高速铁路装配式构件的生产和产品质量检验

徐敬锋, 张裕银

(1. 中铁四局集团第四工程有限公司, 安徽合肥 230012 2. 中国铁路上海局集团有限公司徐州铁路枢纽工程建设指挥部, 江苏徐州 221000)

随着社会经济和现代化建设的快速发展，高速铁路建设的发展也迎来了良好的机遇期，桥梁施工新方法不断得到尝试，预制装配式构件[1]也已在高铁建设中大量使用。预制装配式混凝土构件具有低碳环保、建设效率高、绿色节能等优势[2]，是建筑施工行业未来的发展趋势，能够帮助建筑施工行业实现可持续发展，具有重要的意义。

为了保证有足够的产品输出，并且输出产品的质量能够满足要求，需要设计出一条工艺先进、稳定、可靠的生产线，由于预制装配式构件常常会存在一些质量上的问题[3-4]，所以该生产线输出的产品还需要按照相关规定经过严格的质量检验[5]，以保证产品质量，确保施工顺利进行和施工安全。对于预制装配式混凝土产品的检验，需要检查其抗压强度、外观质量和尺寸偏差[6]，在施工之前和施工过程中，都必须要坚持质量第一的理念。科学的检验方法也至关重要，检验的方法大致可以分为感官检验、物理检验、化学检验和无损检验等几大类[7-9]。

本文对高速铁路装配式构件的生产和产品质量检验进行了系统讨论，旨在探究合理的预制装配式构件生产技术以及构件质量检验方法。

1 装配式结构的定义

装配式结构是装配式混凝土结构的简称，是以预制构件为主要受力构件经装配连接而成的混凝土结构。装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，它有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效率节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。与现浇施工工法相比，装配式PC结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪音、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。

2 生产线设计

生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式。为了提高高速铁路装配式构件生产的效率，需要根据需求设计一条合理的生产线。

现如今，随着科学技术的发展，智能化设备逐步投入到施工生产当中，其优越性为产品性能及质量稳定、所需人工少、效率高、单价产品的制造成本大幅降低、占用场地最少等，这些优越性使得智能化生产成为了目前的发展方向。

针对高速铁路装配式构件的工业智能化生产结构特点及现场施工环境，为满足安全、技术、经济及高速铁路行业标准条件等方面的要求，同时提升工业化、工厂化、智能化的建造要求，拟定了两种智能化生产线方案，并进行了对比分析。

2.1 单条落地式环形流水线布置方案(方案一)

本方案采用自动化预制环形生产线，采用落地节段式动力辊筒线为主要结构，利用辊子的转动来输送构件的流水化生产线，并配合PLC控制器、伺服电机、流水线电控元器件、变频器等组成的机电一体化控制系统以及外部辅助设备构成完整的生产线机构。

该生产线由上料系统、布料振动系统、模具码垛养护系统、翻转脱模系统、成品码垛系统、模具返回系统及中央控制系统组成，生产线外部辅助系统由车间桁吊、运输设备、钢筋加工区及混凝土拌合站组成；其具体生产流程为：模具清理→模具喷涂→模具组装→钢筋、配件入模→布料振动→吊装码垛→蒸汽养护→拆模→脱模→成品码垛打包→成品转运，实现装配式混凝土构件的预制、养护、转运、拆模、循环在生产线上的作业(图1)。

图1 单条环形流水布置设计方案

2.2 落地式流转+复合式流转形生产线布置设计方案(方案二)

本方案采用两条生产线布置设计，第一条是自动化工序流转形生产线，采用落地节段式动力辊筒线和倍速链传送线为主要结构，利用辊子转动和钢滚子差速链牵引驱动提供动力，达成输送构件的流水化生产线，并且配合PLC控制器、伺服电机、流水线电控元器件、变频器等组成的机电一体化控制系统，配备设置整体式养护室和转运设备，外部辅助设备构成独立的生产线机构；第二条是自动化预制构件工序流转形生产线，采用复合式节辊筒动力线、链条机传输线和空中桁架行走结构为主要，利用辊筒、钢滚子差速链牵引和轨道电机驱动提供动力，配备设置整体式养护室和转运设备，满足预制过程中流水化作业，并且配合PLC控制器、伺服电机、电控元器件、变频器、减速机等组成的机电一体化控制系统，辅助外部运输设备构成完整的生产线机构(图2)。

