模塊化裝配式成型鋼筋骨架技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

李 陽，楊廣軍，王培森，趙而年

（1. 山東省公路橋梁建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2. 山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

引言

交通工程工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化是施工行業(yè)進(jìn)行新舊動能轉(zhuǎn)換、產(chǎn)業(yè)升級的必由之路，按照大工業(yè)生產(chǎn)方式改造交通基礎(chǔ)建設(shè)，使之逐步從手工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向社會化大生產(chǎn)過程。交通工業(yè)化的基本途徑是交通工程基礎(chǔ)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化，施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化，以提高勞動生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度，降低工程成本，提高工程質(zhì)量[1-3]。

目前，交通基礎(chǔ)建設(shè)模塊化鋼筋骨架應(yīng)用技術(shù)尚不成熟，尤其橋梁建設(shè)構(gòu)件鋼筋加工工業(yè)水平低，僅為鋼筋下料、彎曲半成品階段采用較為先進(jìn)加工設(shè)備。傳統(tǒng)鋼筋骨架也僅限于簡單連接，且連接過程耗時較長，連接處質(zhì)量不易控制，且無法實現(xiàn)多模塊的連接，制約交通基礎(chǔ)建設(shè)工業(yè)化水平。本文結(jié)合具體橋梁工程項目，探索模塊化裝配式成型鋼筋骨架技術(shù)的施工應(yīng)用。

1 工程概況

項目所在地為湖區(qū)，地形復(fù)雜、河道交錯，施工作業(yè)空間狹窄，施工期間材料、設(shè)備的組織及運(yùn)輸困難，施工交叉、干擾嚴(yán)重，施工組織難度大。項目關(guān)鍵工程京杭運(yùn)河主航道橋為95 m+210 m+95 m 雙塔三跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，雙面索布置，上部主梁采用雙邊箱混凝土和H 型雙柱鋼筋混凝土橋塔，橋塔高66.2 m。主線橋采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋墩采用矩形實心墩。

工程1#、2#主索塔為H 型橋塔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分為方形墩柱、上塔柱和下塔柱，見圖1。方形墩柱高6.5 m，橋塔上塔柱高66.2 m，1#下塔柱高13.7 m，2#下塔柱高11.5 m。順橋向上塔柱寬7 m，下塔柱寬7 ～9 m，按照圓弧形變化。上塔柱壁厚為80/90 cm，下塔柱底部壁厚120 cm，底部設(shè)2 m 高實心段。橫橋向上塔柱寬3.5 m，下塔柱寬3.5 ～6m。橋塔中部設(shè)置兩道橫梁，下橫梁長40.65 m，寬6.60 m，高4.0 m；頂?shù)装搴?.8 m，腹板壁厚1.0 m；上橫梁長34.05 m，寬6.80 m，高3.20 m；頂?shù)装搴?.7 m，腹板壁厚0.7 m。橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，下橫梁兩側(cè)跟隨塔柱同步進(jìn)行澆筑，上橫梁兩側(cè)跟隨塔柱采用爬模系統(tǒng)同步進(jìn)行澆筑，澆筑完成后進(jìn)行鋼絞線張拉。橋塔頂部塔冠構(gòu)造選取荷花花蕾造型，設(shè)兩層階梯擴(kuò)大構(gòu)造，每層分別長1.9 m，塔冠采用鋼結(jié)構(gòu)。

圖1 主索塔構(gòu)造/cm

2 新型錐套鎖緊鋼筋機(jī)械接頭

工程主索塔的墩柱和塔柱鋼筋加工制作在后場鋼筋加工車間進(jìn)行，普通鋼筋為直徑16、20、22、32 mm 的HRB400 鋼筋，主筋采用直徑32 mm 的HRB400 鋼筋，按照同一斷面上接頭錯開50%，上、下斷面間距不小于45 d（d 為鋼筋直徑）。主筋采用錐套鎖緊接頭連接[4]。

2.1 新型錐套鎖緊鋼筋接頭設(shè)計

鋼筋連接采用錐套鎖緊接頭，見圖2。錐套接頭由2 個錐套、3 片鎖片、1 個保持架組成。將待連接鋼筋插入鎖片兩端、頂緊保持架，然后將錐套套入鎖片的兩端，用專用工具軸向擠壓錐套至錐套鎖緊，連接完成。錐套軸向夾緊的同時，推動鎖片徑向緊緊抱住鋼筋，鎖片自帶螺牙會咬入鋼筋肋部，從而實現(xiàn)連接鋼筋的目的，且同一斷面無需錯開接頭，提高鋼筋利用率。

圖2 新型錐套鎖緊鋼筋接頭

錐套鎖緊接頭連接技術(shù)的優(yōu)勢：機(jī)械化作業(yè)，節(jié)省人力成本；適應(yīng)模塊化鋼筋構(gòu)件的整體連接，解決連接難點；質(zhì)量優(yōu)異、穩(wěn)定，人為管控因素少，保證連接安全。

