路基附属工程机械化高效施工工法.docx
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1、路基附属工程机械化高效施工工法1.前言近年来,中国铁路工程总公司全力推行“机械化、工厂化、专业化、信息化”管理模式下,采 用新设备、新工艺已然成为工程建设项目标准化管理的一大发展方向。目前,在铁路附属施工中, 存在小型预制件预制损耗大,拱形骨架护坡基槽传统人工开挖效率低、成本高,开挖质量难控制; 骨架核心土采用传统人工铁锹拍打夯实,实体质量控制难度大;传统挂线检测空心六棱砖安装工效 低、线形精度差;路基排水沟采用支模法施工工艺,排水沟采用挖掘机开挖沟槽、人工修整沟槽的 方法,超挖、欠挖现象严重;同时混凝土分两次浇筑,先浇筑底板再浇筑侧墙,整体性较差,而且振捣时容易漏振形成蜂窝麻面或烂根,造成二
2、次返工等一系列问题。中铁三局集团有限公司自2013年开始依托广大铁路扩能改造工程路基附属工程施工进行路基附 属工程机械化高效施工技术的研究与应用,通过在实践中细致而详细地分析、论证,成功解决了公 路、铁路附属工程关键工序中的技术难题,对全线混凝土施工进行系统控制,利用回收混凝土进行 小型构件预制,实现了废料的零排放;开发应用了梯形排水沟一次性成型施工设备,形成了路基排 水沟机械化施工工艺,实现布料、摊铺、振捣、整平等多道工序一次性完成,工效指标高;研制了 拱形骨架基槽开挖旋转钻头、空心六棱砖精确安装设备、边坡自动喷淋养护系统等内嵌空心砖拱形 骨架施工所需关键工装及设备,形成了复合边坡机械化施工
3、工艺,提升整体工效;小型预制块采用 自动喷淋养护系统进行养护,实现预制件的全天候、全湿润、无遗漏养生标准,养护用水可通过沉 淀池过滤后循环使用,极大的降低了水资源的浪费。各项指标符合设计要求,对今后同类型工程具有切实的指导意义。目前,本工法已成功应用于广大铁路扩能改造工程施工建设,其核心技术的市场竞争力强,专 项技术在郑徐客专、青连铁路、右玉高速公路等多个项目进行应用,关键技术通过中国公路建设行 业协会组织鉴定,达到“国际先进”水平,以本技术为核心的科技成果获得2018年度中国公路建设 行业协会科技创新成果二等奖及全国滑模、爬模科技创新成果一等奖,并授权国家实用新型专利2项。该方法具有施工速度
4、快、操作简单、施工安全等优点,为进一步推广应用,特总结形成工法。2.工法特点2.1 对全线混凝土施工进行系统控制,利用回收混凝土进行小型构件预制,实现了废料的零排 放; 小型预制块采用自动喷淋养护系统进行养护,实现预制件的全天候、全湿润、无遗漏养生标准,养生效果极为显著,同时养护用水可通过沉淀池过滤后循环使用,极大的降低了水资源的浪费。2.2 研制了拱形骨架基槽开挖旋转钻头、空心六棱砖精确安装设备、 自动喷淋养护系统等内嵌空心砖拱形骨架护坡施工所需关键工装及设备,形成了复合边坡机械化施工工艺,提升整体工效。2.3 对梯形水沟开挖方法进行优化,采用异型挖斗取代传统矩形挖斗,并在异型挖斗上增设横梁
5、及限位杆,确保开挖一次性成型,施工效率高。2.4 采用梯形排水沟一次性成型施工设备取代了传统支模法施工,实现布料、摊铺、振捣、整 平等多道工序一次性完成,节省了人力,提高了摊铺的质量及效率,速度是传统支模法工艺的6倍,比传统工艺每延米节约成本约30元。2.5 研制了一种用于安装声屏障吸声板的吊具,实现了声屏障快速吊装,提高声屏障安装效率及精确度。3.适用范围适用于适用于公路、铁路等路基附属工程施工。4.工艺原理4.1 研发了“混凝土富余量控制及节余回收再利用绿色循环系统 ”,对全线混凝土施工进行系统控制(见图4.1-1),利用回收混凝土进行小型构件预制和施工用水循环使用(见图4.1-2),实现
6、了废料的零排放;图 4.1-1 砂石分离机进行分离图 4.1-2 浆水回收系统4.2 小型预制块采用自动喷淋养护系统进行养护(见图2.2-1),实现预制件的全天候、全湿润、无遗漏养生标准, 同时养护用水可通过沉淀池过滤后循环使用(见图2.2-2),极大的降低了水资源的浪费。图 4.2-1 智能喷淋养护喷淋作业图 4.2-2 循环水沉淀池4.3 自主设计应用了空心六棱砖脱模工具,将空心六棱砖预制损耗率控制在了3以内,减少了大量废弃混凝土块的产生,节能环保效益显著。4.4 研制了拱形骨架基槽开挖旋转钻头(见图4.4-1,图4.4-2)、空心六棱砖精确安装设备(见图4.4-3)、自动喷淋养护系统等内
