高架橋預制蓋梁生產工藝與技術研究

朱敏濤 陳兆榮 田穎錢 祝林盛 劉殿生 瞿繼亮

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 概述

隨著城市建設的快速發展，城市建筑密集，地面空間受限，城市交通正不斷向地下和空中發展。城市高架橋作為一種快速開闊的出行方式已經逐漸成為城市道路交通的主流。受近幾年國家大力推進建筑工業化的影響，城市道路基礎設施的建設也在由現澆轉向工廠預制[1-5]。蓋梁作為高架道路中重要的結構構件也實現了工廠預制，并且工藝技術得到很大提升。

上海市S3高架橋道路設計主線雙柱橋墩標準蓋梁采用大挑臂T形蓋梁，以及長線流動作業的方式生產。蓋梁橫斷面呈梯形，長24.489 m，高2.6 m，縱橋向頂面寬2.15 m，底面跨1.5 m；采用預應力鋼筋混凝土結構，蓋梁總質量約248 t。

本工程蓋梁體型龐大，且采用全預制拼裝工藝，最后通過灌漿套筒與立柱連接，因此，對預制蓋梁、立柱鋼筋籠及套筒的安裝精度要求較高，誤差須控制在2 mm范圍內。采用工廠預制、現場拼裝的施工技術無疑可滿足工程要求。通過對蓋梁模具的優化，采用整體式模具可有效減少拼接縫[6-10]，同時采用高強度自密實清水混凝土 ，以保證構件強度及外觀質量。

2 蓋梁模具

2.1 模具主體構造

傳統的大型構件模具通過縱向支撐桿保證縱向不發生位移，橫向固定則是通過螺栓錨固以及連貫兩邊側模的拉條進行加固，拆模的時候要靠人工擰開螺絲，并依靠側模自重進行拆卸，對模具本身造成損害。傳統蓋梁模具通常采用分節段拼接式，需人工逐段拼裝模具，過多的拼縫導致拆模后構件上會留有拼縫接口，若不進行打磨，會影響整體外觀質量。

S3蓋梁模板由可精確定位的整體式底模（圖1）、整體式移動高精度側模（圖2）、分體組合式端模（圖3）、張拉槽口、三向移動機構、軌道等6個部分組成（圖4），滿足模板拆拼方便、組合合理的要求。

圖1 整體式底模

圖2 側模

圖3 端模

圖4 蓋梁模板整體拼接效果

底模采用整體式鋼底模，套筒部位設置定位板可精確定位灌漿套筒，定位板在鋼筋籠胎架上隨鋼筋籠一起入模，同時也作為套筒區域的底模。

側模同樣采用整體式滑移模板，由3個移動機構支撐側模在軌道上移動，移動機構由電動和液壓系統2部分組成。電動系統由電動機驅動側模沿軌道縱向滑移，實現工位轉換；液壓系統則驅動側模橫向運動，完成合模與脫模。模板上拉桿采用整體式φ25 mm精軋螺紋鋼，兩端設置限位裝置，下拉桿拉住側模下口。側模自帶操作平臺，方便施工。

端模采用分體組合式，張拉槽口模板與端模配合使用，采用斜撐及螺栓固定，方便裝拆。

模具均采用厚10 mm鋼板高精度加工以減小模板變形。模板使用前進行質量檢驗，檢驗內容包括模板的尺寸、拼接縫隙、平整度、垂直度、光潔度。

蓋梁模板安裝過程共有5個步驟，步驟之間不允許發生跳步加工，邊安裝邊測量，確保精度得到控制：安裝底模及側模軌道→在側模軌道上安裝好2個側模，等待鋼筋籠定位安放→吊裝蓋梁鋼筋籠，確保鋼筋籠與底模準確結合→通過側模軌道將側模安放到位，確保側模位置精確→安放端模。

2.2 模具移動系統

采用傳統模具體系時，側模是散拆式，依靠行車吊運，行車起吊、運轉模具需要把控好吊點，嚴格按照起吊步驟進行操作，耗時費力，耽誤施工進度。

S3蓋梁模板配有新型三向移動系統：縱向移動系統、橫向移動系統和升降系統（圖5）。在模板結構體系中，單側模板一般安裝3組三向移動系統，3組三向移動系統同步工作。

圖5 側模移動系統

縱向移動系統通過電動機的運轉，帶動側模在軌道上前后移動；橫向移動系統由3組油缸組成，通過油缸使側模產生橫向的移動，以便在安裝模板或者拆模的過程中靠近或遠離構件；升降系統由12組小油缸和12組精加工螺紋鋼組成，在安裝模板的過程中，當橫向移動系統操作到位后，通過升降系統將側模推升到需預制的構件外形尺寸位置，然后將精加工螺紋鋼通過旋鈕頂升到支撐架上。精加工螺紋鋼的作用是分擔小油缸的壓力，使模板體系更加穩定，生成完成后拆模就是將精加工螺紋鋼支撐通過旋鈕降低，卸載小油缸側模降低，最后通過橫向移動系統將側模與構件分離。