图2 两条生产线布置设计方案

2.3 总结

对两个技术方法进行综合比选，主要是针对施工生产、安全、质量、工期、成本以及标准化施工五个方面所涉及到的12个因素进行比较，见表1。

表 1 装配式构件厂生产线布置设计方案比选

由表1可知，方案一生产产品种类较少，机械自动化设备投入不多，生产节拍及配合协同作业较繁琐，工厂化作业推行较为困难；投入作业人员和配合人员较多，施工标准化程度较低，安全高质量生产隐患较多，组织、成本控制较为繁杂，增加了施工成本的投入和安全质量的风险。方案二生产产品种类较多，有利于控制施工成本；机械自动化程度较高，施工作业标准化程度高，提高了施工质量和效率，实现了工厂化作业和管理；较少人员和辅助设备的投入，可以避免施工过程中安全、质量的隐患出现，降低了施工成本的投入，解决了组织管理的复杂难题。

经过综合分析比较，方案二各方面的表现均优于方案一，这表明施工制造中的智能化设备起到了改善生产效率和质量的作用，其加快了产品生产的速度，使得产品种类多样化，生产管理变得更加有条不紊，并且还最大程度避免了产品可能出现的安全质量隐患。

3 产品质量检验

得到生产出来的产品过后，还需要进行非常重要的一个环节，那就是产品质量检验，通过产品质量检验可以得知产品的质量水平，为产品的应用提供可靠数据支撑，同时还可以通过检验中反映出来的问题，对产品的生产加工过程进行改进，从而提高产品质量。可以依据规范TB 10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》进行产品质量检验。

3.1 过程控制和检验

为了保证产品质量，需要对以下内容进行控制：

(1)在进行原材料采购时，采购人员应该认真核对技术部门列出的材料清单，选择具有营业资格且符合要求的供应商进货。

(2)所有原材料进货时都需要提供具有可信度的材质报告。

(3)所有外购件进货时都需要提供质量合格证书和检验报告，经负责人验收后方可办理入库手续，对于验收不合格的产品，应当办理退货手续。

(4)在构件的生产制造过程中，生产人员应当严格按照规范进行操作，监管人员应当对生产制造进行严格的督查，杜绝不规范操作。

(5)对于制造设备也要进行严格的检验，检验合格才允许投入生产。

(6)生产过程中各工序严格按规定在表格中填写检验数据。

(7)建设方在制造过程应随时派人对生产进行考察、抽检、检查进度等。

(8)构件生产完毕后，建设方检验人员要对出厂的构件进行验收，施工方向建设方检验人员提供检验必要的资料(含图纸)两份，检验完成后由施工方向建设方提供检验记录，一式两份。对建设方提出的整改项目，施工方应在规定时间内整改完成。验收合格后方可交货。

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3.2 检验方法及检验技术

3.2.1 常用的检验方法

产品质量检验的方法一般有感官检验、物理检验、化学仪器检验以及无损检验。感官检验指利用人们的视觉、嗅觉、触觉等对产品质量进行初步判断，虽然这种检验方法成本低且节约时间，但是太过于依赖检验人员的经验，可靠性不高；物理检验方法指对产品的长宽高、重量、密度、抗压性能、抗拉性能等物理特性进行检验，可信度较感官检验更高；化学检验方法主要分为化学定量分析方法和化学定性分析方法，实际中常常将两种方法结合使用，以得到全面理想的结果；无损检验方法在建筑领域发挥着巨大作用，建筑材料会存在许多内部问题，例如内部缺陷、不密实、有裂缝等，常规的物理和化学手段都会对产品造成一定的损害，借助声波和激光类的仪器可以在不对产品造成损伤的情况下探查其表面和内部问题，而且准确度很高。

3.2.2 常用的检验技术

在高速铁路预制装配式构件的检验中，无损检验占据了十分重要的地位，以下介绍一种广泛应用于预制装配式构件检验的技术——超声波检验技术。

超声波检验技术：通过超声波的物理性质检验构件的缺陷，利用超声波在通过两种介质的界面时反射波和折射波的特性来判定构件内部是否存在缺陷，运用这种方法可以直接探测出构件内部缺陷。超声波探伤的方法有穿透法、共振法、脉冲反射法，其中应用最普遍的是脉冲反射法，脉冲反射法是一种反射波分析技术，利用脉冲波在均匀介质中沿直线传播，遇到异质界面时会产生反射波的特性，通过分析反射波在介质中传播的时间和比较反射波的强弱，来判断介质中不连续的存在位置及大小的方法叫做脉冲反射法超声波探伤。