7、嵌空心砖拱形骨架护坡施工所需关键工装及设备,形成了复合边坡机械化施工工艺,提升整体工效及质量。图4.4-1 骨架基槽开槽机作业图4.4-2 拱形骨架开槽成型效果图图4.4-3 六棱块铺设定位检查装置4.5 对梯形水沟开挖方法进行优化,采用异型挖斗取代传统矩形挖斗,并在异型挖斗上增设横梁及限位杆(见图4.5),确保开挖一次性成型,施工效率高。4.6 采用梯形排水沟一次性成型施工设备取代了传统支模法施工(见图4.6-1),实现布料、摊铺、振捣、整平等多道工序一次性完成(见图4.6-2),节省了人力,提高了摊铺的质量及效率。图4.5 带有限位杆的异型挖斗 图4.6-1 梯形排水沟一次性成型施工设备
8、图4.6-2 一次性浇筑完成4.7 研制了一种用于安装声屏障吸声板的吊具(见图4.7-1) ,实现了声屏障快速吊装(见图4.7-2),提高声屏障安装效率及精确度。图4.7-1用于安装声屏障吸声板的吊具图4.7-2 声屏障快速吊装5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.1.1 剩余混凝土回收再利用循环流程见图 5.1.1。图 5.1.1 剩余混凝土回收再利用循环流程图砼材料准备砼拌合砼运输旋转钻头加工制作液压平板夯、电锤夯加工制作铺设安装就位标尺加工制作空心六棱砖预制自动喷淋绿化养护系统安装5.1.2 复合边坡防护机械化施工工艺流程见图 5.1.2。施工准备测量放样边坡修整护脚墙施工现
9、浇拱形骨架基槽开挖安装模板浇筑底层混凝土拆除模板,安装挡土坎浇筑顶层混凝土及砼养护开挖预留土夯实空心六棱砖铺砌、伸缩缝设置边坡培土草籽种植图 5.1.2 复合边坡防护机械化施工工艺流程图带有限位杆的异型挖斗设计异型挖斗加工制作及安装设备调试设备走行混凝土拌合、运输检查预埋螺栓检查薄螺母安装调平安装连系梁钢筋安装连系梁侧模板5.1.3 路基排水沟机械化高效施工工艺流程见图 5.1.3。平整场地、测量放线沟槽开挖梯形排水沟一次性成型 施工设备安装就位混凝土浇筑混凝土抹面伸缩缝设置混凝土养生图 5.1.3 路基排水沟机械化高效施工工艺流程5.1.4 基于快速精确定位的铁路声屏障施工工艺流程见图 5.
10、1.4。桩位测量放样桩基成孔制作、安装钢筋笼安装孔口模板浇筑桩体混凝土安装 H 型钢立柱浇筑连系梁混凝土连系梁拆模及养护材料准备搭设操作平台安装橡胶垫安装吸声板图 5.1.4 基于快速精确定位的铁路声屏障施工工艺流程图5.2 关键工序施工工艺及操作要点5.2.1 路基附属工程小型预制件混凝土来源1 施工前期,小型构件预制厂直接和大型搅拌站建在一起,不用专门建立用于预制构件的小型拌和站,小型构件预制所需混凝土直接由大型搅拌站供给或使用现场施工剩余合格混凝土进行浇筑,节省了用地和成本。2 剩余混凝土处理分两部分:1)坍落度符合设计要求的剩余混凝土,根据现场需求进行小型构 件的加工;2)不合格的剩余
11、混凝土,加水滚洗后,将废料浆水直接倒入砂石分离机中进行砂石分 离。分离出的砂、石可以直接用装载机运回搅拌站砂、石料场直接用于混凝土的生产。水泥浆进入浆水回收设备进行处理后,再次进行使用。3 搅拌车、泵车以及其它施工车辆在使用完毕后,清洗产生的废水,直接进入浆水回收设备进 行处理,通过三级沉淀后再由水泵抽回,循环使用,在回收浆水池中增加供水管道作为搅拌站的第二套供水管道,并与搅拌站控制程序相连接,处理合格的浆水可以作为生产混凝土搅拌用水使用。5.2.2 路基附属工程小型预制件标准化绿色施工1 小型预制件模板选择模板采用ABS模具,实现小型混凝土构件预制的集中加工实行流水线作业,保证了预制件内美外
