京津城际混凝土箱梁预制浅析
2007-08-16 23:07:35
作为我国第一条时速在300km～350km的城际轨道交通项目，京津城际不仅是《中长期铁路网规划》中的一条重要快速通道，环渤海京津冀地区交通网的重要组成部分，更是2008年必须完工并投入运营的奥运配套工程。
中国的铁路客运专线建设已经全面进入大规模动工阶段，这段投资120多亿元，全长120公里的客运专线是动工最快、工期最紧、技术工艺要求最高的一个标杆项目，京津线对中国铁路客运专线建设无疑具有指导性的意义。
混凝土箱梁预制这一线下（路基轨道以下的施工部分）工程重点云集了铁路建设系统所有搞过预制梁施工的王牌队伍，“32米大型混凝土箱梁，使用寿命100年”，这一全新的施工课题对他们提出了前所未有的挑战。大型混凝土拌合站、大功率混凝土拖泵、新型全液压内模和大型提梁机成为他们应对这一难题的有力武器。铁路建设者们敢于创新、勇于应对挑战的拼搏精神和精益求精的工作态度与技术保障成为他们攻克难题的强大支柱。
2005年7、8月间，各个施工队伍就已经陆陆续续的进驻了施工场地，征地、拆迁等等并没有给施工单位制造太多的麻烦。2005年底，各个预制梁场的混凝土搅拌机组大多安装完毕，相关的土建工程也陆续完工，初步具备了开展混凝土预制梁施工的能力。由于箱梁与箱梁上面铺设的博格板衔接图纸迟迟没有确定，大部分箱梁预制场在2006年4月份才开始第一孔梁的预制。
C50 高性能耐久性混凝土搅拌
高性能耐久性混凝土在铁路建设领域的首次应用是在青藏铁路上，现在所有的铁路客运专线大型箱梁预制全部应用了高性能混凝土。京津城际箱梁预制应用的C50耐久性混凝土的使用寿命为100年，混凝土配比的选定非常严格。
(1) 胶凝材料（水泥、粉煤灰、矿粉）掺量达到480～500公斤；
(2) 砂率在38%左右（泵送混凝土要求砂率40%以上）；
(3) 水灰比0.3～0.35 （泵送混凝土的水灰比在0.4以上）；
(4) 坍落度控制在180～190mm，调整空间小。
“双掺料”即指粉煤灰与矿粉，在客运专线箱梁混凝土中大量添加的粉煤灰与矿粉使得这种高性能混凝土和易性好，后期强度高，泵送性能好，是提高高性能混凝土性能的有益尝试。
为了达到提高水泥沙浆与砂子界面粘结强度的目的，混凝土拌制采用“二次投料法”的拌和工艺，每盘混凝土的搅拌时间规定不小于2min。而每孔32米箱梁所需的340立方混凝土必须在6个小时内浇筑完毕，也就是说，混凝土拌合站每小时必须生产60立方以上的混凝土。
为了提高混凝土搅拌与浇筑效率，所有梁场的搅拌机组总出料容积都在4立方以上，有的梁场为了在整个施工任务完成后转入地方商品混凝土行业，特意配置了2×3立方搅拌机组，有的则配置了2×2立方机组，还有的梁场出于方便搅拌机组拆装转场的考虑，同时为了降低搅拌机组临时出现故障对生产的影响程度，特意配置了6×1立方的机组。
这种干硬性的混凝土的水灰比和含砂率相对可泵送混凝土较低，粘性大，这使得搅拌机组启动负荷增大，而且对外加剂等掺和料的称量要求非常准确，必须严格保证外加剂的称量误差在±1%以内，因此搅拌机组和控制系统的可靠性显得尤为重要。搅拌机组制造厂家大多根据这种高性能混凝土的特性对机组作了多项改进，福建南方路机公司的部分改进措施如下：
（1）搅拌站过渡料仓开门系统采用专门设计的特殊结构,配合电气控制实现过渡料仓的二次开门,以满足混凝土的搅拌要求。
