变态混凝土注浆振捣台车的研制与应用.pdf

水 力 发 电 第4 O 卷第2 期 2 0 1 4 年 2 月 变 态 混 凝 土 湮 浆 扳 筠 合 车 的 研 蒂 = 与 应 用 吴 旭 夭 7 ( 中国水利水 电第七工程局有限公司 ，四川成都6 1 0 0 8 1 ) 摘要 ：为了更好地发挥变 态混凝 土的优 越性 ，根据碾 压混凝土坝变态混凝土的施 工特点 ，研究制作 了集注浆振捣 于一体的 自行式 注浆振 捣台车。台车可准确定 量 、均匀注浆 ，适应性强 、操作简便 、施工效率高 ，实现 了变态混凝 土注浆振捣 的机械化作业 ，有效提高了变态混凝 土的质量 。台车采用 P L C控制系统进行人机交互操控 ，系统可 自动 记录施工过程 ，强化了质量管理。该 研究成果填补 了变态混凝土注浆振捣机械化施工的空 白，台车 已在工程 中成功 应用 ，实现了高效 、优质 、快速施工。 关键词 ：碾压混凝土坝 ；变态混凝 土 ；注浆振捣 台车 ；机械化快速施工 De v e l o p m e n t a n d Ap p l i c a t i o n o f Ab n o r m a l Co n c r e t e Fi l l i n g a n d Vi b r a t i n g Tr o l l e y W U Xu ( S i n o h y d r o B u r e a u 7 C o ， L t d ， Ch e n g d u 6 1 0 0 8 1 ， S i c h u a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o p l a y t h e s u p e r i o r i t y o f a b n o r ma l c o n c r e t e i n t h e c o n s t r u c t i o n o f RC C d a ms ， t h e s e l f - p r o p e l l e d t r o l l e y c o mb i n i n g t h e f u n c t i o n s o f c o n c r e t e fi l l i n g a n d v i b r a t i n g t o g e t h e r i s d e v e l o p e d T h e t r o l l e y c a n a c c u r a t e l y a n d q u a n t i fi e d fil l a b n o r ma l c o n c r e t e a n d i s e a s y a n d e ffic i e n t t o o p e r a t e ， wh i c h a c h i e v e s a me c h a n i z e d a b n o rm a l c o n c r e t e p l a c e a n d e f f e c t i v e i mp r o v e me n t o f c o n c r e t e q u a l i t y T h e t r o l l e y u s e s P L C c o n t r o l s y s t e m t o a c h i e v e h u ma n- c o mp u t e r i n t e r a c t i o n w h i c h c a n a u t o ma t i c a l l y r e c o r d c o n s t ruc t i o n p r o c e s s T h i s t r o l l e y i s t h e f i r s t ma c h i n e f o r t h e me c h a n i z e d c o n s t r u c t i o n o f a b n o