大型沉箱預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)段自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

張小波，孫俊豐，劉明

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

沉箱養(yǎng)護(hù)是預(yù)制過程中的重要工序，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不到位、不徹底不僅影響沉箱表面強(qiáng)度，還會(huì)使其產(chǎn)生裂縫和孔隙，直接影響混凝土的表觀質(zhì)量和抗?jié)B性，嚴(yán)重制約著沉箱的耐久性[1]。目前，沉箱預(yù)制養(yǎng)護(hù)常采用傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方式，主要包括人工澆灌、噴涂養(yǎng)護(hù)劑等，其養(yǎng)護(hù)質(zhì)量直接取決于操作者的質(zhì)量意識(shí)和工作態(tài)度，很難達(dá)到有效養(yǎng)護(hù)的效果[2]。

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)作為一種新型養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可全方位、無死角、全天候、無間斷地有效養(yǎng)護(hù)，保障沉箱養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，提升沉箱預(yù)制效率。本文以欽州港9 號(hào)、10 號(hào)自動(dòng)化集裝箱泊位大型沉箱預(yù)制養(yǎng)護(hù)為例，提出一種結(jié)構(gòu)合理、安全環(huán)保、高效節(jié)能的預(yù)制沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有較高的工程實(shí)用意義，可在類似工程中推廣應(yīng)用。

1 工程概況

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號(hào)、10號(hào)自動(dòng)化集裝箱泊位工程為沉箱重力式結(jié)構(gòu)，位于欽州保稅港區(qū)內(nèi)的南端，岸線總長(zhǎng)783 m。沉箱預(yù)制33 座共4 種類型，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，最大沉箱尺寸23.92 m×15.8 m×21 m（長(zhǎng)×寬×高），倉格數(shù)量3×5，設(shè)計(jì)總重量3 600 t。泊位效果圖及沉箱效果圖見圖1、圖2。

圖1 欽州港9 號(hào)、10 號(hào)自動(dòng)化集裝箱泊位效果圖Fig.1 Design sketch of the No.9 and No.10 automated container berths of Qinzhou Port

圖2 欽州港9 號(hào)、10 號(hào)泊位A3 型沉箱效果圖Fig.2 Design sketch of A3 type caisson at No.9 and No.10 berths of Qinzhou Port

該工程具有以下特點(diǎn)：1） 北部灣預(yù)制場(chǎng)位于廣西欽州港大欖坪港區(qū)金鼓江東岸，該地區(qū)高溫多風(fēng)氣候常發(fā)；2） 沉箱預(yù)制工期緊張，存在夜間施工；3） 工程建設(shè)意義重大，社會(huì)關(guān)注度高，沉箱養(yǎng)護(hù)質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)文明施工要求高；4） 工程創(chuàng)國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程、平安百年品質(zhì)工程，安全質(zhì)量環(huán)保要求高。為確保沉箱養(yǎng)護(hù)質(zhì)量達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，基于前人[3-4]研究基礎(chǔ)開展沉箱、墩柱、箱梁等大型構(gòu)件的自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用。

2 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

大型沉箱構(gòu)件尺寸大、尤其高度高，所以養(yǎng)護(hù)難度較大。傳統(tǒng)人工灑水養(yǎng)護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且操作難度大，養(yǎng)護(hù)效果較差[5]。大型沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)避免出現(xiàn)傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)用水量大、勞動(dòng)力投入大、水管需求量大、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、漏養(yǎng)等養(yǎng)護(hù)“通病”現(xiàn)象，具有成本低、安裝方便、維修方便、節(jié)水等顯著優(yōu)點(diǎn)。通過沉箱表面溫濕度變化，實(shí)現(xiàn)沉箱的自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)，最大程度減少人為操作的干擾，確保沉箱混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；自動(dòng)噴淋技術(shù)可有效減少人為操作，降低人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)噴淋養(yǎng)護(hù)根據(jù)溫濕度控制，采用三合一自動(dòng)搖擺半霧化噴頭，降低噴淋用水量，能達(dá)到全天候、全濕養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)效果十分顯著，具有較高的實(shí)用意義和經(jīng)濟(jì)效益。

3 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)工作原理

3.1 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施4 部分構(gòu)成，其中控制系統(tǒng)包括開關(guān)、時(shí)間繼電器、電磁閥控制器、變頻穩(wěn)壓器、溫濕度傳感器及APP 控制平臺(tái)等；管道系統(tǒng)包括水泵、輸水管路、噴淋管路及閥門等；噴淋系統(tǒng)包括噴灑裝置及自動(dòng)搖擺霧化噴頭等；基礎(chǔ)設(shè)施包括水泵、儲(chǔ)水池、沉淀池、管溝、井架等。沉箱自動(dòng)噴淋設(shè)施布置見圖3。

