鋼筋籠成型生產工藝探討

張東斌

ZHANG Dong-bin

(中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000)

鋼筋籠成型生產工藝探討

Discussion on reinforcing cage forming production process

張東斌

ZHANG Dong-bin

(中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000)

對國內鋼筋籠成型生產工藝的3個技術階段做了分析探討，強調模塊設計、參數環應用和分體套筒連接的專業化創新價值，提出創新工藝，解決鋼筋籠生產應用在鉆孔灌注樁施工中的落后局面。

鋼筋籠成型；創新工藝；鋼筋籠對接；參數環；模塊；鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁因其對各種土層的適應性強，無擠土效應、無振害、低噪音、承載力強等優點，在樁基施工中得到廣泛應用。鉆孔灌注樁所使用的圓柱狀鋼筋籠由主筋和箍筋焊接或綁扎而成，鋼筋直徑比較大，現有的樁基鋼筋籠加工設備難以滿足生產需要，目前國內主要靠人工焊接生產，生產成本高，效率低，質量不可靠。

在歐美等發達國家，鋼筋籠的制作已實現從原料到成品的全自動生產工藝，近年來，為滿足我國鐵路、公路、橋梁等工程的需要，我國也在十一五計劃期間開始研發全自動鋼筋籠成型生產成套設備，并取得了可喜的成果。鋼筋籠制作由傳統手動工藝盡快過渡到現代自動化工藝已是勢在必行。針對鋼筋籠生產工藝的發展，我們做如下的探討。

1 手工工藝

棒材鋼筋進入加工場后先按設計下料長度切斷，加工成型。加工成型的鋼筋分類堆放。線材鋼筋則根據鋼筋籠直徑和纏繞圈數人工切斷，標記堆放，然后開始如下生產制作：把主筋擺在平整的工作臺上，在其上面標出支撐環的位置；按設計尺寸做好圓弧狀支撐環，并在上面標出主筋位置；使支撐環上任一主筋的標記對準主筋中部的支撐環的標記，扶正支撐環并使其與主筋垂直后進行電焊，依次在一根主筋上焊好全部支撐環（圖1），形成由主筋和支撐環組成的鋼筋籠骨架；在骨架兩端各站一個人轉動骨架，將其余主筋逐根照上面的方法焊好；將骨架放在支架上，套入螺旋纏繞箍筋，按設計螺距及位置布置好箍筋，并綁扎于主筋上（圖2）；在鋼筋骨架末端主筋的端部加焊加強筋一道，以防止末端鋼筋在鋼筋籠下端入孔時插入孔壁或在導管提升時卡掛導管；制作后的鋼筋籠墊上等高的木方存放在平整干燥的場地上，每組鋼筋籠的各段要排好次序，使用時按順序裝車運出，便于現場吊裝施工時按順序連接各段。

圖1 焊接支撐環

圖2 綁扎箍筋

鋼筋交叉點綁扎時綁扎方向成梅花形布置，箍筋與主筋相垂直，主筋間距偏差不大于5mm，箍筋間距偏差不大于10mm。鋼筋綁扎完成后，經質檢員自檢合格后，報監理工程師檢驗，合格后方可進行下一道工序的施工。鋼筋籠吊裝入孔時采用搭接焊對接各段。

2 自動化工藝

與國際先進工藝接軌，國內開發了鋼筋籠全自動生產工藝和相應設備。鋼筋籠自動化成型機的基本結構如圖3所示。主筋原料架包括原料臺和動力喂料系統，主筋旋轉支架包括旋轉導向及防撞系統，盤筋放線架包括矯直機構和箍筋導向機構，固定旋轉盤包括全自動焊接系統，移動旋轉盤包括行走系統和雙向移動安全保護系統，起落架包括液壓系統，在固定旋轉盤旁還有電控及操作系統。

圖3 鋼筋籠成型機結構示意圖

鋼筋籠成型前需做如下幾項準備工作：主筋定尺剪切下料，并放置到主筋喂料架上；支撐環彎弧成型，并放到固定旋轉盤附近；盤條箍筋上料、解捆；確定鋼筋籠的直徑、主筋的直徑、主筋的數量、盤筋的直徑及盤筋間距;在固定盤上根據鋼筋籠規格排布套管，用扳手固定；根據固定盤套管分布順序，在移動盤上同樣的位置安裝固定管；調整盤筋的導向，按要求抬高或降低盤筋矯直機構；按下移動盤尋參按鈕，使移動盤小車回到零位。

準備工作結束后開始生產制作，自動化成型主要工藝如圖4所示。將鋼筋籠的主筋穿過固定旋轉盤模板圓孔，在移動旋轉盤圓孔中固定后，經過去應力矯直的箍筋端頭先在主筋上焊2～3圈；同步轉動兩個旋轉盤，移動盤邊旋轉邊后移，主筋同時在縱向和圓周兩個方向運動，拖動箍筋在主筋上纏繞，形成螺旋箍筋，焊頭對箍筋與主筋的交叉處進行點焊定位，從而形成鋼筋籠。按下移動盤順轉按鈕，移動盤繼續前進，直到主筋尾部離開固定盤0.5m左右。使用扳手松開所有的鋼筋端部緊定螺栓。再按下盤順轉按鈕，移動盤繼續前進，直至鋼筋籠從移動盤上卸下。按下支撐落下按鈕，將成品鋼筋籠下降卸載。如果沒有安裝卸載裝置，可以使用橋式起重機和足夠的纜繩將鋼筋籠提升、吊運到儲存區域。此次生產結束，檢查設備各部分恢復初始狀態，按下移動盤尋參按鈕讓移動盤小車回到零位，開始下一次生產。根據鋼筋籠的剛度情況，支撐環可在固定旋轉盤處人工焊接上去，間距由程序設置；也可以在鋼筋籠成型并卸到地面后再焊接。