r ma l c o n c r e t e a n d h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d i n a c t u a l c o n s t r u c t i o n wi t h h i g h- -e ff i c i e n t ,h i g h- q u a l i t y a n d r a p i d a b n o rm a l c o n c r e t e c o n s t ru c t i o n Ke y Wo r d s ： r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e d a m； a b n o r ma l c o n c r e t e ； fi l l i n g a n d v i b r a t i n g t r o l l e y ； r a p i d me c h a n i z e d c o n s t ruc t i o n 中图分类号 ： T U 6 4 5 ；T V 4 3 l 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 7 2 0 4 变态 混凝 土 于 1 9 8 6年在 中国首创 并 运用 ，它解 决 J ， 异 种 混 凝 土之 间结 合 不 良和 常态 混 凝 土对 碾 压 混 凝 土施 T干扰 等 问题 ，改 进 了快 速 筑 坝 的施 工 丁 艺 。经过 2 0多年 的不 断发 展 ，变态混 凝 土浆 液从 不 经 计 量 、随 意 加 浆 的萌 发 阶 段 发 展 到 需 精 确 计 量 、 均 匀 注浆 的 成熟 阶段 。我 国有 些 高校 、科研 院所 对 变 态 混 凝 土 施 工 T 艺 、 施 T 机 械 进 行 了 相 关 研 究 。 但 均 未达 到 应 用水 平 变 态混 凝 土施 丁 仍 处 于人 工 作 业 状 态 ，迄 今 尚未 形 成较 为 成 熟 的智 能 机 械化 施 工 模 式 。 主要 存 在 问题 有 ： 人 工 加浆 ，加 浆量 和 加 浆 范 围不 可 控 ，施 丁 随 意性 较 大 ，加 浆 量 普遍 偏 高 ，既 增加 了施 工成 本 ，又不 利 于 混凝 土 表 面 温控 防 裂 ； 加浆 工 艺粗 糙 ， 目前 主要 采 用“ 抽 槽 法 ” 或“ 平 铺 法 ”两 种 加浆 方 式 ，浆 液 渗 透振 捣 的均 匀 性 差 ，从 而 导致 变 态 ? 昆凝 土施 工 质量 离 散性 大 ，质 量 缺 陷难 以避 免 ； 采用 大 量 人 工作 业 ，且有 工 序 圜Wa t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 2 间 隔 ，工 效低 、成 本高 。 在 加浆 和 振 捣 的操 作 中 ，因人 为 因素 的影 响 而 难 以保 证 施 工 工 艺 的 标 准 化 和施 工 质 量 的 均 质 性 。 此 ，为 了 更 好 地 发 挥 变 态 混 凝 土 的 优 越 性 需 研 制 一 台“ 以履 带 式 挖 掘机 为基 础平 台 集储 浆 、输 浆 、注浆 、振 捣 及 输 浆管 路 清 洗 丁作 装 置 和数 字 控 制 功 能于 一体 ” 的变 态混 凝 土 注浆 振 捣 台车 ，实 现 变 态 混 凝 土 机 械 化 快 速 施 工 。 1 注浆振捣台车的研制 1 1 基本 思路 ( 1 )储 浆 装 置 。 台 车 储 浆 量 以 控 制 长 1 O 0 I n 、 收稿 日期 ：2 0 1 3 一l 0 1 7 作者简 介 ：吴旭( 1 9 6 3) ，男 ，四川 遂宁人 ，教授 级高 T ，从 事 水利水 电工程施 T技术与管 理T作 天l iP , ： 292 7 6 ,g ) fl ：； O o l 上 肚 永 撅 掏n - - t l 3 计巾U 习 H J 宽 0 5 m、厚 0 3 m 的变态 混凝 土 条带 为 宜 ，储浆 装 置 设搅 拌器 。