预应力管道自动压浆系统施工技术及质量控制研究

李金永

(中铁十九局集团有限公司 北京 100176)

1 引言

预应力管道压浆是后张法预应力混凝土桥梁工程预应力施工的关键工序[1]，压浆质量直接影响桥梁的承载能力和耐久性。如果压浆不充盈饱满，预应力钢筋未被完全保护，钢筋在高应力状态极易产生锈蚀，而且发展极快，给桥梁带来很大安全隐患[2]。高质量的管道压浆可提高预应力筋的防腐防锈能力，加强预应力筋与混凝土的黏结性，从而减少预应力损失。采用TGZY型铁路桥梁预应力管道自动压浆系统施工可以提高压浆质量，确保桥梁在使用过程中的安全性和耐久性[3]。

2 工程概况

郑州至周口至阜阳铁路作为河南省“米”字形铁路网规划的组成部分，本项目的修建对填补铁路网空白、完善快速铁路网、优化路网布局、充分发挥快速铁路网的规模效益和系统效应有着极其重要的意义。西华北制梁场、西华制梁场共承担郑阜客专ZFZQ-3标双线预制箱梁1 294榀施工任务。其中31.5 m箱梁1213榀、23.5 m箱梁81榀，梁场计划于2017年12月30日完成制梁任务。在制梁场预制梁生产过程中使用了TGZY型铁路桥梁预应力管道自动压浆系统，共计压浆21 600孔道，压浆质量均达到标准规范要求[4-5]。

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

3.2 施工工艺及操作要点

TGZY型铁路桥梁预应力管道自动压浆系统是中国铁道科学研究院研制的施工全过程自动控制压浆设备，自动压浆工艺完全符合《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》(TB/T 3432-2016)和《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》的规定。

(1)在后张预制梁终拉完成后24～48 h内进行管道真空辅助压浆。对孔道抽真空，使真空度稳定在-0.06～-0.08 MPa之间。同时按照试验确定的配合比拌制水泥净浆，水泥浆进入压浆设备前必须不停搅动。浆体注满管道后，在0.50～0.60 MPa下持压3 min，保压最大压力不超过0.60 MPa。压浆时浆体温度始终控制在5～30℃之间。压浆时及压浆后3 d内，梁体及环境温度确保在5℃以上。

(2)水泥浆性能符合以下要求:水胶比≤0.33；24 h自由泌水率0%；出机流动度为18±4 s，30 min流动度≤30 s；抗压强度 7 d≥35 MPa、28 d≥50 MPa，抗折强度 7 d≥6.5 MPa、28 d≥10 MPa；压入管道的水泥浆饱满密实，24 h自由膨胀率为0～3%；初凝时间≥4 h、终凝时间≤24 h；含气量1% ～3%；压力泌水率≤3.5%。

(3)施工中要实时监控和检测系统的运行控制、压浆状态和设备运行状态等[6]。自动压浆系统的高速制浆桶配套称重传感器主要用于配料和制浆，将压浆料或压浆剂、水泥与水按照规定配比精准混合，如图2。高速搅拌可使粉料与水在规定时间内得到充分拌和。在高速制浆桶下方安置高精度的称重传感器，能够精准控制压浆剂、水泥(压浆料)和水的称量误差。

图2 配料现场

(4)通过低速搅拌保证浆液的匀质性，从而实现了对出浆量的准确掌握，进而判断压浆密实度。

(5)采用双向连续压浆泵确保出浆连续、压浆压力稳定，可以实现对密封管道浆体的稳压保压及自动微量补浆作业工序，且可对压入浆体量进行自动计量，可以保证管道内浆体质量，提高出浆效率。

(6)采用水循环泵抽真空可以满足现场的使用要求，如图3。

图3 水循环泵

4 系统操作

4.1 系统介绍

TGZY型铁路桥梁预应力管道自动压浆系统主要由主控制、机械动力、传感测量、数据管理和辅助等五大子系统构成[7]，如图4。负责完成压浆施工过程中的配料制浆、抽真空、压浆以及安全辅助等功能的控制和执行[8-9]。

图4 系统构成

系统实现了压浆施工上料制浆、真空压浆两大关键工序自动化协同控制，具有自动化程度高、配料和压浆量计量精准、现场移动便捷、操作方便、工作效率高、可靠耐用、维护量少、绿色环保等特点。满足管道压浆施工对过程控制和成品质量的技术要求，适合铁路桥梁、公路桥梁以及其他工程领域管道压浆施工。