3 預制蓋梁生產工藝與技術

3.1 鋼筋工藝與技術

3.1.1 鋼筋籠胎架設計

鋼筋籠于專用胎架上制作加工成型，蓋梁鋼筋籠胎架由底座、支架、掛片及定位平臺等4個部分組成（圖6）。

圖6 蓋梁鋼筋籠胎架效果

為保證鋼筋籠支撐穩定，定位體系布置保證主要受力鋼筋不變形，保證預制拼裝的灌漿連接套筒的定位精度，蓋梁定位框架固定焊接在底架上，在胎架下部增加套筒定位鋼板，底架分段制作，現場拼裝焊接成整體；掛片包括頂部橫梁和下部橫梁。

鋼筋籠胎架拼裝前，對其各個部件進行驗收復測，尤其是套筒定位板及定位框架位置更需精確測量。拼裝過程中要求胎架底座安裝水平，精度控制在2 mm內。各支架安裝要求位置精確、狀態垂直，精度控制在2 mm內。胎架安裝完成后對各支架整體測量，保證每個框架在同一條線上，防止主筋安裝時產生彎扭。

3.1.2 鋼筋加工

鋼筋運輸、存放及加工過程應避免發生銹蝕、污染或被壓彎的情況，對于預留鋼筋外露部分，采取塑料布包裹的臨時防護措施，防止鋼筋銹蝕。

預制蓋梁鋼筋采用φ12～φ16 mm盤螺鋼筋，使用MEP鋼筋數控彎曲剪切中心進行棒材的剪切及彎曲，并由MEP盤鋼全自動鋼筋成型彎箍機進行調直、剪切及彎配（圖7），可以定尺加工，無需連接，若遇特殊情況需要連接，采用搭接或焊接；φ25～φ32 mm的鋼筋采用機械連接，擬采用鐓粗直螺紋工藝進行連接；φ40 mm鋼筋為套筒內錨固鋼筋，整根制作，不做接頭。下料長度偏差嚴格控制在2 mm以內，同時保持切割斷面平整光滑，以保證鋼筋尺寸符合相關要求，且精度控制在2 mm以內。

圖7 鋸床（GB4240）和MEP鋼筋數控自動鋼筋成型彎箍機

構件主筋采用直螺紋機械連接接頭的形式進行連接，接頭連接按照行業標準JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術規程》，在保證連接性能可靠的同時增加鋼筋的使用效率，減少廢料鋼筋的總量。整個直螺紋成套設備由400 t油壓機、滾絲機及鋼筋擺放平臺組成。

3.1.3 灌漿套筒

整體灌漿連接型套筒一端為預制安裝端，另一端為現場拼裝端，套筒中間設置鋼筋限位擋板；預制安裝端以及現場拼裝端地長度均不小于10倍被連接縱鋼筋直徑，現場拼裝端內徑尺寸宜為50 mm；套筒下端應設置壓漿口，套筒上端應設置出漿口，壓漿口與端部凈距應大于2 cm；套筒制作的允許誤差為2 mm。灌漿連接套筒應符合標準JG/T 398—2012《鋼筋連接用灌漿套筒》的要求。灌漿連接套筒采用球墨鑄鐵制造，材料應符合GB/T 1348—2009《球墨鑄鐵件》的規定，其材料性能還應符合以下規定：抗拉強度≥550 MPa，斷后伸長率≥5%，球化率≥85%，硬度180～250。

灌漿連接套筒與高強無收縮水泥灌漿料組合體系性能應符合JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術規程》中Ⅰ級連接接頭要求，試件實測抗拉強度大于等于鋼筋抗拉鋼筋強度。保證灌漿連接套筒相關的附屬配件合格，如止漿塞、壓漿管、出漿管、定位銷等。灌漿連接套筒在存放和運輸過程中，應采取防護措施，防止污染、生銹、損傷。保證預制拼裝的灌漿連接套筒的精確定位，故使用套筒定位鋼板。

3.1.4 蓋梁鋼筋籠制作

預制蓋梁鋼筋籠的加工采用鋼筋模塊化精加工的理念，鋼筋籠制作允許偏差為2 mm。鋼筋籠除預制連接套筒模塊外均在胎架上完成綁扎。

整個綁扎過程共分8步，不允許發生跳步加工，整個過程邊加工邊測量，確保每一步加工的精度得到控制：在胎架內安裝連接套筒定位板，并制作套筒模塊→安裝蓋梁頂部主筋→安裝蓋梁預制部分的箍筋→安裝蓋梁預制部分底部主筋→安裝波紋管，并用短鋼筋定位，按500 mm間距布置固定支架→安裝側面主筋→安裝橫向及豎向拉鉤→其他輔助裝置安裝。