保 持浆 液均 匀 ，不沉 淀 。 ( 2 )输 浆 装 置 。 由输 浆 泵 、输 浆 管 、止 浆 阀 、 分 浆器 组成 ，用 转子 泵将 浆液 定量输 送 至注 浆装 置 。 ( 3)注 浆装 置 。机 械 均匀插 孔 ，定量 注浆 。 ( 4)振 捣装 置 。 机械 液 压 振捣 ，注 浆 、振 捣 可 切 换 。 ( 5 )输浆 管 路 清洗 装 置 。通过 阀 门切 换 ，用 泵 送 清水 对输 浆管 路清 洗 ，避免 浆液 沉淀堵 管 。 ( 6) 自动 控制 系 统 。采 用 P L C与 电液 比例 自动 控 制 ，及 电脑 触 摸 屏显 示 、操 纵 、记 录 的 人机 对 话 作 业模 式 ，实现 浆 液 定量 控 制 、 自动 记 录 的标 准 化 作 业 和储 浆 、输 浆 、注浆 、振 捣及 输 浆 管 路 清洗 工 作装 置 的机 械化作 业 。 1 2 研 究解 决的 主要 问题 要 保证 储 浆 桶 浆液 均 匀 、不沉 淀 ，就要 以一 定 的压力 、定量 将 浆 液输 送 注 入 已经 摊 铺 的 碾压 混 凝 土 中 ，达 到最 优 振 捣 密实 效 果 和变 态 混 凝 土 的均 质 性 ，并 将 变态 混 凝 土振 捣 密 实 ，实 现 变 态 混凝 土 与 同层碾 压 混凝 土 和 下层 混 凝 土 的 良好 结 合 ，保 证 混 凝 土表 面平整 、光洁 。 1 3注浆振捣 台车结构设计 1 3 1 注浆振捣 台车总体结构 变态 混凝 土快 速施 工 自动注 浆振 捣 台车 由主机 、 电源系 统 、注浆 清洗 系统 、振 捣 系统 、P L C控制 系 统 、液 压 系统 和 支 架 等组 成 ，各 组 成 部 分 又 由许 多 零部 件 或子 系统组 成 ，见 图 1 。 以 履 带 式 液 压 挖 掘 机 Ro l e x 8 0 7为 平 台 ，利 用 其行 走 、 回转 、液 压 系统 和 工作 装 置 。将所 有 系 统 和 装置 都 安装 在 统 一平 台上 ，包 括 工 作 装 置安 装 在 挖 掘机 铲 斗 四杆 机 构摇 臂 上 ；振 捣 棒 和 注浆 头 分 别 安装 在 工作 装 置 两个 不 同机 架 上 ；供 浆 站安 装 在 挖 掘 机尾 部 机 架 上 ；P L C和 液 压控 制 系 统位 于挖 掘 机 的 回转 工作 台上 ；操 作触 摸屏 安装 在 挖掘 机驾 驶 室 ； 并 对其 液 压系统 作 相应 改造 。 工 作 装 置 包 括 注 浆 头 、 注浆 机 架 、翻转 油 缸 、 振 捣机 架 、振捣 棒 ，注浆 头 和振捣 棒 安装 在机 架 上 。 将 工 作装 置 与挖 掘 机 斗杆 铰 接 ，通过 控 制 翻转 油 缸 实 现 注浆 和振 捣 工作 状 态 的 自由切换( 见 图 2) 。通 过 挖掘 机行 走 系统 实现工 作装 置 的移位 。 a注浆状态 b振捣状态 图 2 工作装置切换示意 1 3 2注 浆 系统设 计 注 浆 系统 主要 由供 浆 水 站 、输 浆管 、注浆 头 及 机 架等 组成 。注 浆 系统结 构及 工作 原理 见 图 3 。 电磁开关阀 电磁 换向阀 P L C 控 制 系 统 位测量l l 搅拌机 l l 液压 达2 l l 转数计数器 开关阀 l l 丌关阀 z k 箱l 图 3注浆 系统组成及工作原理 ( 1 )浆液 稳 定 性 控 制 。P L C控 制 电磁 开 关 阀使 液 压马 达 1工作 ，带 动搅 拌机 转动 ，防止浆 液沉淀 。 