建筑工程重力補償式靜壓注漿技術(shù)研究

林永默

廣州市盾建建設(shè)有限公司 廣東 廣州 511442

1 引言

1.1 項目研究背景

改革開放以來，我國土建工程的建設(shè)速度不斷加快，其數(shù)量、范圍、規(guī)模也不斷加大。我國對注漿技術(shù)的研究起步較晚，就目前的情況來看，注漿技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于房屋建筑、地鐵、大壩、隧道等領(lǐng)域，隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用，注漿技術(shù)有了較快發(fā)展，一些基本的工藝已經(jīng)成熟、基本的理論也已形成。但其傳統(tǒng)工藝存在著較多不足，人工操作使其漿液性能和注漿過程的多樣性對注漿質(zhì)量有較大的影響，同時傳統(tǒng)的注漿施工過程中往往會出現(xiàn)揚塵、漿液飛濺等環(huán)境污染，且施工效率低，作業(yè)人員勞動強度大。因此，優(yōu)化注漿施工工藝，以保證注漿質(zhì)量、提升注漿效率和改善文明施工效果，進一步促進注漿技術(shù)在工程上的應(yīng)用顯得尤為重要。

1.2 國內(nèi)外同類技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，傳統(tǒng)的注漿的施工一般比較簡單，由工人分別按設(shè)計配合比將袋裝水泥或水泥、水玻璃兩種原材料放進漿液調(diào)配圓桶中進行漿液調(diào)配，再通過攪拌池進一步攪拌，由注漿泵經(jīng)注漿管道輸送至袖閥管進行注漿。相對于其他的施工方法，它的工程實施規(guī)模小、設(shè)備簡單。但正因傳統(tǒng)的注漿工藝設(shè)備簡單，則顯現(xiàn)出較多問題。傳統(tǒng)注漿工藝的各個環(huán)節(jié)受人為因素影響較大，效率不均衡，漿液配合比存在一定程度上的誤差，導致漿液性能存在差異[1]；且由于注漿工程規(guī)模一般比較小，往往采用袋裝水泥，下料過程造成的水泥揚塵和殘留均較為嚴重，對于注漿規(guī)模較大的注漿工程，則顯得尤為嚴重。

1.3 項目的意義

本項目“自動化控制綠色注漿系統(tǒng)”，為單液漿、雙液漿注漿系統(tǒng)，主要用于溶土洞處理、地基加固等注漿施工。旨在通過對注漿施工工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，提升漿液性能，優(yōu)化下料控制，并嘗試將注漿施工形成系統(tǒng)，實現(xiàn)注漿施工自動化，使整個系統(tǒng)集成度高、操作簡易，可實現(xiàn)原材料自動定量輸送，排除人員操作偏差，施工效率倍增，保證漿液配比，具有良好的密封性，改善施工現(xiàn)場文明施工狀況，實現(xiàn)綠色施工，從而降低工程成本，提高企業(yè)效益。

2 技術(shù)方案論證與設(shè)計

2.1 技術(shù)方案的總體思路

傳統(tǒng)注漿工藝的各個環(huán)節(jié)受人為因素影響較大，效率不均衡，漿液配合比存在一定程度上的誤差，導致漿液性能存在差異，漿液調(diào)配雖分量進行，致使?jié){液不能連續(xù)供給；且一般采用袋裝水泥，下料過程造成的水泥揚塵和殘留均較為嚴重。

對傳統(tǒng)注漿工藝進行分析，其主要的問題癥結(jié)在于人為因素和下料造成的漿液性質(zhì)不均及環(huán)境污染。因此，本項目“自動化控制綠色注漿系統(tǒng)”針對傳統(tǒng)注漿工藝的問題癥結(jié)進行創(chuàng)新優(yōu)化。注漿系統(tǒng)整體劃分為三個組件，分別為原材料存儲組件、攪拌組件和注漿集成組件。擬采用稱重螺旋輸送機作為其核心設(shè)備，利用稱重螺旋輸送機將原材料存儲組件和攪拌組件橋接起來，實現(xiàn)下料定量、自動、密閉，從而控制漿液性能，降低人為誤差，消除水泥殘留及揚塵污染，并設(shè)置多級攪拌，保證漿液攪拌均勻[2]。

2.2 技術(shù)方案論證

2.2.1 稱重螺旋輸送機運用

稱重螺旋輸送機主要由穩(wěn)流給料螺旋、稱重橋架、減速電機、稱重傳感器、測速傳感器、稱重控制儀表和電控系統(tǒng)等組成，其工作原理為用于對散狀物料的定量給料，給料過程為螺旋旋轉(zhuǎn)連續(xù)給料，將給料倉的物料輸送并通過稱重橋架進行重量檢測；同時裝于端部的測速傳感螺旋體進行速度檢測；被檢測的重量信號及速度信號一同送入稱重控制器進行微積分處理并顯示瞬時流量及累計量。