系统四大技术优势:吸尘集尘，绿色环保；全自动控制，一键启动，手动自动便捷切换；数据接口公开，可根据需要接入工程管理平台，方便各级工程管理者使用；压浆量自动计量，为管道密实度判别提供参考依据。

4.2 参数设置

(1)制浆压浆前应进行高、低速桶电子秤标定和真空表、压力表的标定。用户输入标定授权密码并验证后方可进行标定。

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。

(2)真空控制参数设置。真空泵停止阈值:真空度达到此值，自动停止抽真空，建议区间-0.09～-0.06 MPa；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～-0.06 MPa，真空泵停止阈值应小于开启阈值；真空判断延时:系统是否可进入真空稳压阶段的判断时间，建议区间3～5 s；真空稳压延时:真空稳压的持续时间，建议区间5～10 s。

(3)制放浆参数。进浆扣除量:进浆管内浆液重量，可根据进浆管长度和直径设置；初始流动度:制浆完成后立即测得的浆液流动度，根据标准要求，每10盘应测量1次；高速桶制浆阈值:连续自动制浆模式下，高速桶内浆液重量小于此值，自动开始下一盘制浆，建议区间20～50 kg；低速桶放浆阈值:连续自动制浆模式下，低速桶内浆液重量小于此值，且高速桶内制浆完成后，自动开启放浆阀门，建议区间150～200 kg；每盘制浆总质量:制浆前，设定制浆量，建议区间150～400 kg。

(4)压浆控制参数。压浆泵保护阈值:保护压浆泵和压力表不过载，建议不超过1.0 MPa；压浆泵停止阈值:压浆压力达到此值，自动停止压浆，建议区间0.60～0.70 MPa；压浆泵开启阈值:压浆压力低于此值，自动启动压浆，建议区间0.50～0.60 MPa；降频压力:压浆过程中，压浆压力高于此值，自动降低压浆速率；保压判断延时:压浆压力稳定于压浆泵开启和停止阈值之间的时间，在此时间内，可进行出浆端和压浆端排气放浆操作，用户可根据实际需要自行设定；保压时间:压浆保压用时，根据标准要求，简支梁一般不低于180 s，连续梁一般不低于300 s。

4.3 系统操作

4.3.1 系统软件

开机后首先在设备计算机桌面上打开。

4.3.2 工程信息

点击工程信息标签，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，如图5。

图5 录入工程信息

4.3.3 设备材料

点击设备材料标签，录入设备及材料相关信息，包括设备厂家、设备编号、标定信息以及材料厂家、规格型号和批次，如图6。

图6 录入设备材料

4.3.4 制浆工艺

点击制浆工艺标签，设置制浆工艺参数:

(1)制浆工艺类型分为工艺A和工艺B。工艺A代表水泥、压浆剂和水混合制浆；工艺B代表压浆料和水混合制浆[10]，如图7。

图7 制浆工艺输入

(2)制浆配合比参数。按照规定配合比录入水泥、压浆剂和水的用量，系统自动计算出压浆剂掺量和水胶比。如选择工艺B，需同时勾选上料选项，应保证水泥和压浆剂总量等于压浆料的量。

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)系统提供默认制浆工艺参数，符合TB/T3192的工艺标准，用户可根据实际情况重新设置，点击“修改当前工艺”按钮进行保存，点击“恢复出厂设置”按钮，恢复默认参数。

4.3.5 压浆工艺

点击压浆工艺标签，设置压浆工艺参数，如图8。

图8 压浆工艺参数录入

(1)用户可根据需要新建、编辑、删除、导入、导出桥梁预应力管道参数模板。

(2)用户可在既有模板的基础上，通过上下移、添加、插入、修改、删除孔道等操作，编辑孔道信息。点击新建/编辑模板按钮，填写/修改图号、孔道名称、压浆方式，点击确认，完成新建/编辑。打开Excel表格(N2a、N2b见表1和表2)，根据所示内容和格式填写模板，点击导入，可实现模板的导入。在不同设备间，可导入导出相同图号的孔道信息，提高操作效率。

表1 _孔道模板

表2 铁路桥梁预应力自动压浆设备制压浆记录表

点击删除模板按钮，弹出界面，选择对应的图号可以进行删除操作。点击添加/插入/修改/删除孔道按钮，弹出界面，根据所示内容和格式新建相应孔道参数，点击确认，完成操作。

