预制梁制作过程中的散喷养生及水循环利用

刘丽琴

（山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006）

0 引言

桥梁在高速公路整个通车历程中占有相当的比重，特别是在山区和丘陵地带更是如此，这是基于高速公路修建和运行的基本特点决定的。而桥梁施工由于施工难度大、工程质量和相关作业工艺要求更高往往成为道路工程项目施工的瓶颈之一。特别是因为施工任务重和工期较紧，常常因为在桥梁结构，特别是预制梁制作过程中的施工养护不到位影响到工程质量。众所周知，因为道路桥梁施工环境、施工成本和施工周期等因素的影响，我国高速公路中的桥梁结构有相当部分采用预制梁施工工艺。这些预制桥梁构件制作过程中的养生工序必须特别重视，这不仅因为预制桥梁构件的养生期较长，更是因为养生作业质量的优劣直接影响到桥梁的承载荷载和结构合理性（如外观几何尺寸的变形和保持等）。因此，在预制梁制作过程中以合理的养生工艺进行施工已成为高等级道路，特别是高速公路道路设计和施工、管理部门特别关注的重要工序之一。

1 问题的提出

众所周知，预制桥梁构件的养生离不开适量的水。而道路施工往往在远离水源和气候炎热干燥地带进行。由于用水困难，使得预制桥梁构件养生时极易产生下列问题：

a)水的远距离运输使得工程成本相应增加。

b)由于用水困难和成本增加，有时只好降低用水量，其结果使得养生效果难以达到要求。

这些问题的存在使得传统养生方式严重影响道路桥梁的工程质量。笔者曾参与208国道太（原）长（治）路段的多座桥梁预制桥梁构件和RCC路面的施工，发现预制构件和水泥混凝土表层的质量问题往往与养生工序的质量控制优劣息息相关。同时，由于养生用水是一次性使用，其水源的浪费是显而易见的。有鉴于此，改进养生工艺、保证施工质量和探讨养生用水的节约就显得十分迫切。

2 预制梁分散喷水养生及养生用水的循环利用

山西省地处黄土高原地带，与国内大多数省区相较是典型的少水和缺水地区，为了解决上述问题，山西路桥一公司结合梁板预制的实际情况，根据传统工艺的不足，在实体工程中总结和提出了采用排水管分散喷水养生和用水循环回收利用工艺。其主要工艺内容是通过排水管分散喷水和塑料天棚覆盖养生，梁场养护用水循环利用的方法以解决水源紧缺问题并有效提高养生质量和作业效率。

2.1 工作原理

预制梁分散喷水养生工艺适用于各种工程预制梁的施工，可在环境温度大于等于5℃以上的施工场合应用[1]，因此具有广泛的适用性。同时无需对原施工场地进行大的改造，只需在梁场建设时根据养生场地的地形设置回流水沟，保证及时回收养生洒落到地面的水，在沉淀和滤清后循环利用，并以压力泵水的方式对置于塑料天棚覆盖下的预制梁进行喷水养护。

2.2 施工工艺流程

预制梁散喷养生及水循环利用是在保证养生质量前提下对传统施工工艺的技术升级和改进，为保证顺利实施，必须以图1作业流程完成整个作业工序。

图1 预制梁散喷养生及水循环利用作业工序

2.3 场区排水设置

为保证自流水能顺畅回流至蓄水池，整个梁场呈回字形状，其外部和相邻两个底座中间位置设置20 cm×20 cm（截面的宽×深）的混凝土排水沟。为保证流水顺畅，沟底坡度应具有0.3%的坡度。从而形成流水顺畅的整体型排水系统（见图2，图中的L和B分别是其外廓尺寸长和宽，应视作业需求决定）。

图2 梁场排水系统布设图

所有养生作业时喷洒流落的地面水，应全部流至横纵排水沟内，顺排水系统汇集于沉淀池中进行沉淀、排污和净化后作为循环水再用。作业时应对各排水沟经常观察和清理污物，确保水沟中的水流畅通。

2.4 喷水管道和喷头设置

成型并已经拆模的梁板应尽快开始养生工序，将其在养生底座就位固定后，在梁板上支设排水管道。管道分为梁顶板1道，左右侧翼梁板各1道，翼缘板两侧管道比翼缘板低20 cm（采用铁丝挂钩绑扎在翼缘板环形筋下部，边板可以绑扎在防撞墙预留筋下部），管道采用φ50PVC管道，每50 cm安装1个喷洒头（图3）。喷头应具有水量和雾化调节功能，目前市场可供购置的可调节喷头为金属和塑料两种，由于塑料喷头可有效避免因锈蚀而产生的堵塞现象，因此建议使用塑料喷头为宜。为使通水顺畅，所有管路弯折处的弯角不允许小于90度。每套管道设置3个阀门（3个阀门分别负责顶板部位、翼缘板两侧管道的喷洒开关）并接起来与主管道出水口顺接（3个阀门分别负责顶板部位、翼缘板两侧管道的喷洒开关）。