圖3 沉箱自動(dòng)噴淋設(shè)施布置示意圖Fig.3 Layout diagram of caisson automatic spray facilities

3.2 自動(dòng)噴淋流程

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)是利用高揚(yáng)程水泵從儲(chǔ)水池內(nèi)抽水輸送至管道系統(tǒng)，通過溫濕度傳感器設(shè)定設(shè)計(jì)要求養(yǎng)護(hù)指標(biāo)，自動(dòng)（手動(dòng)）開啟電磁閥，使噴淋系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，通過自動(dòng)搖擺霧化噴頭噴淋沉箱表面，水流均勻且自然流淌，噴淋時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，通過時(shí)間繼電器或電磁閥控制器停止噴淋[2]。時(shí)間繼電器設(shè)置時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣候及溫濕度傳感器數(shù)據(jù)，噴淋系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供水停水自動(dòng)控制、降雨自動(dòng)關(guān)閉、無人化作業(yè)、遠(yuǎn)程APP 操作，在保證沉箱表面充分濕潤(rùn)、預(yù)制臺(tái)座無積水的情況下，最大程度節(jié)約用水，達(dá)到綠色文明施工的目的。沉箱自動(dòng)噴淋流程圖見圖4。

圖4 沉箱自動(dòng)噴淋流程圖Fig.4 Flow chart of caisson automatic spray

4 自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用

4.1 整體管路布置

沉箱自動(dòng)噴淋供水主管道規(guī)格為DN80，設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa；沉箱預(yù)制區(qū)域采用鍍鋅鋼管明裝在兩側(cè)擋土墻上，其余部分埋入地下管溝，每個(gè)沉箱臺(tái)座伸出規(guī)格為DN40 的支管，支管設(shè)置NYX 電磁閥，自動(dòng)（手動(dòng)）控制噴淋系統(tǒng)自動(dòng)搖擺霧化噴頭噴淋，每個(gè)支管設(shè)置4 個(gè)快接接頭，通過30 m“Z”形爬梯與噴淋操作平臺(tái)的噴淋管連接。沉箱自動(dòng)噴淋管線平面布置見圖5。

圖5 沉箱自動(dòng)噴淋管線平面布置圖Fig.5 Pipeline layout drawing of caisson automatic spray

4.2 后端供水設(shè)置

沉箱自動(dòng)噴淋后端供水配置見圖6。

圖6 沉箱自動(dòng)噴淋后端供水配置圖Fig.6 Configuration diagram of back-end water supply for caisson automatic spray

沉箱自動(dòng)噴淋后端供水管線設(shè)置1 條DN80管線，通過預(yù)制場(chǎng)拌合站水池水泵抽水進(jìn)行后端供水。為實(shí)現(xiàn)30 m 霧化噴淋養(yǎng)護(hù)效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，水泵選擇CDL40-140 型臥式潛水泵，其水泵設(shè)計(jì)流量40 m3/h、揚(yáng)程140 m，功率18 kW。主管設(shè)置1 套5 kW 變頻穩(wěn)壓系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制供水管道水流壓力，確保自動(dòng)噴淋霧化效果最佳。供水主管設(shè)置過濾裝置，防止霧化噴頭堵塞造成養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不佳；設(shè)置止回閥裝置，防止主管高壓水流倒向流入水泵沖擊水泵元件造成損壞，影響水泵使用壽命；設(shè)置DN80-PN1.6 高壓水表，實(shí)時(shí)監(jiān)控噴淋養(yǎng)護(hù)水用量及循環(huán)利用效果。

4.3 前端接口設(shè)置

沉箱自動(dòng)噴淋前端接口固定在預(yù)制區(qū)混凝土擋土墻上，預(yù)制臺(tái)座之間管溝設(shè)置1 條DN40 規(guī)格供水管線，并通過“Z”形爬梯向上供水，沉箱每段頂部預(yù)留4 個(gè)DN25 快速接頭連接噴淋管。DN40 支管前端設(shè)置電磁閥，前端控制噴淋系統(tǒng)供水。前端快接接頭通過抗高壓軟管與自動(dòng)噴淋操作平臺(tái)連接。沉箱自動(dòng)噴淋前端接口平面布置見圖7。

4.4 噴淋平臺(tái)設(shè)置

沉箱自動(dòng)噴淋設(shè)置4 個(gè)1.3 m×1.3 m 噴淋操作平臺(tái)，用于布置噴淋管、固定霧化噴頭及外模板支立操作。噴淋主管通過U 形卡固定在操作平臺(tái)外側(cè)，噴頭固定在操作平臺(tái)外側(cè)立柱頂端，固定高度1.2 m，布置間距2.0 m。操作平臺(tái)底端外側(cè)靠近沉箱表面處設(shè)置1 條80 cm×50 cm 止?jié){條，布置間距1.0 m，防止自動(dòng)噴淋倒流至操作平臺(tái)，造成操作平臺(tái)底部鋼板生銹，持續(xù)噴淋發(fā)生流銹現(xiàn)象，影響沉箱表觀質(zhì)量。沉箱自動(dòng)噴淋平臺(tái)布置見圖8。