4.4 数据上传

点击数据通信标签，进行用户登录和数据传输设置。

(1)登录:填写远程工程管理平台的用户账号、密码及设备码，点击登录按钮，登录远程工程管理平台，登录后可远程下载工程信息至本地设备。

(2)申请梁体信息:登录后，选择生产编号，下方显示对应梁号的制浆数据和压浆数据，如该梁已申请过ID，则在远程参数窗口显示该梁ID；如未申请过，则立即申请梁体ID，申请完成后显示于远程参数窗口。点击上传数据，上传该梁数据，如图9(注意:本页面功能需在有网络情况下使用)。

图9 数据上传界面

(3)点击浏览按钮，可选择结果数据表格存放路径；点击查看数据报表，可查看核对已生成的数据。核对无误后，可点击上传数据。

4.5 常见故障及解决措施

(1)压浆泵压力表没有压力。检查油室是否缺油，及时补充甘油；检查出浆口是否有浆液流出，如果不出浆，应检查吸浆口是否堵塞和压浆管是否堵塞；拆下油室，检查油室接头是否堵塞；压力表进油口是否通畅；隔膜破损变形，更换隔膜。

(2)压浆泵不出浆。储料桶内浆液是否充足；检查空气室球阀是否损坏，两端共4个球阀；吸浆管水泥是否沉淀，应用水冲洗后再进行压浆。

(3)压浆泵活塞漏浆。紧固活塞两端螺丝；更换格兰内的盘根。

(4)压浆泵不转动。检查电机是否缺项；电机三角带是否松动打滑、脱落，及时更换紧固。

(5)称重不显示。锁机；传感器损坏。

(6)水泵不上水。检查电路是否通电及缺相；检查电机正反转；检查水箱是否缺水及结冰；检查水箱内是否有异物堵塞；控制电路电气元件是否损坏。

(7)高速电机不转。电路是否通电；搅拌桶内干料过多，负载过大应及时清理；电机是否损坏。

(8)高速搅拌不均匀。搅拌叶片损坏及时更换；搅拌时间设置过短；压浆料是否过期结块失效；放料口有无漏水现象。

(9)水泥、添加剂上料系统不工作。检查电路是否通电及缺项；检查电机正反转；检查送料带是否松动并紧固；检查料仓是否有结块堵塞，应反转倒出清理后再使用；检查电器元件是否损坏；电机是否损坏。

(10)失灵。检查气管是否脱落；空压机是否启动；空压机是否有压力。查电路是否通电，电器元件是否损坏；打开电机后盖转动散热风扇，如果转不动，应打开泵头；检查叶轮处是否结冰和生锈及时清理；检查电机是否损坏。

(11)没有压力。检查真空泵水箱是否缺水；检查正反转；检查真空表连接管是否堵塞；检查真空表水箱是否缺水；叶轮磨损严重及时更换；真空管连接系统泄气。

(12)低速搅拌不转。检查电路是否通电，电器元件是否损坏；电机是否损坏。

(13)电机不转。电机堵转，立即断开电机电源；电机电流超过热继电器上设置的保护电流值，引起热继电器保护动作；电机损坏。

5 数据统计分析

5.1 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16～20 s。

注浆后采用管道密实度检测仪检测预应力孔道注浆饱满度及浆液与钢绞线的粘结情况[11]。

5.2 数据分析

在郑阜铁路ZFZQ-3标西华梁场现场使用，箱梁图号为通桥(2016)2322A-Ⅱ，跨度为31.5 m孔道布置图[12]，采用自动压浆系统进行自动压浆施工，其中1榀箱梁部分数据，见表3。

表3 自动压浆系统现场试验压浆数据

通过数据统计，系统各项参数统计如下:水泥称重偏差:准确率100%；压浆剂称重偏差:准确率98.5%；水称重误差:准确率99.5%；抽真空度:有效数据98.5%；保压压力:有效数据占95.05%；平均压浆时间:有效数据占95.54%；压浆量计量:有效数据占98.77%。

6 结束语

自动压浆系统集成了机械自动化技术、传感测控技术和网络信息化技术，克服了传统压浆施工受人为因素影响大、压浆密实度难以监控测量以及粉尘污染严重等问题，率先实现了施工全过程自动控制、施工信息化管理和绿色环保施工，确保了桥梁建设质量及运营安全，推动了桥梁工程压浆技术发展。