鋼筋籠滾焊機在地鐵車站深基坑支護施工中的應用

胡 世 亮

(上海城建市政工程(集團)有限公司，上海 200032)

1 概述

隨著城市化進程的加快，我國的地鐵建設市場規模正在不斷擴大。相關資料顯示，“十三五”期間全國城市軌道交通總建設里程將超過3 000 km，總投資將超過15 000 億元，毋庸置疑，中國已成為世界最大的地鐵工程建設市場。以鉆孔灌注樁作為圍護結構的明挖地鐵車站深基坑，圍護結構質量是確保基坑開挖安全的重要措施，而鋼筋籠加工質量是評價鉆孔灌注樁優劣的主要依據之一。鉆孔灌注樁鋼筋籠是由主筋和纏繞箍筋共同組成的鋼筋骨架，受存儲成本、半成品保護、生產工藝以及施工場地等因素影響，鉆孔灌注樁鋼筋籠一般很難實現工廠化提前制作，傳統工藝一般采用人工加工制作鋼筋籠，由于人工操作水平參差不齊，鋼筋籠制作質量、生產效率等均難以得到有效保證，這就對現場施工工藝優化提出了新的要求。

長期以來，鋼筋籠滾焊機加工鉆孔灌注樁鋼筋籠因效率高、加工質量穩定、經濟效益較好等優點在橋梁、公路等施工領域得到了較為廣泛的應用[1]，工程經驗表明該工藝更利于實現規范施工、以人為本、安全環保的管理要求[2]。因此，在以鉆孔灌注樁為支護形式的地鐵車站深基坑施工過程中采用鋼筋籠滾焊機加工制作鋼筋籠是保障質量安全和提高生產速度的有效手段之一。

2 滾焊機工藝原理及工藝流程

2.1 工藝原理

鋼筋籠滾焊機是一種數控加工鋼筋籠的設備，主要由鋼筋調直機構、鋼筋籠支架以及傳動機構幾個部分組成，能夠將鋼筋的矯直、彎曲成型、滾焊成型等工藝有機的融合在一起，首先通過人工將鋼筋籠主筋固定在加勁箍上，然后把螺旋箍筋(盤筋)端頭與主筋焊接在一起，利用滾籠支架轉動采用人工方式將盤筋均勻的纏繞在主筋上，同時進行焊接，采用自動化或半自動化方法完成纏繞及成型等工序，最終形成鋼筋籠成品[3]。設備可直接加工直徑范圍為φ5～φ16的箍筋，螺旋箍筋間距可通過手動方式在50 mm～450 mm范圍內任意調整。

2.2 工藝流程

鋼筋籠滾焊機的工藝流程大致可分為加勁箍制作與固定、主筋下料、螺旋箍筋下料并固定、焊接成型、卸籠等主要工序，施工工藝流程如圖1所示。

1)加勁箍制作與固定。

半自動式鋼筋籠滾焊機在主筋下料前需按照圖紙要求加工制作加勁箍并固定在滾動支架上，加勁箍間距一般2 m/個。而全自動滾焊機先成型籠后置內加勁箍，更有利于確保鋼筋籠的同心度。

2)主筋下料。

通過人工方式將主筋按圖紙間距要求均勻分布并固定在加勁箍上，焊接牢固。鋼筋籠一次成型長度取決于滾動支架安裝長度及設備滾動電機負荷，對于分段制作的鉆孔灌注樁鋼筋籠可一次性加工制作15 m長度范圍的鋼筋籠。

3)螺旋箍筋下料。

鉆孔灌注樁鋼筋籠對螺旋箍筋的纏繞間距要求十分嚴格，施工時首先將螺旋箍筋纏繞在繞絲機上，然后將鋼筋穿過矯直機構，并將螺旋箍筋端頭與鋼筋籠主筋交叉焊接固定。為防止纏繞過程中發生脫落，螺旋箍筋端頭可做彎鉤與主筋焊接牢固。

4)焊接成型。

預啟動滾焊機，鋼筋籠端部(500 mm范圍內)焊接可在螺旋箍筋并排連續纏繞幾圈后采用滿焊(點焊)與主筋牢固焊接在一起。

端部焊接完成后正式啟動鋼筋籠滾焊機和繞絲機，隨滾動支架帶動主筋籠轉動，按圖紙間距要求將螺旋箍筋均勻的纏繞于主筋上，局部間距不滿足要求的位置需進行適當調整。纏繞完成后可采用梅花焊的形式將螺旋箍筋與主筋焊接牢固。

