变态混凝土浇筑注浆系统设计

一、成果（产品）的背景

变态混凝土是指在碾压混凝土拌合物中加入适量的水泥灰浆（一般为变态混凝土总量的4%～7%之间）使其具有可振性，再用插入式振捣器振动密实，形成一种具有常规混凝土特征的混凝土；在水利水电施工中，时常用到碾压混凝土，它是低水灰比，坍落度为零的水泥混凝土，具有施工快、强度高、缩缝少、水泥用量少、造价低、减少施工环境污染等优点，经振动压路机振动、碾压成型，不论是大型工程，还是局部改扩建工程，施工方便快捷。但是在施工中，有些部位没法用机械设备碾压，这些部位的混凝土密实度是一个问题，采用常态混凝土对这些部位进行浇筑，由于常态混凝土与碾压混凝土之间的优劣势各不相同，因此连接部位浇筑效果不理想，采用一种介于常态与碾压之间的混凝土，使其具备常态混凝土的可振捣性能，同时又具备碾压混凝土施工快、强度高等优势，保证浇筑质量，这种混凝土就是变态混凝土。

我国变态混凝土施工从加浆方式上讲主要有4种方式：表层铺浆、沟槽注浆、二次铺浆、多点注浆。前三种由于浆料浪费，浆液渗透不均匀，使用范围逐渐缩小，多点注浆方式用的多一些。多点注浆方式是先打孔，后在孔内注浆。打孔和注浆均为人工操作，这种方式生产率低，且注浆量不易控制，使得注浆质量无法保证。

本项目的课题是变态混凝土注浆系统，其工况条件如下：

1.浇筑的混凝土通过注浆振捣，从而增强混凝土的结构强度。

2.注浆混凝土层厚300mm，每平米布置6个注浆孔。

3.每次灌注1个孔，每孔灌注浆量3L（可调）。

4.各孔注浆量误差＜5%。

5.注浆泵流量40~60L/min，每孔基本灌注时间5秒左右。

系统组成：如图1，系统由底座、搅拌机、吸浆管路、注浆泵、注浆管路、检测控制系统等组成。

工作原理：注浆泵通过吸浆管路从搅拌机中吸入泥浆，通过注浆管路将泥浆注入混凝土中。如图2，注浆系统工作时，在控制器中输入需要注入的泥浆量数值，启动注浆泵注浆，同时测量元件检测注浆泵输出的泥浆量。当输出量等于设定值时，控制器发出信号停止注浆泵工作。

                                     图1  系统结构图

二、改进前存在的问题

 变态混凝土注浆现在比较普遍使用的方式是打孔和注浆均为人工操作，但这种方式生产率低，且注浆量不易控制，使得注浆质量无法保证。

三、应用创新方法解决问题的情况

方案一：利用裁剪方案，去除流量计（测量组件）。

方案二：利用创新原理中预先作用原理，在电动机控制电路中增加反接电路，达到电动机停车制动的目的。

方案三：利用创新原理中预先作用原理，在电动机定子绕组的出线端接入电容器，达到电动机停车制动的目的。

方案四：利用创新原理中预先作用原理，在控制器中将灌注量设置提前量。

方案五：利用创新原理中应用事先防范原理，电动机断电后，在定子线组的任意两相中通入直流电，达到停车制动的目的。

方案六：利用创新原理中应用事先防范原理，电动机断电后，使用电磁抱闸，达到停车制动的目的。

方案七：利用创新原理中应用事先防范原理，电动机断电后，使用电磁抱闸，达到停车制动的目的。

方案八：利用创新原理中应用物理或化学参数改变原理，利用预先冷却电流变液体制动器，达到停车制动的目的。

方案九：利用创新原理中应用分割原理，采用电磁离合器将电机输出轴与注浆泵输入轴脱开。

方案十：利用创新原理中应用气压和液压结构原理，用压缩空气驱动注浆泵

方案十一：利用创新原理中应用气压和液压结构原理，用液压油驱动注浆泵

方案十二: 利用创新原理中应用变害为利原理，将每次灌注1个孔改为每次灌注1组孔（6个）

方案十三：应用76个标准解的S4.1.1，将注浆泵做成具有计量功能的柱塞泵。

方案十四：应用76个标准解的S4.1.1，将注浆泵做成具有计量功能的隔膜泵。

方案十五：应用76个标准解的S4.5.2，用称重传感器测量灌注泥浆的重量取代流量计测量。

方案十六：应用76个标准解的S4.5.2，用拉力传感器测量灌注泥浆的重量取代流量计测量。

方案十七：应用76个标准解的S4.5.2，用超声波液位计测量搅拌机内泥浆液位高度取代流量计测量。

四、改进后产品主要性能对比

样机于2014年10月试制完成。通过试验检测，实际灌注量与设定值误差小于5%，并通过设置提前量可完全消除误差。样机于2014年11月在中水16局通过工况试验，其性能及主要技术参数满足工况及施工工艺要求。产品图片如下：

五、新产品或新技术应用情况

（1）获得知识产品情况

（2）产品带来的社会效益、经济效益以及产业化前景等

社会效益：降低劳动强度，提高生产率。控制灌注量，避免材料浪费。压力灌注，泥浆可充分渗透进混凝土中，从而保证混凝土的凝结强度，有效保障坝体安全。

经济效益：

样机在中水16局长泰枋洋水利枢纽工程C4标段进行了施工验证。通过使用，系统满足施工要求，得到了用户认可。