超声检验技术的优缺点如下：

(1)优点：设备简单造价低，操作方便，对人体无害；灵敏度高，效果好(对裂纹、未熔合等二维缺陷检出率高于射线检测，缺陷定位精度好)，检测周期短，检测成本低，特别适用于工地现场检测。

3.3 检验误差

不论检验仪器有多么的精密或是检验人员经验如何丰富，在检验的过程中都可能由于种种原因带来误差，这些原因可能是仪器本身的误差、环境因素、人为因素、检验方法不尽完善等，所以必须要清楚产生误差的原因，然后对数据进行处理，得到可信的检验结果。

按照误差的表示方法可以将误差划分为绝对误差和相对误差，按照误差出现的规律可以将误差划分为系统误差和偶然误差。

3.3.1 绝对误差

绝对误差是指测量值(即示值)与被测量的真值之差，其值可正可负，单位与被测值一致。绝对误差说明了系统示值偏离真值的大小，但不能确切反映测量的准确程度，不便于看出对整个测量结果的影响。

3.3.2 相对误差

相对误差是指绝对误差与真值的比值，常用百分数表示，且相对误差只有大小和符号，没有单位。相对误差通常比用绝对误差更能说明不同测量的精确程度。

3.3.3 系统误差

对同一物理量进行多次反复测量时，误差总是按照一定的规律出现，这类误差称为系统误差。系统误差的大小表示测量值偏离真值的程度，有规律的系统误差越小，那么测量结果的准确度越高。系统误差通常是由于为数不多的确定性原因造成的，如仪器的制造、安装或者使用方法不正确造成的，环境因素和测量人员不良读数也会造成系统误差。可以采取修正、特殊测量法(替代、差值、误差补偿、对称观察)来减少系统误差。

3.3.4 偶然误差

偶然误差是指在同一测量条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小符号以不可预见的方式变化。偶然误差的大小表示多次测量结果重复一致的程度，称为精密度，当测量结果集中，重复性好时，则认为精密度高。偶然误差是由于测量过程中一些微小、独立的偶然因素共同造成的，这些原因主要有噪声干扰、电磁场变化、构件摩擦损耗、大地微震等。可以利用概率理论和统计学的方法，分析偶然误差的分布特性，以减小偶然误差。

只有清楚认识到这些误差的存在，并且尽可能的减小检验过程中存在的误差，才可以得到更加正确的检验结果。

4 高速铁路装配式构件的质量检验

装配式构件生产出来过后，需要进行随机抽样，然后对抽选出来的装配式构件进行质量检验。可参考规范GB 50666-201《混凝土结构工程施工规范》对装配式构件的质量进行检验，根据规范，需要对预制装配式构件的外观质量、尺寸偏差以及结构性能进行检验，必须符合设计要求及国家现行规范的规定。

(1)首先对预制装配式构件的外观进行检验，可以运用感官检验法，通过视觉观察，判断构件表面是否存在影响其性能的裂缝或缺损。

(2)采用物理检验方法，利用钢尺或激光测距仪等对构件的尺寸偏差进行检验，具体检验项目有构件截面尺寸、标高、构件轴线位置、表面平整度等，将测量数据与评定标准进行对比得出最终结果。

(3)预制装配式构件的结构性能检验包括承载力、挠度和裂缝宽度检验，需要借助试验仪器进行检验。

(4)还可以借助超声波探伤仪等仪器对预制混凝土构件的内部进行检验。

预制构件不得存在影响结构性能或装配、使用功能的外观缺陷，如果检验出有质量问题，必须修补，检验合格后才能够验收。

5 结束语

在新时代的高速铁路领域，装配式构件的发展很快。为了适应发展，需要设计出合理的生产线，为装配式构件的生产加工打下基础，通过上述研究可以发现，将智能化设备应用到生产制造中能大幅度加快生产速度，提高产品质量，使装配式构件可以更加快速投入到施工中，提高施工效率，确保施工安全。虽然智能化设备也存在一些弊端，但是瑕不掩瑜，只要有严格监管，就可以创造出一条高效的智能化生产线。

当然光是拥有高效的生产线是远远不够的，生产出来的装配式构件还需要进过严格的质量检验，只有通过了质量检验才可以放心将构件应用到施工中。目前在产品质量检验上依旧存在诸多问题，必须要引起相关人员的重视，必须要开展科学的产品质量检验工作，严格质量检验，才能够确保产品质量达到规范要求。随着时代的发展，在不久的将来一定会出现更加高效且正确度更高的检验手段。