图3 预制梁侧边喷管和喷洒头布置

3 喷洒系统的主要技术参数及其选择原则

3.1 喷洒压力和水泵的选择

如本文前述，喷洒系统应具有较好的雾化效果。为达此目的，系统的水压应大于等于0.5 MPa，这个压力值已接近一般离心式水泵的系统压力上限，因此应选择质量良好的水泵。由于离心水泵属于非容积式连续作业，对水质的清洁度要求较低[2]（柱塞式水泵压力较高，但对水质的洁净度要求较高），因此更加适于预制梁养生水循环介质中杂质较多这种较为恶劣的作业环境，并在连续作业状态下保持较高的使用寿命。

3.2 喷洒流量

系统的喷洒流量必须满足养生作业所耗水量的要求，因此养生水量成为喷洒流量选择的主要依据。显然，水量的多少与同时进入养生的预制梁的数量成正比关系。有鉴于此，可列出下式并以其对喷洒流量（水泵流量）的理论值进行计算和校核。

式中：Q为系统的喷洒流量，L/min;Δ为单位面积的喷洒量，L/m2;S为同时进入养生预制梁的受水总面积，m2;ηv为喷洒系统的容积效率，可据实际情况取0.8～0.85。

喷洒流量的理论值可作为水泵选择的理论依据。目前离心式水泵的设计和制造在我国已形成产品系列，可依喷洒流量的理论值进行选择。笔者认为应根据相应的系统压力和喷洒流量的理论值进行综合考虑并选择相近参数的水泵以满足养生用水的需要。

3.3 储水池

储水池应建在养生梁场周边高程偏低部位，设置两个管槽连通的蓄水池。一个作为沉淀池，一个作为蓄水池，前者承接参与养生后由水槽流回的水并在池中沉淀和清污后流回（自流）蓄水池备用；后者用于清水或沉淀和清污后的再生水的储存并供水泵泵出使用。从理论上讲，沉淀池容积大些对使用过的污水沉淀和清污有利，蓄水池的容积必须满足养生需求，同时考虑污水回流、沉淀和清污过程所需的迟滞问题，所以储水池的有效容积不应小于喷洒流量的5倍。

特别提到的是，虽然离心式水泵对介质的清洁度要求相对不高，但水泵自储水池的吸水管端应设置滤网（以20目左右为宜），以防止较大颗粒杂物的吸入。另外，离心式水泵的自吸能力较差，故其自储水池取水的高度不宜大于5 m，以保证水泵的正常工作。

4 贴养生膜和覆盖塑料棚

贴养生膜和覆盖塑料棚是保证养生效果和节水的重要举措。养生膜采用塑料薄膜，避免破损、皱折和脱落。养生薄膜全部覆盖紧贴梁板腹板位置，确保全部湿润。塑料棚要采用加厚的透明塑料篷布，全部严实将梁板覆盖住。养生作业过程中塑料薄膜和塑料棚应经常进行检查，发现破损、脱落和漏缝应及时进行整修。

图4 腹板贴膜

图5 塑料棚覆盖

5 应用效果简洁

预制梁制作过程中的散喷养生及水循环工艺的工程应用能够收到良好的社会和经济效益，其优越性主要表现在下述方面：

a)预制梁表面着水充分和均匀，加之塑料棚覆盖养生，能够有效提升混凝土的早期强度[3]。试验表明，对采用新工艺养生3 d的梁板进行强度回弹检测，能达到C50混凝土强度的85%（42.5 MPa）。较传统工艺作业可使整个预制工序缩短2～3 d。

b)养生用水的循环利用，不仅可减少用水量80%以上，而且有效减少了建筑用水直排对周边环境的污染。

总之，散喷养生及水循环工艺在降低工程成本，提高作业质量基础上有效提高了作业场地预制梁的周转速率，提高了道路桥梁的施工进度，具有明显的社会和经济效益。目前，山西路桥一公司已将其作为新工法在道路工程中进行推广，并已在闻垣、阳左等高速公路施工中进行了成功的应用。