高速鐵路裝配式構件的生產和產品質量檢驗

徐敬鋒, 張裕銀

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

隨著社會經濟和現代化建設的快速發展，高速鐵路建設的發展也迎來了良好的機遇期，橋梁施工新方法不斷得到嘗試，預制裝配式構件[1]也已在高鐵建設中大量使用。預制裝配式混凝土構件具有低碳環保、建設效率高、綠色節能等優勢[2]，是建筑施工行業未來的發展趨勢，能夠幫助建筑施工行業實現可持續發展，具有重要的意義。

為了保證有足夠的產品輸出，并且輸出產品的質量能夠滿足要求，需要設計出一條工藝先進、穩定、可靠的生產線，由于預制裝配式構件常常會存在一些質量上的問題[3-4]，所以該生產線輸出的產品還需要按照相關規定經過嚴格的質量檢驗[5]，以保證產品質量，確保施工順利進行和施工安全。對于預制裝配式混凝土產品的檢驗，需要檢查其抗壓強度、外觀質量和尺寸偏差[6]，在施工之前和施工過程中，都必須要堅持質量第一的理念?？茖W的檢驗方法也至關重要，檢驗的方法大致可以分為感官檢驗、物理檢驗、化學檢驗和無損檢驗等幾大類[7-9]。

本文對高速鐵路裝配式構件的生產和產品質量檢驗進行了系統討論，旨在探究合理的預制裝配式構件生產技術以及構件質量檢驗方法。

1 裝配式結構的定義

裝配式結構是裝配式混凝土結構的簡稱，是以預制構件為主要受力構件經裝配連接而成的混凝土結構。裝配式鋼筋混凝土結構是我國建筑結構發展的重要方向之一，它有利于我國建筑工業化的發展，提高生產效率節約能源，發展綠色環保建筑，并且有利于提高和保證建筑工程質量。與現澆施工工法相比，裝配式PC結構有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節地、節能、節材、節水和環境保護等要求，降低對環境的負面影響，包括降低噪音、防止揚塵、減少環境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續發展的原則。

2 生產線設計

生產線就是產品生產過程所經過的路線，即從原料進入生產現場開始，經過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產活動所構成的路線。生產線是按對象原則組織起來的，完成產品工藝過程的一種生產組織形式。為了提高高速鐵路裝配式構件生產的效率，需要根據需求設計一條合理的生產線。

現如今，隨著科學技術的發展，智能化設備逐步投入到施工生產當中，其優越性為產品性能及質量穩定、所需人工少、效率高、單價產品的制造成本大幅降低、占用場地最少等，這些優越性使得智能化生產成為了目前的發展方向。

針對高速鐵路裝配式構件的工業智能化生產結構特點及現場施工環境，為滿足安全、技術、經濟及高速鐵路行業標準條件等方面的要求，同時提升工業化、工廠化、智能化的建造要求，擬定了兩種智能化生產線方案，并進行了對比分析。

2.1 單條落地式環形流水線布置方案(方案一)

本方案采用自動化預制環形生產線，采用落地節段式動力輥筒線為主要結構，利用輥子的轉動來輸送構件的流水化生產線，并配合PLC控制器、伺服電機、流水線電控元器件、變頻器等組成的機電一體化控制系統以及外部輔助設備構成完整的生產線機構。

該生產線由上料系統、布料振動系統、模具碼垛養護系統、翻轉脫模系統、成品碼垛系統、模具返回系統及中央控制系統組成，生產線外部輔助系統由車間桁吊、運輸設備、鋼筋加工區及混凝土拌合站組成；其具體生產流程為：模具清理→模具噴涂→模具組裝→鋼筋、配件入模→布料振動→吊裝碼垛→蒸汽養護→拆?！撃！善反a垛打包→成品轉運，實現裝配式混凝土構件的預制、養護、轉運、拆模、循環在生產線上的作業(圖1)。