图 1 注浆振捣台车总体 结构 示意 W a t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 2 困 天 k q ： 夏 7 匹 匕 匕 赝 疋 上 永 扰 掏r - t 早 廿 研巾U 司 1 2 ? - i-3 设 定 的 注浆 量 以一 定 的压 力 将 浆 液 输 送 至 注 浆 头 ， 实现 加浆 量 的稳定 可 调 和 定量 注 浆 。加浆 量 控 制 在 混凝 土体 积 的 4 7 之 间 这 样 的浆 液稳 定性 好 且 易扩散 填 充 。减 少振 捣 密实后 ? 昆凝 土 表面 浮浆 。 ( 4 )振 捣 。 振 捣 次 序 。先 振 捣 变 态 混 凝 土 ， 再振 捣 与碾 压 混凝 土 搭 接部 位 ，搭 接 宽度 为 1 5 2 0 c m。 振 捣 方 法 。在 注 浆 l 5 2 0 r a i n后 振 捣 ，也 可 在注 浆后 立 即振捣 ，振 捣时 间控 制在 2 0 3 0 S ；振 捣 棒应 垂 直 插 入 下 层 混凝 土 5 1 0 c m，在 与 碾 压 混 凝 土搭 接部 位要 求高 频振 捣器 向碾 压混 凝 土一侧 振 捣 ， 振捣 范 围延 伸 到碾压 混 凝 土 内 2 0 3 0 c m。变态 混 凝 土从 加浆 到 振捣 完毕 的时 间控 制在 4 0 rai n以内 灰 浆从 开 始 拌 制 到振 捣 完 毕控 制 在 1 h以 内 。 结 合 部位处 理 。为保 证 变态 区域 和碾 压 区域 的结合 良好 ， 在 变态 混凝 土 振 捣完 成 后 ，与碾 压 混 凝 土结 合 部 位 补 碾 2 3遍 2 3变态 混凝 土注 浆振捣 台车施 工流 程 注浆 振 捣 丁作 装 置 1次 注浆 控 制 范 同应 与 大 模 板 拉筋 间距 相 适 应 。采 用先 注 浆 5 0 1 O 0 IT I 长 条带 ， 待 浆液 有 1 5 2 0 mi n渗 透 时 间 ，再 进行 相 应 条 带 振 捣作 业 ，并循 环 以上作 业 流 程 。 由 于采 用插 入 立 体 注浆 方 式 ，浆 液 可 迅速 分 散 渗 透均 匀 ，也 可采 用 注 浆 、振捣 在 同一循 环 内完成 。 2 4 应 用效 果 ( 1 ) 台车 上低 速 搅 拌储 浆 桶 能 有 效保 证 浆 液 稳 定均 匀 ，浆液 密度 变 幅小于 0 0 1 k g m ；若 浆 液静 置 3 0 mi n，上下 层 浆液 密度 差 值达 0 3 6 k g m ，影 响变 态 混 凝 土 均 质 性 。 ( 2 )按 操 作 规程 进 行 输浆 管 路 清 洗各 使 用 ，未 发生 堵管 现象 。 ( 3 )按 0 1 MP a压 力输 送浆 液 能满 足 注浆 要 求 ， ( 上 接 第 4 7页 ) 长度 越 大 ，应 力集 中的程度 越 高 。 ( 3 )在 断层 内及 其 附 近 区域 最 大水 平 主应 力 方 位受 断 层走 向控 制 ，与 断层 走 向基 本 平 行 ，而在 断 层尖 灭 处最 大 水 平 主应 力 方 位 与 断层 走 向呈 大 角度 相 交 。 参考文献 ： 1 苏 生瑞 ，S T E P H A N S O，王 士天 瑞典爱斯 泼硬岩 实验场地 应 力研究 J T程地质学报 ，2 0 01 ，9 ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 6 2 沈 海超 ，程远方 ，赵益 中，等 基 于实测数 据及数值 模拟 断层 对地应力的影响 J 岩石力学与T程学报 ，2 0 0 8 ，2 7 ( S 2 ) ： 3 9 8 5 3 9 9 0 3 黄醒 春 ，夏小和 ，沈为平 断层周边 应力场 的原位实 测及数值 反演 J 上海交通大学学报 ，1 9 9 8，3 2 ( 1 2 ) ： 5 5 5 9 压 力可 根据 情况 调整 。 ( 4)注 浆 头 插 入 深 度 大 于 2 0 c m，离 模 板 的距 离 可 小 于 1 0 c m，能保 证 浆 液在 变 态 混凝 土 区域 分 布 渗透 均匀 ，注浆 量 控制误 差 小 于 2 。 ( 5)台车 上 2根 高频 液 压 振捣 棒 能 保 证 变态 混 凝 土 内实外 光和 与下 层混凝 土 的 良好 结 合 。 ( 6) 台 车 注 浆 振 捣 装 置 宽 1 2 n l ，控 制 宽 度 为 1 5 I n ，满 足 3 0 Il l 大 模 板 拉 筋 间距 1 5 I l l的需 要 ， 台车适 应性 、可 操作 性强 。 ( 7)变态 混 凝 土 注浆 振 捣 台车施 工 效 率 为 注 浆 振 捣 面积 3 0 4 5 mV h 。 3 结语 ( 1 )研 制 的注 浆 振捣 台车 ，以液 压 挖 掘 机 为 基 础 ，设 计加 装 储浆 、输 浆 、注浆 清洗 装 置 ，附设 插 入 式液 压 机械 振捣 装 置 ，且 注浆 振捣 工 作装 置 可快 速 转换 ，采 用 自动化 控 制 系 统 ，台车 总体 结 构 与 配 置 合理 。 ( 2)对 注浆 过 程 中灰 浆 在 碾 压混 凝 土 中的 扩 散 规 律 。进 行 了计 算分 析 和 实 验 比较 ，确 定 了注 浆插 头 的结构 和 布 置 形式 ，优 选 注浆 压 力 ，实现 均 匀 分 布 注浆 ，有 效解 决 了灰浆 均匀 灌 注的难 题 。 ( 3)采用 液压 驱 动储 浆 箱 低 速搅 拌 系 统 保 持浆 液 的 稳定 性 ，通 过 转数 计 量 器 、逆 止 阀 ，使 用 P L C 系 统控 制 转 子 泵 的输 浆 压 力 和输 浆 量 ，并 采 用 多层 立 面 注浆 方 式 ，实 现定 量 均 匀 注浆 ，强化 了施 工 质 量 管 理 。 ( 4)采用 振 捣 频 率 可控 的双 头液 压 振 捣 器 ，注 浆 与 振捣 工 况 切 换 ，利 用 主 机 液压 系 统 实现 变 频 控 制 ，完 成注 浆变 态混 凝 土 的密 实振 捣 。 ( 责 任编辑王 琪 ) l 4 J T AN Z Y，C A I M F Me a s u r e m e n t a n d s t u d y o f d i s t r i b u t i n g l a w o f i n s i t u s t r e s s e s i n r o c k ma s s a t g r e a t d e p t h J J o u rna l o f U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， 2 0 0 6 ， 1 3 ( 3 ) ： 2 0 7 2 1 2 5 RAWNS L EY K KJ o i n t d e v e l o pme n t i n p e u r b e d s t r e s s fi e l d n e a r f a u l t J J S t r u c t G e o l ，1 9 9 2 ， 1 4 ( 8 - 9 ) ： 9 3 9 9 5 1 6 王红才 ，王 薇 ，王连捷 ，等 油田 维构造应力 场数值模拟 与 油气 运移 J 地球学报 ，2 0 0 2 ，2 3 ( 2 ) ：1 7 5 1 7 8 7 马淑芝 ，贾洪彪 ，易顺民 罗湖 断裂带地应 力场 三维有 限元模 拟分析 J 岩石 力学与 程学报 ，2 0 0 6，2 5 ( 增 2 ) ： 3 8 9 8 3 9 0 3 8 黄 醒春 ，卢海星 复杂 断层扰动 下的原岩应 力场 的数值 分析与 评价 J 岩土工程学报 ，2 0 0 0，2 2 ( 3 ) ： 3 2 7 3 3 1 9 G O O DMA N R E Me t h o d s o f g e o l o g i c a l e n g i n e e r i n g i n d i s c o n t i n u O U S r o c k s M US A ： We s t P u b l i s h i n g C o 一1 9 7 6 ( 责任编辑杨健)