圖4 自動化成型主要工藝

自動化成型工藝通常采用如下技術：控制部分采用變頻器和PLC控制，箍筋間距無級可調，加密段、中間段及過渡段箍筋間距均由程序設置，加工速度無級可調，根據焊接能力合理調整旋轉和移動速度；采用觸摸式液晶顯示屏,可在屏幕上監控各種技術參數,并可通過觸摸方式對之進行修改；焊接模式有手工焊、自動焊、隔點焊三種選擇，根據不同的鋼筋籠成型要求靈活處理；采用三軸伺服系統驅動：兩盤旋轉同步精度控制在±0.1°以內，鋼筋籠無扭轉變形，主筋、纏繞箍筋的間距均勻，鋼筋籠直徑一致。

因此，在手工生產鋼筋籠時工程監理幾乎每天都到加工現場進行檢查，而使用自動化工藝加工后，鋼筋籠基本可實行“免檢”；箍筋不需搭接，較之手工作業節省材料1%，降低了施工成本；由于主筋在其圓周上分布均勻，多個鋼筋籠搭接時很方便，節省了吊裝時間；操作維修也簡單，僅一名操作人員就能夠完成操作。

3 創新工藝

在發達國家鋼筋籠生產工藝的基礎上，集合我國現實國情，形成了具有中國特點的創新工藝，主要在3個方面不同于國外。

1）將設備分為喂料、成型和下料3個模塊，可快速拆解、運輸、安裝及移機，滿足國內大量工程現場加工鋼筋籠的需要。如圖5所示，一輛車即可運送一整臺鋼筋籠成型機，只需拆裝16條螺栓就可以分解和組合各模塊，設備在工地間周轉非常方便。

圖5 模塊式裝車

2）參數環的設計采用，節約了大量的模具費用，并顯著縮短了模具更換周期，提高了成籠效率。如圖6所示，更換鋼筋籠規格時只需更換對應參數環，無須人工均布過線套。參數環連接牢固，主筋位置準確，輕便靈活，成本低；而國外設備更換鋼筋籠規格時，要拆下分料傳動軸，再拆掉參數盤，更換難度大、時間長，參數盤重量大、成本高。

圖6 拆裝參數環

3）鋼筋籠螺紋連接工藝的突破，則把從鋼筋主筋螺紋加工開始到鋼筋籠對接后入樁孔的成套技術有機結合起來，解決了鉆孔灌注樁快速施工中的關鍵問題。

主筋預加工連接螺紋，自動成型和吊運存儲過程中，連接螺紋始終處于預設位置，吊裝入孔時對位準確，采用分體套筒快速連接，其連接速度是焊接工藝的5倍以上，降低了樁孔垮塌現象出現的概率（圖7）。

圖7 鋼筋籠對接

4 結 語

考慮到鋼筋籠長度通常為30～60m，由于原材料、運輸和起重的限制，鋼筋籠必須分段生產、現場對接插入樁孔，在樁孔口進行對接。例如，以40mm鋼筋為主筋，長度為12m,每根重量約為94kg，2個人搬起來就很吃力，一節鋼筋籠最短約12m，如有40根主筋，則總重達3 840kg,就位、焊接、轉動等工序不僅勞動量大，而且勞動安全和鋼筋籠精度都難以保證。由于每焊接一個點，都需要提前標注位置記號，還需要人工就位固定，對于較大的鋼筋籠，需7個人以上才能進行生產，效率緩慢。采用自動化設備每1～2s即可完成一個焊接循環，更換鋼筋籠規格快捷，生產效率是手工制作的3～5倍，而操作設備只需一人完成。而創新工藝的應用，不僅在規格更換、設備拆裝方面效率倍增，更讓鋼筋籠的連接效率又提高5倍以上。目前國內鋼筋籠焊接成型機已可以生產直徑300～2 500mm，長度27m的鋼筋籠，還在研究雙主筋、雙箍筋的加強型或特殊型鋼筋籠的生產和施工工藝。

中國的鋼筋籠成型生產工藝同時經歷著傳統手工、國際化的自動化成型和中國特色的專業化創新3個技術階段，隨著新工藝在工程實踐應用中的不斷成熟，必將帶來該領域的跨越式發展。

在鉆孔樁工程實踐中，鉆孔和混凝土澆筑工藝及設備都相對成熟，其效率容易滿足工程質量和進度的要求。但鋼筋籠的制作、吊運和對接工藝相對落后，不僅影響工程質量，更影響工程進度，尤其在高鐵、高速公路、橋梁及超高層建筑等大型工程建設中，單純依賴傳統手工工藝已無法滿足工程要求。隨著鋼筋籠成型生產工藝的不斷進步，這個問題正在逐步得到解決。

(編輯 賈澤輝）

住房和城鄉建設部科學技術計劃項目(2009-K8-13)

TU649

C

1001-1366(2015)01-0066-04

2014-12-01