“高頻振動(dòng)成型、垂直翻轉(zhuǎn)、一體脫模管井生產(chǎn)工藝及裝備”簡(jiǎn)要介紹

  一、簡(jiǎn)述

  檢查井是地下管道中的重要組成部分，對(duì)整條地下管線(xiàn)的功能發(fā)揮、維護(hù)保養(yǎng)、環(huán)境保護(hù)以及城市居民的生活質(zhì)量保障起著重要作用。按鋪設(shè)的地下管線(xiàn)功能不同，檢查井可用在排水、排污、自來(lái)水、煤氣、熱力、電力、電信等管路系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。

  按材質(zhì)及施工情況，我國(guó)現(xiàn)大多采用粘土磚砌井、砌塊組合井、塑料井、混凝土現(xiàn)澆檢查井等。

  在工程使用過(guò)程中，它們的主要缺陷為：

  粘土磚砌井：由于粘土磚的使用造成大量農(nóng)田流失，國(guó)家明文禁止；粘土磚強(qiáng)度低、整體檢查井的耐久性及抗壓性能差，易下沉，引起路面凹陷；砌筑工法難以解決滲漏問(wèn)題，普遍引起土地二次污染?，F(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大。

  砌塊組合井：砌塊及磚的強(qiáng)度提高，其它缺點(diǎn)與粘土磚砌井相似；為解決砌筑工法的滲漏，新的砌塊組合間現(xiàn)場(chǎng)加注細(xì)石混凝土或砂漿，但由于界面收縮，還是造成砌筑處的滲漏。

  塑料井：雖然有輕質(zhì)、施工作業(yè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但抗壓性能差、與混凝土管道連接困難；產(chǎn)品造價(jià)高。

  混凝土現(xiàn)澆檢查井：施工周期長(zhǎng)、現(xiàn)澆質(zhì)量不易控制、綜合成本高。

  而與上述不同的工廠(chǎng)預(yù)制裝配式混凝土檢查井由于廠(chǎng)內(nèi)規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量易控制、現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間短（一般安裝一套高度6m左右的井耗時(shí)2小時(shí)以?xún)?nèi)，約為磚砌井1/5用時(shí)）且不受現(xiàn)場(chǎng)天氣及施工條件影響，混凝土及整體檢查井的抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、抗?jié)B達(dá)標(biāo)，綜合成本最低。體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。

  為配合環(huán)境治理，近年來(lái)各省市政府部門(mén)相繼出臺(tái)政策法規(guī)，禁用粘土磚砌井，推廣新型檢查井產(chǎn)品及施工方法；加之由“蘇州混凝土水泥制品研究院”負(fù)責(zé)制定的“預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC/T 2241-2014 ）于2015-4-1起正式實(shí)施。工廠(chǎng)預(yù)制裝配式混凝土檢查井在我國(guó)將得到前所未有的重視及普遍應(yīng)用。

  工廠(chǎng)預(yù)制混凝土檢查井的成型方式主要為澆注及振動(dòng)成型工藝，為克服現(xiàn)有成型方法的主要缺陷，由“蘇州科星混凝土水泥制品裝備公司”研制開(kāi)發(fā)的“高頻振動(dòng)成型、垂直翻轉(zhuǎn)一體脫模管井生產(chǎn)工藝及裝備”（生產(chǎn)工藝方法及裝備專(zhuān)利）中試成功，投入使用情況良好（圖1）。

圖1

  二、現(xiàn)有工廠(chǎng)預(yù)制裝配式混凝土檢查井的生產(chǎn)工藝方法分析

  1.澆注成型或加輔助振動(dòng)的澆注成型工藝

  澆注成型工藝的優(yōu)點(diǎn)為成型工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品形狀規(guī)格大小可按模具任意成型、小批量生產(chǎn)靈活、產(chǎn)品外觀(guān)光滑。但相對(duì)立即脫模的高頻振動(dòng)成型工藝方式，缺點(diǎn)為規(guī)模生產(chǎn)時(shí)模具投入大、產(chǎn)能小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，原輔材料、人工及其它生產(chǎn)成本高。

  混凝土檢查井型號(hào)規(guī)格繁多，同時(shí)每套檢查井由不同的部件組成。以輸水檢查井為例，一套完整的預(yù)制裝配式混凝土檢查井由井室(檢查井主體，接排水管的受水部分）、井室頂板（井室與井筒間的過(guò)渡及收口）、井筒（控制檢查井高度及豎向通道，一般不過(guò)水）、收口板或收口圈（檢查井與井蓋間收口）、調(diào)節(jié)圈（微調(diào)檢查井高度）等組成（圖2）?！额A(yù)制混凝土檢查井》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JC/T2241-2014）中光井室平面尺寸規(guī)格品種就有21種之多，每種規(guī)格品種配上2-3種高度，設(shè)計(jì)部門(mén)有50多種井室的選擇余地。

