长度为400mm的胶条，避免进行箱梁吊装时箱梁上表面的蓄水出现渗漏，箱梁上表面蓄水高度为15mm,如图9、10所示。

图9 吊装孔处四周安装胶条

图10 箱梁上表面蓄水养护

3.3 芯室保湿

将喷雾保湿器(俗称雾炮)装置加装到每片箱梁，该装置在芯室梁端不超过1.5m范围内进行布置，雾炮喷雾出口朝向芯室区域，如图11所示,雾炮所需用水直接通过提前引入的主水管,雾炮喷射出来的水雾直接对箱梁芯室进行有效保湿养护，能够迅速将箱梁芯室湿度提高到95%以上，在实现养护的同时，有效节约用水[10]。对钢绞线、锚具进行防锈处理，如图12。

图11 雾炮对芯室喷雾养护

图12对钢绞线、锚具进行防锈处理

3.4 效益分析

自动喷淋养护系统只需配置1人即可完成3-4片箱梁的养护，每片箱梁平均每天节约0.73d，另外裂纹发生率从16%下降到2%,极大提升了工程质量。将废水再回收利用节约用水，极大地降低了成本(见图13)。

图13 养护用水循环系统示意图

4 箱梁其他预制创新技术

(1)引入BIM+GIS多维可视化技术，可以对施工过程进行实时监控，有效管理箱梁施工进度、质量和安全。预制箱梁实行二维码标识,将每片箱梁混凝土开始浇筑、张拉、压浆、脱模的具体时间通过电脑或手机输入,确保箱梁施工的可追溯性；工程完成后，信息化平台系统可实现向运营管理的切换，全面实现从建设到运营全周期全过程信息化智能化管理。

(2)采取整体式液压模板(外、内模)，借助行走系统，可以进行上下左右前后移动，技术人员在箱梁外部进行液压系统操作就能结束拆模，在有效提高施工人员的施工环境。节约用工人数，提升工作环境，另外，还有效节约了施工成本。

(3)采用智能张拉，通常1台计算机可以同步控制4个千斤顶的同步张拉。张拉数据能够借助网络有效保存并上传，有效提升了预应力张拉的准确性和施工效率。绞线通过梳辫穿束，可以妥善处理钢绞线在穿线过程中的缠绕问题。

(4)湿接缝预埋钢筋处引进免凿毛止浆带,能够妥善解决漏浆弊端；为了提高顶板混凝土整平效果，通过铝合金直尺顺着翼缘板两侧齿板进行顶进找平；采用气动凿毛机对箱梁凿毛，操作便捷，有效提高工作效率。