圖1 單條環形流水布置設計方案

2.2 落地式流轉+復合式流轉形生產線布置設計方案(方案二)

本方案采用兩條生產線布置設計，第一條是自動化工序流轉形生產線，采用落地節段式動力輥筒線和倍速鏈傳送線為主要結構，利用輥子轉動和鋼滾子差速鏈牽引驅動提供動力，達成輸送構件的流水化生產線，并且配合PLC控制器、伺服電機、流水線電控元器件、變頻器等組成的機電一體化控制系統，配備設置整體式養護室和轉運設備，外部輔助設備構成獨立的生產線機構；第二條是自動化預制構件工序流轉形生產線，采用復合式節輥筒動力線、鏈條機傳輸線和空中桁架行走結構為主要，利用輥筒、鋼滾子差速鏈牽引和軌道電機驅動提供動力，配備設置整體式養護室和轉運設備，滿足預制過程中流水化作業，并且配合PLC控制器、伺服電機、電控元器件、變頻器、減速機等組成的機電一體化控制系統，輔助外部運輸設備構成完整的生產線機構(圖2)。

圖2 兩條生產線布置設計方案

2.3 總結

對兩個技術方法進行綜合比選，主要是針對施工生產、安全、質量、工期、成本以及標準化施工五個方面所涉及到的12個因素進行比較，見表1。

表 1 裝配式構件廠生產線布置設計方案比選

由表1可知，方案一生產產品種類較少，機械自動化設備投入不多，生產節拍及配合協同作業較繁瑣，工廠化作業推行較為困難；投入作業人員和配合人員較多，施工標準化程度較低，安全高質量生產隱患較多，組織、成本控制較為繁雜，增加了施工成本的投入和安全質量的風險。方案二生產產品種類較多，有利于控制施工成本；機械自動化程度較高，施工作業標準化程度高，提高了施工質量和效率，實現了工廠化作業和管理；較少人員和輔助設備的投入，可以避免施工過程中安全、質量的隱患出現，降低了施工成本的投入，解決了組織管理的復雜難題。

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

3 產品質量檢驗

得到生產出來的產品過后，還需要進行非常重要的一個環節，那就是產品質量檢驗，通過產品質量檢驗可以得知產品的質量水平，為產品的應用提供可靠數據支撐，同時還可以通過檢驗中反映出來的問題，對產品的生產加工過程進行改進，從而提高產品質量?？梢砸罁幏禩B 10424-2018《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》進行產品質量檢驗。

3.1 過程控制和檢驗

為了保證產品質量，需要對以下內容進行控制：

(1)在進行原材料采購時，采購人員應該認真核對技術部門列出的材料清單，選擇具有營業資格且符合要求的供應商進貨。

(2)所有原材料進貨時都需要提供具有可信度的材質報告。

(3)所有外購件進貨時都需要提供質量合格證書和檢驗報告，經負責人驗收后方可辦理入庫手續，對于驗收不合格的產品，應當辦理退貨手續。

(4)在構件的生產制造過程中，生產人員應當嚴格按照規范進行操作，監管人員應當對生產制造進行嚴格的督查，杜絕不規范操作。

(5)對于制造設備也要進行嚴格的檢驗，檢驗合格才允許投入生產。

(6)生產過程中各工序嚴格按規定在表格中填寫檢驗數據。

(7)建設方在制造過程應隨時派人對生產進行考察、抽檢、檢查進度等。

(8)構件生產完畢后，建設方檢驗人員要對出廠的構件進行驗收，施工方向建設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方提供檢驗記錄，一式兩份。對建設方提出的整改項目，施工方應在規定時間內整改完成。驗收合格后方可交貨。