圖2

  澆注成型采用塑性混凝土，一般檢查井井室成型多為帶底一體、2-4個(gè)接管開(kāi)孔，達(dá)到脫模強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)時(shí)間較普通排水管更長(zhǎng)，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)約5-6小時(shí)，如果每班生產(chǎn)15--20個(gè)單規(guī)格井室（按立即脫模成型每班生產(chǎn)量），相比振動(dòng)成型立即脫模（自然養(yǎng)護(hù)）模具用量為,（9-13套模具）：（1套模具+15-20個(gè)底托）。澆注成型工藝的模具費(fèi)用是一筆巨大的支出，此情況較排水管生產(chǎn)懸輥工藝同芯模振動(dòng)工藝所用模具數(shù)量及總體費(fèi)用相比更嚴(yán)重。

  由于澆注成型工藝生產(chǎn)成本高、達(dá)標(biāo)產(chǎn)能模具用量及費(fèi)用巨大等原因，一般不用該工藝方式生產(chǎn)常規(guī)的批量預(yù)制

  混凝土檢查井。

  2.離心或懸輥成型工藝

  排水管生產(chǎn)企業(yè)利用原有模具，成型檢查井的井筒部分，是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。但井室采用二次成型拼裝會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，井室?guī)Э?，離心或懸輥成型時(shí)轉(zhuǎn)速不到位或跳模，成品不密實(shí)且易發(fā)安全事故；如筒身與底板間灌入細(xì)石混凝土或砂漿，則由于二者界面收縮不一，產(chǎn)生裂縫；（圖3）如筒身與底板間采用膠圈、柔性企口，加以筒、底間預(yù)埋張緊連接，產(chǎn)品成本增加。（圖4）

圖3

圖4

  3.芯模振動(dòng)成型工藝

  芯模振動(dòng)成型工藝采用干法生產(chǎn)，芯模高頻整體振動(dòng)使混凝土液化密實(shí)，同時(shí)使水泥有一定的活化以提高混凝土強(qiáng)度，混凝土密實(shí)度很高，可以立即脫模，大量減少了成型模具數(shù)量及總體費(fèi)用，與濕法工藝相比，可減少原材料的成本和降低人工費(fèi)用等。

  介紹一種典型的芯模振動(dòng)生產(chǎn)檢查井井室工藝步驟：1.模具在坑內(nèi)就位；2.內(nèi)外模間放置排水管孔預(yù)埋件、內(nèi)模頂部放置混凝土托板；3.混凝土布料、振動(dòng)成型；4. 混凝土超過(guò)托板并達(dá)到井室底厚度時(shí)，碾壓；5.放置井室底板并與內(nèi)模頂部的托板及外模連接；6.成品及外模（含底板及混凝土托板）提出工作坑；7.吊入養(yǎng)護(hù)位置，下置養(yǎng)護(hù)支撐，脫外模及井室底板；8.養(yǎng)護(hù)；9.翻轉(zhuǎn)并脫去混凝土托板及排水管孔預(yù)埋件；10.補(bǔ)井室底板與混凝土托板間工作孔；11.至成品堆場(chǎng)。

  工藝如圖所示：

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  芯模振動(dòng)生產(chǎn)檢查井井室的工藝缺陷：1. 由于芯模振動(dòng)成型原理方式為激振力橫向傳遞、沿法線(xiàn)方向激振力衰減，在生產(chǎn)井室時(shí)底部朝上，井室底部成型須輔以較大的碾壓力，井室底部密實(shí)度不夠；2.養(yǎng)護(hù)時(shí)井室底部朝上，整體重心偏上，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，養(yǎng)護(hù)支撐高度不易控制，會(huì)造成井室底部頂起或輕微坍塌，產(chǎn)生底部裂紋；一般大口徑的帶底整體井室不用此工藝成型；3.為達(dá)到立即脫模養(yǎng)護(hù)，工藝步驟過(guò)多，養(yǎng)護(hù)支撐、混凝土托板等模具組件用量也較多；4.養(yǎng)護(hù)后的補(bǔ)孔（井室底板與混凝土托板間工作孔）費(fèi)工費(fèi)料（一般用摻入樹(shù)脂的水泥凈漿調(diào)配）。

  為克服養(yǎng)護(hù)時(shí)井室底部朝上、整體重心偏上、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的問(wèn)題，“科星裝備”曾開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的翻轉(zhuǎn)設(shè)備，脫離工作坑后立即1800翻轉(zhuǎn)，使井室底部在下，然后脫去外模。但使用過(guò)程并不理想，原因是翻轉(zhuǎn)時(shí)管道內(nèi)壁沒(méi)有支撐，及易造成管壁坍塌，特別是中大口徑井室及方形井室。