稱重螺旋輸送機具有獨特的穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，在整個進料口截面上料均勻下沉；通過螺旋體使物料穩(wěn)定，不會卡料，重量信號真實，計量精度更高；密封結(jié)構(gòu)，減少粉塵外揚，進料口為軟連接，可根據(jù)現(xiàn)場要求任意調(diào)整水平安裝角度；手動設(shè)置各種參數(shù)，運行操作可手動/自動切換。

圖1 稱重螺旋輸送機圖

鑒于稱重螺旋輸送機工作原理和特性，只需將其運用在注漿系統(tǒng)中，便能解決下料自動化、定量化，同時其密閉性能解決水泥顆粒揚塵污染問題。

為選擇合適的稱重螺旋輸送機，跟據(jù)現(xiàn)場工藝布置及供料參數(shù)做試驗，得出結(jié)果如下：

表1 稱重螺旋輸送機參數(shù)表

跟據(jù)稱重螺旋輸送機參數(shù)表，最終采用螺旋管直徑為300mm的稱重螺旋輸送機運用到系統(tǒng)當中。

2.2.2 攪拌試驗

本系統(tǒng)由于下料采用自動化、定量化的方式，故需要對原材料進行充分的攪拌，方可使?jié){液達到均勻，滿足設(shè)計要求的性能。因此，項目部技術(shù)攻關(guān)小組進行了兩組攪拌試驗，試驗方案及結(jié)果如下：

試驗一：采用人工攪拌并設(shè)置1～3級攪拌序號 試驗方案 攪拌時間 試驗結(jié)果1一級人工攪拌 100s 較均勻2二級人工攪拌 150s 均勻3三級人工攪拌 200s 均勻試驗二：采用機械攪拌并設(shè)置1～3級攪拌序號 試驗方案 攪拌時間 試驗結(jié)果1一級機械攪拌 50s 較均勻2二級機械攪拌 85s 均勻3三級機械攪拌 120s 均勻

通過試驗結(jié)果分析，采取人工二級攪拌可以使?jié){液攪拌均勻，且避免了機械故障的影響，但人工攪拌耗時較長，且作業(yè)人員勞動強度大，人員需求量大。而機械攪拌則需要采用二級攪拌，方可使?jié){液攪拌均勻，因其自動化程度高，對操作者的要求不高，容易為操作者掌握，攪拌時間短，在保證漿液攪拌良好及漿液供給的連續(xù)性方面有顯著優(yōu)勢。故在本項目技術(shù)采用二級機械攪拌。

2.3 技術(shù)方案設(shè)計

2.3.1 技術(shù)方案原理

圖2 技術(shù)方案流程圖

2.3.2 技術(shù)方案說明

（1）自動化控制綠色注漿系統(tǒng)設(shè)計方案

圖3 技術(shù)方案設(shè)計圖

該注漿系統(tǒng)主要包括材料儲存組件、一級攪拌池、二級攪拌池、注漿集成組件、稱重螺旋輸送機五個重要部分。每個部分作用清晰，系統(tǒng)的總控制主要設(shè)置在注漿集成組件。

該注漿系統(tǒng)集成度高，操作簡易，自動化程度高，單液漿、雙液漿的配比均是有系統(tǒng)預先設(shè)定的，配料的加入量、加入時間均預先設(shè)定，排除了因為人員的操作水平不一致導致漿液配比存在偏差，保證了漿液的質(zhì)量和漿液供給的連續(xù)性。

（2）原材料存儲組件

本項目“自動化控制綠色注漿系統(tǒng)”，為水泥漿及雙液漿（水泥和水玻璃混合漿液）注漿系統(tǒng)，其原材料主要是水泥和水玻璃。水玻璃按一般方法采取灌裝；而水泥則采用散裝水泥罐存儲，主要目的為了接合稱重螺旋輸送機，實現(xiàn)定量、自動下料。同時，使用散裝水泥可節(jié)約包裝資源，減少水泥損耗，存儲的水泥質(zhì)量有保證，減少倉儲場地，大大改善勞動條件，減少環(huán)境污染。

（3）攪拌組件

通過攪拌試驗，確定采用二級攪拌使?jié){液性質(zhì)達到均勻狀態(tài)，為使整個攪拌組件合理運作，利用漿液的重力作用，將二級攪拌設(shè)備按梯度布置，減少能源投入。同時，在攪拌池安置攪拌設(shè)備，實現(xiàn)自動化攪拌施工，從過程中排除人員操作偏差，降低勞動強度和減少勞動力的投入。整個攪拌組件均為自動化運作，確保漿液供給連續(xù)。