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3.2 檢驗方法及檢驗技術

3.2.1 常用的檢驗方法

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

3.2.2 常用的檢驗技術

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

超聲波檢驗技術：通過超聲波的物理性質檢驗構件的缺陷，利用超聲波在通過兩種介質的界面時反射波和折射波的特性來判定構件內部是否存在缺陷，運用這種方法可以直接探測出構件內部缺陷。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，利用脈沖波在均勻介質中沿直線傳播，遇到異質界面時會產生反射波的特性，通過分析反射波在介質中傳播的時間和比較反射波的強弱，來判斷介質中不連續的存在位置及大小的方法叫做脈沖反射法超聲波探傷。

超聲檢驗技術的優缺點如下：

(1)優點：設備簡單造價低，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、環境因素、人為因素、檢驗方法不盡完善等，所以必須要清楚產生誤差的原因，然后對數據進行處理，得到可信的檢驗結果。

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，按照誤差出現的規律可以將誤差劃分為系統誤差和偶然誤差。

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，單位與被測值一致。絕對誤差說明了系統示值偏離真值的大小，但不能確切反映測量的準確程度，不便于看出對整個測量結果的影響。

3.3.2 相對誤差

相對誤差是指絕對誤差與真值的比值，常用百分數表示，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 系統誤差

對同一物理量進行多次反復測量時，誤差總是按照一定的規律出現，這類誤差稱為系統誤差。系統誤差的大小表示測量值偏離真值的程度，有規律的系統誤差越小，那么測量結果的準確度越高。系統誤差通常是由于為數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，環境因素和測量人員不良讀數也會造成系統誤差。可以采取修正、特殊測量法(替代、差值、誤差補償、對稱觀察)來減少系統誤差。

3.3.4 偶然誤差

偶然誤差是指在同一測量條件下，多次重復測量同一量時，誤差的大小符號以不可預見的方式變化。偶然誤差的大小表示多次測量結果重復一致的程度，稱為精密度，當測量結果集中，重復性好時，則認為精密度高。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、構件摩擦損耗、大地微震等?？梢岳酶怕世碚摵徒y計學的方法，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果。

4 高速鐵路裝配式構件的質量檢驗

裝配式構件生產出來過后，需要進行隨機抽樣，然后對抽選出來的裝配式構件進行質量檢驗。可參考規范GB 50666-201《混凝土結構工程施工規范》對裝配式構件的質量進行檢驗，根據規范，需要對預制裝配式構件的外觀質量、尺寸偏差以及結構性能進行檢驗，必須符合設計要求及國家現行規范的規定。

(1)首先對預制裝配式構件的外觀進行檢驗，可以運用感官檢驗法，通過視覺觀察，判斷構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件的尺寸偏差進行檢驗，具體檢驗項目有構件截面尺寸、標高、構件軸線位置、表面平整度等，將測量數據與評定標準進行對比得出最終結果。

(3)預制裝配式構件的結構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行檢驗。

(4)還可以借助超聲波探傷儀等儀器對預制混凝土構件的內部進行檢驗。

預制構件不得存在影響結構性能或裝配、使用功能的外觀缺陷，如果檢驗出有質量問題，必須修補，檢驗合格后才能夠驗收。

5 結束語

在新時代的高速鐵路領域，裝配式構件的發展很快。為了適應發展，需要設計出合理的生產線，為裝配式構件的生產加工打下基礎，通過上述研究可以發現，將智能化設備應用到生產制造中能大幅度加快生產速度，提高產品質量，使裝配式構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。雖然智能化設備也存在一些弊端，但是瑕不掩瑜，只要有嚴格監管，就可以創造出一條高效的智能化生產線。

當然光是擁有高效的生產線是遠遠不夠的，生產出來的裝配式構件還需要進過嚴格的質量檢驗，只有通過了質量檢驗才可以放心將構件應用到施工中。目前在產品質量檢驗上依舊存在諸多問題，必須要引起相關人員的重視，必須要開展科學的產品質量檢驗工作，嚴格質量檢驗，才能夠確保產品質量達到規范要求。隨著時代的發展，在不久的將來一定會出現更加高效且正確度更高的檢驗手段。