  為減少養(yǎng)護(hù)支撐、混凝土托板等模具組件用量過(guò)多的問(wèn)題，國(guó)外早期的方法是在內(nèi)模頂上放置一塊塑膠或與混凝土連接性能稍好點(diǎn)的石棉板，使成型后利用井室部分壁厚支撐此板及板上的井室底部混凝土重量，使之不塌陷。但此方法會(huì)一定程度破壞井室整體結(jié)構(gòu)，板材與混凝土間人為建立誘導(dǎo)縫；配合此脫模養(yǎng)護(hù)方法，需井室壁厚尺寸加大，混凝土密實(shí)度需充分保證以防止下沉。（圖5）

圖5

  跟據(jù)上述情況，芯模振動(dòng)成型工藝適合生產(chǎn)圓形中小口徑井室和各規(guī)格井筒，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好以及干法生產(chǎn)的其它優(yōu)勢(shì)。

  三、高頻振動(dòng)成型、垂直翻轉(zhuǎn)、一體脫模管井成型工藝及裝備

  為克服以上幾種管井成型工藝的缺點(diǎn)，一種“高頻振動(dòng)成型、垂直翻轉(zhuǎn)、內(nèi)外一體立即脫模的管井生產(chǎn)工藝”由“蘇州科星混凝土裝備公司”提出設(shè)想，并研發(fā)了相應(yīng)的工藝裝備（圖6、圖7），對(duì)此生產(chǎn)工藝及裝備進(jìn)行了中試驗(yàn)證，生產(chǎn)的連底￠1000-2000檢查井井室及￠1000-1500檢查井井筒混凝土密實(shí)度好、生產(chǎn)效率高、工藝方法簡(jiǎn)捷、裝備造價(jià)低、生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)（可成型￠1000-2000范圍內(nèi)的檢查井井室、井筒、排水管）

圖6

圖7

  成型工藝特點(diǎn)： 1.采用高頻振動(dòng)方式使注入模具內(nèi)的混凝土密實(shí)成型，并能實(shí)現(xiàn)立即脫模；2.振動(dòng)成型時(shí)混凝土制品底朝上、口朝下，有效克服了干硬性混凝土流動(dòng)度差的問(wèn)題；3.成型后連模帶井室制品180°翻轉(zhuǎn)，然后脫模，制品養(yǎng)護(hù)時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好；4.內(nèi)外一體脫模，可防止翻轉(zhuǎn)時(shí)的混凝土垮塌和單獨(dú)外模脫模時(shí)偏置引起的打口。

  工藝步驟：1.成型模具內(nèi)放置排水管孔預(yù)埋件；2. 吊至模具在工作坑內(nèi)或地面就位；3. 混凝土布料、高頻振動(dòng)成型；4. 混凝土達(dá)到井室底厚度時(shí)，放置井室底板并與模具連接；5. 成品及模具提起180°翻轉(zhuǎn)；6. 脫模；7.養(yǎng)護(hù)；8. 脫去排水管孔預(yù)埋件；9. 至成品堆場(chǎng)。

  工藝流程圖：

  裝備特點(diǎn)：整套設(shè)備由混凝土布料機(jī)；可180°翻轉(zhuǎn)吊運(yùn)機(jī)構(gòu)、工作液壓站、電控變頻組合；結(jié)構(gòu)支撐架；內(nèi)置振動(dòng)單元的一體模具等組成。

  為保證混凝土成品的振動(dòng)密實(shí)，模具內(nèi)置振動(dòng)單元間的相位、激振力隨混凝土布料情況可調(diào)，有效避免相互干擾，激振頻率（以轉(zhuǎn)速指標(biāo)體現(xiàn)）達(dá)6000轉(zhuǎn)/分；

  為保證井室底部的混凝土密實(shí)，設(shè)置頂端輔助高頻振動(dòng)單元。

  設(shè)備完全達(dá)到工藝設(shè)想要求，主機(jī)設(shè)備造價(jià)約為芯模振動(dòng)主機(jī)的1/3左右。成品見(jiàn)圖8

  該設(shè)備可應(yīng)用于其它市政混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)，增加高頻振動(dòng)單元及碾壓裝置后，可擴(kuò)展生產(chǎn)3000口徑排水管，達(dá)到一機(jī)多用的功效。

  圖8

  四、結(jié)語(yǔ)

  總結(jié)常用的預(yù)制混凝土檢查井生產(chǎn)成型工藝方法，主要指標(biāo)：

  “高頻振動(dòng)成型、垂直翻轉(zhuǎn)一體脫模管井生產(chǎn)工藝及裝備”的開(kāi)發(fā)成功，提供了一種混凝土檢查井的高效生產(chǎn)方式，并由于能兼做管道及其它市政構(gòu)件，設(shè)備造價(jià)相對(duì)低廉，性?xún)r(jià)比高，固定移動(dòng)均可。通過(guò)不斷的完善，將成為混凝土構(gòu)件的有效成型方式之一，對(duì)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)預(yù)制混凝土檢查井新增項(xiàng)目，以及小型排水管企業(yè)為提高自動(dòng)化程度、擴(kuò)大產(chǎn)能的改造，管、井兼容生產(chǎn)是一種經(jīng)濟(jì)高效的選擇。