（2）针对冬季施工混凝土的温度要求,选用耐温80℃的热水泵,以满足搅拌站的供水要求。
（3）针对混凝土对外加剂的特殊要求，设计了二种外加剂计量系统供客户选择，一种是高浓度大用量的液体外加剂计量系统，从供液泵-输液管道-计量秤-放料碟阀均作了相应的改进及调整；另一种是粉状外加剂计量系统，以满足粉状外加剂的拆包和同主机系统联动的电子计量及精度要求。
（4）骨料配料系统：为适应向搅拌主机的二次投料要求,将配料站的骨料叠加计量改为全部骨料单独计量。同时，加大骨料储仓的卸料倾角，缓解了雨天砂含泥量高含水率大难下料的问题。
在京津客运专线箱梁预制施工中使用的搅拌机组大部分能够满足使用要求，但也有2套2立方机组的控制系统不能够满足使用要求，生产的混凝土坍落度控制不好，混凝土一会儿粘稠，一会儿稀释，导致混凝土浇筑时间严重滞后，影响了箱梁生产。这当然也有混凝土配比和操作人员控制水平有限的问题，但主要原因还是这家刚进入商混搅拌机组生产制造行业的企业产品存在严重缺陷，不适应这种“二次投料法”的搅拌工艺，而且加工制造工艺粗糙，配套设施不完备。
在混凝土搅拌机组招标的过程中，有的厂家报价600万，但看到报价过高，一下子主动降低了100万，降价幅度如此之大，令用户感到莫名其妙，实在不知道他们的设备配置中到底有多少猫腻。从中也可以看出，搅拌站配置多样性同时也决定了价格的多样性，不同的设备配置和钢结构件质量决定了搅拌站的不同价格，制造厂家在报价过程中要信守诚信，用户在采购过程中也要擦亮眼睛。
当前的混凝土搅拌设备制造厂家在铁路系统可谓遍地开花，大量的订单使得产品供不应求，呈现出近年来少有的卖方市场之势。在商混设备制造领域拥有良好口碑和产品质量的厂家出现了订单排队，无货可供的情况，这同时也为一些想借着铁路客运专线大发展之机大捞一笔的制造厂商创造了机会。
但应该更理性的看到，中国的铁路客运专线建设是长期的，可持续的，在京津线之后还有京沪线，京沪线之后还有哈大线，京津线仅仅是一个开端，如果在这个起跑线上能够飞跃而起，则在中国的铁路客运专线大蛋糕中肯定能够大有作为，如果在这里摔了大跤，则必将被中国的铁路客运专线建设淘汰出局。
高性能混凝土泵送
高性能耐久性C50混凝土相比普通民用建筑C50混凝土不仅含砂率低、水灰比低，而且粘度很大，坍落度损失大。
如何同时解决好坍落度损失快、输送距离远（各个梁场根据方案不同，配置泵送输送距离不同）和泵送排量要求高这三个高性能混凝土泵送的难题成了各个梁场的主要攻关课题。现有的混凝土泵制造技术对其中任何一个单独的问题解决起来都不困难，但同时遇到这三个问题，而且又要完善解决，综合取舍，确实令人头疼。
第一种方案，施工单位考虑到尽量减少输送距离的因素，将混凝土泵安放在了梁体旁边，采用混凝土搅拌运输车从搅拌机下料口的位置接料，并送到拖泵进料口进行泵送的方案，这种方案的突出优点是泵送输送距离短，对输送泵要求不是很严格，但这种方案增加了搅拌车运输环节，每月近3万元/台（单个梁场至少配备3辆搅拌车）的租赁综合成本也使预制梁场增加了负担。
同时搅拌车在运输过程中坍落度的损失快，这就为泵送制造了难度。混凝土从预拌完成后到浇筑现场有一定的距离，而这段运输时间往往是控制混凝土坍落度和易性的关健，同样其亦受一定的隐患因素制约。高温天气混凝土搅拌车尾部的混凝土水份蒸发较快，容易给人造成错觉混凝土坍落度损失大；雨水天气，混凝土搅拌车尾部的混凝土水份较大，容易产生离析。此外，搅拌车车鼓转动的快慢，亦对混凝土有影响。车鼓转得快，混凝土在运输过程中被搅拌加剧，分子因磨擦产生的热运动亦加剧，水分子碰撞水泥颗粒机会增大，水化程度加大，混凝土坍落度损失增大，和易性变差快；车鼓转得慢，甚至停转，混凝土容易受行车的颠簸，而产生浆石分离，沉降等不良现象。