12、实,外露面平整、光洁,棱角顺直分明,色泽均匀一致。2 混凝土配合比设计1)在混凝土中添加10mm长聚丙烯纤维,掺量为2kg/m。,有效降低混凝土脆性,提高混凝土的抗 冲击性能,减少混凝土在浇筑后早期硬化阶段,因水分散失而引起的塑性收缩和微小裂纹,具体配合比见图5.2.2。混凝土理论配合比表5.2.2项目水泥 (P.O4 2.5)粉煤灰减水剂碎石(mm)砂引气剂水聚丙烯纤维5101020kg/m32791193.923497497000.398159每方混凝土掺入 2kg配合比10.430.0141.252.6842.5090.00140.5692)项目部拌和站严格按照审批通过优化后的纤维混凝土
13、进行混凝土拌和,严格控制拌和时间,确保纤维在混凝土中充分打开。3 混凝土入模采用“移动式轨道砼料仓 ”进行小型混凝土预制件混凝土布料及浇筑,该料仓移动到模具上方布料。4 混凝土振捣采用自行设计的可调式振动平台,实现自动调整振捣时间,确保预制件质量,降低了劳动强度。5 小型预制件养生1)小型预制件脱模后移至养护区分类堆码洒水养护,养护区长20m、宽12m、高3m。养护用自动喷淋养护设施,养护以保持混凝土面湿润为宜,养护期为14天。2)智能喷淋系统由湿度和温度传感器、PLC(可编程控制器) 电路控制、喷洒、供水四大部分组成,整个喷洒养护过程中的每个环节全部由一台PLC进行控制,从而实现温度控制、湿
14、度控制、定时控制、 曲线控制、分段控制等参数。3)现场设置循环水沉淀池、一台自吸泵吸上地下水注入循环水沉淀池,沉淀池上设置浮球到 达一定水位停止供水。另一台自吸泵从沉淀池内吸水注入压力罐,压力罐到达一定压力停止注水。 管道按照现场实际情况配合四组电子控制阀门,每个阀门控制4个自旋转喷头,分为四个喷淋区域。 在四个喷淋区域边角设置四组温湿度传感器,温度传感器由PLC控制器控制,按照现场预设的湿度, 控制器启动或停止对电子控制阀门的供电。使现场空气达到设置湿度,实现湿度的智能化控制从而达到全天候、全湿润、无遗漏养生标准(现场施工见图5.2.2-1、图5.2.2-2)。图 5.2.2-1 智能喷淋系
15、统控制器图 5.2.2-2 温控数据显示屏4)采用自动控制喷淋后可自动记录最长2000天的历史温度、湿度,并自动形成棒图、 曲线图、excel表,通过U盘导出的形式为以后资料提供原始数据。5.2.3 复合边坡防护机械化施工1 现浇拱形骨架基槽开挖待护脚墙混凝土强度达到设计要求后,开始对空心块现浇拱形框架基槽开挖,施工前在挖机上安装旋转钻头,采用开挖机对拱形骨架进行机械开槽。2 开挖预留土夯实采用液压平板夯对拱形骨架内开挖预留土进行夯击(见图5.2.2-3), 电锤夯配合对圆弧边角位置夯击,避免安置完成后局部出现不均匀沉陷。3 空心六棱砖铺设1)按设计图纸要求进行空心块的安置,每个空心块要紧密平
16、整的安置在拱形骨架内,安置时 自下而上进行,逐层铺设,空心块与空心块应纵横交错,连成一体,块体间咬扣紧密,错缝无通缝,不得叠砌和浮塞,空心块表面应保持平整、美观。2)采用自制六棱砖安装就位标尺对空心砖安装过程中实时检测、定位,使用时将两端固定于骨架挡水沿,将六棱砖安放至固定模具凹槽中(见图5.2.2-4)。图 5.2.2-3 采用液压平板夯进行夯击4 自动喷淋绿化养护系统安装图 5.2.2-4 六棱块铺设定位检查装置1)通过设置时间继电器,将自动喷淋系统改装成适用于灌溉的绿化养护系统,并在施工现场进行安装。2)采用360 雾化喷头进行自动喷淋绿化养护,每个喷头能覆盖周围半径6米范围,有效控制了
17、边坡骨架内土体流失及植被损坏。5.2.4 路基排水沟机械化施工1 沟槽一次性开挖1)排水沟采用挖掘机开挖,挖掘机铲斗根据水沟的设计开挖尺寸采用特制专用异形铲斗,达到一次性开挖成型的效果。2)在异形铲斗上增设深度限位杆,将深度误差控制在3以内,保证基坑的尺寸以及沟边平顺整齐。2 滑模机就位调试1)根据滑模机两侧滑轮宽度在沟槽两侧安放槽钢作为滑模机的行走轨道,槽钢采用钢筋头固定。2)将滑模机放入开挖好的土模内,施工前应对滑模机进行全面的性能检查,检查油料、液压装置各配件完好, 中控箱线路完好。3)启动发电机,通过中控箱启动液压系统,首先采用手动运行,确定推进器工作正常后切换成自动运行档位,暂停液压
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- 路基 附属 工程 机械化 高效 施工