4.5 噴淋控制系統(tǒng)設(shè)置

控制系統(tǒng)主要由時(shí)間繼電器、電磁閥、溫濕度傳感器及噴頭霧化調(diào)節(jié)裝置組成。通過設(shè)置時(shí)間繼電器的開關(guān)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)的定時(shí)噴淋。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)時(shí)氣候監(jiān)測(cè)及溫濕度傳感器，隨時(shí)調(diào)整時(shí)間繼電器設(shè)置時(shí)間，可通過計(jì)算機(jī)端及手機(jī)APP 遠(yuǎn)程控制，保證沉箱的養(yǎng)護(hù)效果，提升項(xiàng)目數(shù)字化管理。設(shè)置三合一自動(dòng)搖擺（6-12-18 孔）噴頭，可根據(jù)養(yǎng)護(hù)效果實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴頭霧化程度。

自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)主要通過時(shí)間繼電器和電磁閥實(shí)現(xiàn)供停水定時(shí)控制，供水時(shí)間和間隔時(shí)間是根據(jù)氣溫、天氣、相對(duì)濕度、風(fēng)力、養(yǎng)護(hù)高度等因素預(yù)先設(shè)定，噴淋狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)供水與停水的自動(dòng)化控制。

為確保滿足用電安全、綠色環(huán)保及文明施工的要求，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)時(shí)間繼電器設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)電閘箱，防止出現(xiàn)雨水、碰撞及誤操作等現(xiàn)象。設(shè)置雙電磁閥供水模式，防止因電磁閥過水面積較小導(dǎo)致管道供水量不足，影響沉箱噴淋養(yǎng)護(hù)效果。

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及應(yīng)用

5.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

2021 年1 月27 日自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)首次于2號(hào)臺(tái)座投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，其他5 個(gè)臺(tái)座沉箱預(yù)制自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)安裝調(diào)試后于2 月17 日投入使用。噴淋系統(tǒng)從供水到噴淋結(jié)束，基本實(shí)現(xiàn)了全過程自動(dòng)控制，噴頭霧化均勻，養(yǎng)護(hù)效果極佳。

沉箱表面設(shè)置專用溫濕度傳感器，根據(jù)溫濕度及相關(guān)規(guī)范要求[6-7]，結(jié)合智慧工地視頻監(jiān)控系統(tǒng)，噴淋養(yǎng)護(hù)通過手機(jī)APP 及計(jì)算機(jī)端遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)沉箱預(yù)制全過程養(yǎng)護(hù)質(zhì)量監(jiān)控。

通過時(shí)間繼電器設(shè)置自動(dòng)噴淋開始、結(jié)束及噴淋周期，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)及溫濕度傳感器設(shè)置噴淋周期，根據(jù)沉箱高度設(shè)置噴淋持續(xù)時(shí)間，確保夜間沉箱養(yǎng)護(hù)不間斷，保護(hù)沉箱混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

北部灣預(yù)制場(chǎng)沉箱尺寸23.92 m×14.8 m×21.0 m（長(zhǎng)×寬×高），構(gòu)件尺寸大，尤其高度高，采用分段預(yù)制工藝，上下段之間施工間隔時(shí)間較短。沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)通過沉箱表面溫濕度變化，實(shí)現(xiàn)沉箱的自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)，解決了傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)難度大、養(yǎng)護(hù)不連續(xù)、養(yǎng)護(hù)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大、養(yǎng)護(hù)效果不佳等問題，達(dá)到了降本增效、提質(zhì)爭(zhēng)優(yōu)、實(shí)行數(shù)字化應(yīng)用的良好效果。此外，霧化噴頭及沉淀池的設(shè)置有效節(jié)約了淡水資源，貫徹了安全環(huán)保、綠色文明的施工理念。

施工現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)人工養(yǎng)護(hù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)在工期、成本、質(zhì)量、安全、環(huán)保及效益等方面均體現(xiàn)了數(shù)字化施工的優(yōu)越性。沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)對(duì)比項(xiàng)及指標(biāo)見表1。

6 結(jié)語

沉箱自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)在北部灣預(yù)制場(chǎng)的應(yīng)用表明，自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)不徹底、不及時(shí)、不連續(xù)等問題，提升了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和施工效率，降低了資源投入和安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能和文明施工的理念，體現(xiàn)了施工標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了工程實(shí)用價(jià)值和社會(huì)應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)了水運(yùn)工程行業(yè)數(shù)字化施工技術(shù)應(yīng)用水平的提升。