鋼筋籠尾部(500 mm范圍)焊接需暫停焊接后繼續啟動滾焊機，連續纏繞數圈后再將螺旋箍筋末端與鋼筋籠主筋焊接固定。需要指出的是，對于分段制作加工的鋼筋籠在后期接籠過程中需將螺旋箍筋按間距拉長，故其末端連續纏繞圈數需根據接長需要通過計算確定，以保證鋼筋籠接長后螺旋箍筋的整體間距滿足要求。

5)鋼筋籠加工完成后可通過吊裝或人工滾動的方式從滾動支架上移動至成品堆放區。

3 優勢分析

3.1 相比人工作業，鋼筋籠生產質量穩定可靠

施工經驗表明，傳統人工生產的鋼筋籠經常出現纏繞間距誤差偏大、鋼筋纏繞不緊導致鋼筋籠整體松散，并且會出現鋼筋因焊接產生熱變形而導致鋼筋籠整體變形的情況，對于直徑大于10 mm以上的螺旋箍筋或箍筋間距較密時，人工生產更難保證加工質量,如圖2所示。

20世紀中葉開始，英國率先開始采用滾焊機加工制作鋼筋籠，它是集鋼筋矯直、彎曲纏繞、滾焊成型等功能于一體數控機加工設備。滾焊機的出現解決了傳統人工制作而無法避免的質量通病，并且實現了鋼筋籠機械化、規模化、標準化生產。滾焊機采用滾動支架帶動主籠旋轉，螺旋箍筋與主筋固定更緊密，間距均勻且精度更高，鋼筋籠直徑保持一致，分段制作時后期接籠施工更容易控制，加工質量穩定可靠，基本可實現“免檢”，如圖3所示。

3.2 節省材料

為保證鋼筋籠的生產質量符合規范要求，傳統人工加工制作鋼筋籠經常因螺旋箍筋纏繞間距不均勻、局部纏繞不緊密等原因需將鋼筋切斷后矯正，再次生產時需要將螺旋箍筋搭接后才能繼續纏繞加工，因此搭接長度便造成了一定程度上的材料浪費(如箍筋、焊材等)。采用滾焊機制作鋼筋籠螺旋箍筋無需搭接，一次加工成型，總體上可節約材料約1%。

3.3 生產效率大幅提高，生產成本大幅降低

生產效率方面，傳統人工制作效率往往取決于工人數量，例如一個8人的生產班組，其單工日生產鋼筋籠長度最多為100 m以內，并且工人操作水平的參差不齊導致鋼筋籠質量較難得到保證。采用滾焊機加工制作鋼筋籠精度高，單臺滾焊機在配置4個人工的情況下單工日鋼筋籠生產長度即能達200 m左右，完全可滿足現場樁基成孔作業的進度要求。

表1表明，采用滾焊機加工制作鋼筋籠單工日總產能是傳統人工制作的2倍，人工可節省1/2，在人均工資相同時每米鋼筋籠人工生產成本節約3/4。相關研究資料[2]表明，在加工約1 500 t以上鋼筋籠后即可完成全部設備投資回收。

綜上所述，采用機械制作鋼筋籠具有無與倫比的經濟指標優勢。

表1 機械制作與人工制作鋼筋籠經濟指標對比(單工日)

4 結語

1)鋼筋籠滾焊機是集多道鋼筋加工工序于一體的數控加工設備，機械化程度高，箍筋間距分布均勻，鋼筋籠制作質量穩定可靠。全自動鋼筋籠滾焊機可確保鋼筋籠的同心度，更利于分段制作的鋼筋籠在后期接籠時保證主筋有效搭接。

2)采用鋼筋籠滾焊機可使鋼筋籠加工基本上實現機械化和自動化，減少了傳統人工生產各個工序間的工藝時間和配合偏差，生產效率較人工制作可提高1倍，生產成本僅為人工制作的1/4左右，生產成本大幅降低，設備投資回報率較高。

3)以鉆孔灌注樁作為圍護結構形式的地鐵車站深基坑，采用鋼筋籠滾焊機加工制作鋼筋籠是保證圍護結構質量的有效措施之一，在質量標準、成本控制以及進度控制方面均具有明顯優勢，因此在地鐵車站深基坑施工過程中推廣應用滾焊機具有明顯的經濟效益。

4)鋼筋籠滾焊機是多軸協同作用的數控機加工設備，因此開展多軸協調控制精度方面的研究對滾焊機的發展與推廣具有重要意義。