（4）注漿組件

集中設(shè)置注漿泵，實現(xiàn)統(tǒng)一控制注漿。將所有注漿機械及其配套設(shè)備存放于控制室，以便于保護和統(tǒng)一管理。

（5）系統(tǒng)組裝連接

各個組件之間主要采用管線連接。其中水泥原材料與一級攪拌池采用稱重螺旋輸送機橋接，運用螺旋輸送機的特性實現(xiàn)水泥自動、定量下料，且因其密閉性好，消除了使用袋裝水泥產(chǎn)生的揚塵污染。而一級攪拌池與二級攪拌池之間采用直徑300mm的鋼管連接，避免水泥漿未攪拌均勻?qū)е鹿芫W(wǎng)阻塞。二級攪拌池與注漿集成組件之間采用柔軟的塑料管，有利于管網(wǎng)連接和移動。

3 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點

自動化控制綠色注漿系統(tǒng)，是集成度高、操作簡易、自動化程度高的單液漿、雙液漿注漿系統(tǒng)，除注漿總控制需人工操作，其余工序均按設(shè)定自動進行，降低勞動強度和排除了人為操作的偏差，從材料成本、人力成本上實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟效益，提高了注漿施工效率，實現(xiàn)了綠色施工，改變了以往注漿工藝文明施工差的狀況，是一項具有創(chuàng)造性和實效性的新技術(shù)[3]。

3.1 自動化程度高

傳統(tǒng)注漿工藝各個工序均由人員操作，人員勞動強度大，投入人力資源大，而且從配置漿液到漿液拌制工序，受人為因素影響過大，容易導致漿液性能達不到設(shè)計要求，漿液性能和注漿過程的多樣性是傳統(tǒng)注漿工藝影響注漿質(zhì)量的最大因素，而本項目“自動化控制綠色注漿系統(tǒng)”則通過加設(shè)稱重螺旋輸送機和利用重力勢能，施工過程除了注漿設(shè)備的開關(guān)及異常情況處理需人工操作外，實現(xiàn)整個注漿過程按設(shè)定自動化運作，排除了人為因素的影響，保證了注漿質(zhì)量，同時節(jié)約了人力成本。

3.2 系統(tǒng)集成度高

自動化控制綠色注漿系統(tǒng)主要包括材料儲存組件、攪拌組件、注漿集成組件三個部分。每個部分作用清晰，系統(tǒng)的總控制主要設(shè)置在注漿集成組件，若注漿過程中系統(tǒng)出現(xiàn)了錯誤，由于組件劃分清晰，易于查找問題及修復。通過將注漿工藝以組件劃分，將注漿工藝系統(tǒng)化，把漿液性能、注漿工藝和注漿的形式始終如一的確定下來，為注漿技術(shù)的理論分析、試驗提供了一定的幫助，同時為系統(tǒng)自動化運作奠定了基礎(chǔ)。

3.3 施工效率高

傳統(tǒng)注漿工藝施工過程中，從原材料搬運到漿液制作這一流程中，花費的時間是最長的，若要保證漿液的質(zhì)量，則每次只能配置1立方米的漿液。由于自動化控制綠色注漿系統(tǒng)自動化程度高、系統(tǒng)集成度高，整個注漿施工過程為流水作業(yè)，從使用散裝水泥節(jié)省了袋裝水泥搬運、拆袋等等程序，按設(shè)定的配備定量下料，采用二級攪拌，實現(xiàn)了漿液的高質(zhì)量和高效率制作過程，注漿過程中原材料和漿液的供應(yīng)大于注漿量，注漿施工效率得到了成倍以上的提升，大大的縮短了施工工期。

3.4 貫徹綠色施工理念，提高文明施工質(zhì)量

自動化控制綠色注漿系統(tǒng)，是對傳統(tǒng)注漿施工工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，提升漿液性能，優(yōu)化下料控制，實現(xiàn)注漿施工自動化，整個系統(tǒng)集成度高、操作簡易，改善施工現(xiàn)場文明施工狀況，實現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保。

原材料采用了散裝水泥，節(jié)約袋裝水泥包裝消耗的大量資源、能源以及可觀的包裝費用，減少倉儲場地，散裝水泥裝于容器內(nèi)，外界氣溫及溫度對它影響很小，故能長期儲存而不影響質(zhì)量；下料過程運用了稱重螺旋輸送機，實現(xiàn)了自動、定量下料，且空間密閉，消除了水泥的揚塵污染，排除了水泥紙袋破損流失和紙袋內(nèi)的殘留，達到了環(huán)境保護作用；系統(tǒng)自動化程度高，漿液不會四處流淌，施工現(xiàn)場整潔，整個系統(tǒng)清晰、部位明確，提高了現(xiàn)場文明施工質(zhì)量。