抗震擋塊和支座墊石的預留筋需要按照施工圖紙準確定位、安裝。防雷接地板采用100 mm×100 mm×8 mm表面鍍鋅預埋鋼板。蓋梁吊裝吊點為四點預制吊環，吊點布置橫橋向依照設計圖紙要求在蓋梁兩端以內3 m處，縱橋向距蓋梁邊緣600 mm。吊點采用預埋鋼絞線形式，鋼絞線采用φs15.2 mm，鋼絞線埋深1 200 mm，表面伸出長度為200 mm，預埋的最底部采用錨板及P錨擠壓套的形式加強。單根鋼絞線吊重不超過15 t。吊點處的鋼絞線采用鐵皮管包裹，以加強鋼絞線吊點的局部抗剪能力，鐵管長度為400 mm，形狀為R=50的圓?。▓D8）。

圖8 蓋梁吊裝專用吊索具

3.2 混凝土工藝與技術

3.2.1 混凝土配比技術要求

采用大摻量復合膠凝材料高性能混凝土配制方法：選擇高質量的砂、石、水泥及礦物摻合料，以充分保證砂填充石的間隙、膠凝材料填充砂的間隙，保證混凝土的致密性和施工的和易性，達到清水混凝土的要求。摻加優質粉煤灰、礦粉等礦物活性摻合料以減少水泥用量，控制干縮變形，有利于混凝土的防裂，滿足收縮、徐變的要求，同時具有明顯抑制混凝土的抗堿-骨料反應性能。選用外加劑根據結構要求采用聚羧酸系低含氣量減水劑，減水率大于25%，混凝土收縮比小于100%，保坍效果極佳；利于混凝土澆灌成型質量的保證，早期強度的發展，降低水膠比、減少混凝土收縮?；炷僚浜媳仍O計應滿足主要技術指標、設計的強度等級、耐久性要求等，并滿足施工要求。

預制蓋梁混凝土原材料指標：水泥選用品質穩定、強度等級不低于52.5的硅酸鹽水泥；粉煤灰、磨細礦渣粉等礦物摻合料符合JTG/T F50—2015《公路路面基層施工技術細則》中的規定的要求；粗骨料選用粒徑≤20 mm的整形石，加工形式為反擊破式，且針片狀含量不大于6%，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%；細骨料采用Ⅱ區的中砂，含泥量不大于3%，泥塊含量不大于1%，細度模數不低于2.5；采用高性能聚羧酸減水劑，減水率不小于25%，嚴格按照規范，確保砂石稱重計量誤差在0～2%，水泥、外加劑、摻合物稱重計量誤差在0～1%，并保證攪拌時間不少于180 s。

3.2.2 混凝土澆筑

混凝土攪拌車運輸混凝土，泵車泵送混凝土，混凝土澆筑采用橡膠導管澆筑方式，有效控制跌落高度在1.0～1.5 m范圍內，不允許超過2 m的跌落高度。混凝土運輸車到場后，必須要求其高速自拌30 s以上。澆筑時，由班組指定人員放料并應做到勻速不外溢。泵車應做到合理控制打料速率，保證混凝土質量。

高性能混凝土一次性澆筑完成。蓋梁澆筑時，采取從蓋梁的一端（起始端）向另一端（結束端）連續澆筑的方式?；炷琳駬v時，在蓋梁的兩側架梁區域內每側各設立2條振搗棒。振搗時，班組要對蓋梁的底部、套筒周邊區域、鋼筋密集區域、鋼筋籠側面邊角處，進行多點布棒加強振搗，確保該區域內混凝土質量密實。

采用50型振搗棒，每個澆筑面上布棒間距不超過50 cm，每邊振搗點2個交替錯位向前振搗，每個點布料、振搗時間不小于1 min。施工時，由專人負責觀測混凝土入模情況，對混凝土性能作出初步判定，以便及時反饋給現場的試驗人員。達到收水面時，各安排1名收水工及時進行收水工作。收水后，應嚴格控制橫向平整度，滿足縱向水平坡度。

模板可于混凝土澆筑完成12 h后拆除，拆除后應及時對構件混凝土進行噴淋養護工作，構件養護采用水管直接噴淋養護。

4 結語

通過優化蓋梁模具構造，我們在拆模移動系統中采用了電機系統、液壓系統及控制系統，從而實現了蓋梁生產的高度機械化。同時我們還通過小車的移動來實現側模的移動，無需復雜的操作就可以快捷地實現模具的安裝和拆卸，從而簡化了施工中模具的拼接與拆卸，縮減了生產成本，節省了因為模具拆除而耗費的工時，同時避免了傳統蓋梁模具所帶來的拼接縫導致的漏漿問題，提高了模具周轉率，節約了模具材料[11-14]。

與此相配套，鋼筋采用全自動進口切割彎曲技術，以方便鋼筋精準加工。采用快強高性能混凝土，強度質量和外觀質量都得到了良好保證。蓋梁模具優化與施工工藝的改進在一定程度上提高了生產率，使蓋梁預制技術得到進一步得到發展。