故在混凝土运输过程中，车鼓保持在每分钟约六转，并到工地后保持搅拌车高速转动四至五分钟，以使混凝土浇筑前充分再次混和均匀。如遇坍落度有所损失，可后掺一定的外加剂以达到理想效果。
第二种方案，有的梁场采用的泵送方案是将混凝土泵直接放置在搅拌机出料口下端，这种方案的特点是减少了中间环节，减小了故障率，降低了成本，混凝土直接入拖泵进料口，塌落度损失小。但同时也增加了远端梁座的泵送距离，对输送泵要求严格，而且下料口的出料速度控制也要考虑。
中铁十一局梁场与搅拌站制造厂家配合，在搅拌机下料口位置安装了可控制的卸料中转斗，将搅拌机卸出的混凝土料分次均匀的卸到拖泵料斗口，保证了泵送过程中不缺料、不溢料，避免了泵机长时间停顿和吸入空气导致堵管，较好的解决了出料速度不易控制的课题。
中铁四局在施工时混凝土直接从下料口入泵，虽然泵送距离超过400米，仍然没有出现堵管，能够保证单泵每小时入模35～40立方混凝土，切实保证了梁体的浇筑时间。中铁四局的葛部长向记者表示，根据他们现在配置的搅拌与泵送设备情况，梁体的总体浇筑速度的快慢决定于工作系统整体的协调和组织。
中铁十一局在正式浇筑梁体之前，与搅拌站厂家、输送泵厂家、布料机厂家和外加剂厂家配合，在梁场工地现场调试混凝土配比并进行搅拌与泵送试机，对混凝土配比和泵机配合进行调整，17天的时间，功夫不负有心人，中铁十一局在正式泵送过程中，使用了广州佳尔华的铁路制梁专用泵，取得了5小时零5分钟用两台泵浇筑一孔32混凝土梁的优秀成绩。
每孔32米梁造价70余万元，损失一片都不得了，因此，在梁场准备一台备用泵成为了各个梁场的普遍做法，大部分两台80电泵备用一台或者是3台60电泵备用一台，这种做法有效的保证了浇筑进程。
各个梁场在选择混凝土泵的过程中普遍选择了电动混凝土泵，这主要与柴油价格上涨迅速、而且供应短缺有关，但同时，柴油泵相对电泵保养程序复杂也有一定因素作用。在电泵的配置过程中，由于国内国内混凝土泵用最大单电机只有132kW，而且德国力士乐的主油泵排量最大只有260ml/r，因此制约了混凝土泵的远距离泵送能力。为此，相关泵送设备制造厂针对这种情况对混凝土泵进行了改进，增强了泵送综合能力。
设备投资巨大
中铁二十二局作为京津城际铁路箱梁预制场中承担工程量最大的一家，在设备和土建方面的投资接近一个亿，占到整个造价的1/5。
沿线的各个箱梁场也都不惜血本投入巨资购买设备，如何在有限的时间内漂亮圆满地完成预制梁施工任务，已经成为各个箱梁预制场项目经理们谈论的热点话题。为了提高施工效率和质量，京津线的所有箱梁预制场均采用了全液压混凝土布料杆并专门配置了洗石机。450t轨道式和900t轮胎式提梁机也都成了梁场的标准配置，但孰优孰劣还有待进一步探讨。
随着施工的大范围展开，箱梁预制场还会遇到各种施工工艺与设备使用的问题，愿中国铁路客运专线的建设者从中能吸取经验，对即将大规模开展箱梁预制施工的各条客运专线有所借鉴。
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