2.2 新型錐套鎖緊鋼筋接頭力學(xué)性能試驗研究

根據(jù)《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 107—2016）[5]中對于鋼筋機(jī)械接頭試驗要求，對直徑為32 mm 的HRB400 鋼筋試件和錐套鎖緊接頭試件的力學(xué)性能進(jìn)行試驗測試，研究并檢驗錐套鎖緊接頭的連接性能。試驗中分別對新型錐套鎖緊鋼筋接頭進(jìn)行單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓、大變形反復(fù)拉壓試驗，測試其極限抗拉強(qiáng)度、殘余變形、最大力總伸長率等，研究其強(qiáng)度指標(biāo)和變形性能。試驗結(jié)果見表1 ～表4。

表1 母材力學(xué)指標(biāo)試驗結(jié)果

表2 單向拉伸性能試驗結(jié)果

表3 高應(yīng)力反復(fù)拉壓結(jié)果

表4 大變形反復(fù)拉壓試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，采用的新型錐套鎖緊鋼筋接頭滿足技術(shù)規(guī)程的各項指標(biāo)要求。

3 鋼筋模塊化施工技術(shù)

對于大型橋梁工程的主索塔施工，鋼筋的安裝通常采用節(jié)段單根機(jī)械連接接長的方式。本工程結(jié)合自身結(jié)構(gòu)特點，針對不同構(gòu)件、位置鋼筋加工采取不同模塊化方式，優(yōu)化模塊式鋼筋骨架場地規(guī)劃、骨架綁扎、構(gòu)件的起吊、運(yùn)輸、安裝，提高大直徑、大體量鋼筋的安裝效率，降低人力、資金投入及安全風(fēng)險，縮短施工工期。方形墩柱、塔柱分別構(gòu)建模塊化鋼筋骨架，按照工藝要求與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)協(xié)同施工。

3.1 施工設(shè)備選擇

針對主索塔特殊結(jié)構(gòu)形式，將施工流程分為方形墩柱、下塔柱、橫梁、上塔柱和塔冠分步進(jìn)行。由于墩柱和塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，塔冠為鋼結(jié)構(gòu)，在墩柱和上、下塔柱施工時采用鋼筋模塊化技術(shù)，將主筋與箍筋在場地內(nèi)拼裝成塊，利用大型起重設(shè)備一次運(yùn)輸起吊到位，再通過人工快速固定，實現(xiàn)主索塔鋼筋模塊化安裝。所需主要設(shè)備見表5。

表5 主要施工機(jī)械設(shè)備

3.2 墩柱、下塔柱鋼筋模塊化施工

鋼筋骨架的模塊化加工順序為先安裝并接長主筋，再安裝環(huán)向水平筋，最后安裝拉鉤鋼筋。主筋之間通過錐套鎖緊接頭連接，見圖3，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進(jìn)行操作，確保滿足設(shè)計及規(guī)范規(guī)定，鋼筋骨架加工完畢后，塔吊吊起骨架，將其與下部主筋對接，再根據(jù)主筋位置將主筋定位固定。墩柱、下塔柱施工流程見圖4。

圖3 主筋錐套鎖緊接頭連接

圖4 墩柱、下塔柱施工流程

3.3 上塔柱鋼筋模塊化施工

上塔柱施工流程見圖5。由于上塔柱被橫梁分為兩部分，針對不同位置的構(gòu)件，鋼筋加工采取不同的模塊化方式，其骨架的模塊化加工順序與墩柱和下塔柱類似，主筋之間通過錐套鎖緊接頭連接。

與下塔柱不同，上塔架采用輕型液壓自動爬模體系四面爬升施工，共13 段，從上塔柱底部到塔冠由下而上高度為4.6 m+5×4.8 m+4.9 m+5.2 m+4×4.8 m+5.1 m，爬模自升逐節(jié)段施工過程中，及時安裝、接高塔柱水平支撐、塔吊附著、爬梯導(dǎo)軌、及水電管路等，用于完成混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等橋塔施工的全部工作。

圖5 上塔柱施工流程

主索塔的墩柱和塔柱鋼筋以大直徑鋼筋為主，鋼筋、鋼筋骨架剛度較大，采用傳統(tǒng)的鋼筋墊塊無法確保鋼筋的保護(hù)層厚度滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010（2015 版））[6]中的相關(guān)要求。因此，在勁性骨架安裝完成后，設(shè)置上下兩層定位筋進(jìn)行保護(hù)層厚度控制。在施工過程中，隨時監(jiān)測鋼筋骨架尺寸、主筋間距、箍筋間距、混凝土強(qiáng)度、混凝土保護(hù)層厚度、塔柱傾斜度等參數(shù)，確保工程安全、可靠。

4 結(jié)語

（1）模塊化裝配式成型鋼筋骨架及連接技術(shù)能夠解決目前交通基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)鋼筋模塊式施工技術(shù)問題，提高模塊式鋼筋骨架工業(yè)化生產(chǎn)，解決交通基礎(chǔ)建設(shè)模塊式鋼筋骨架生產(chǎn)水平低、工業(yè)程度不高等問題。（2）模塊化鋼筋成套骨架及連接技術(shù)突破了鋼筋連接的技術(shù)瓶頸限制，可以提高交通基建建設(shè)預(yù)制構(gòu)件種類、比例，以及在特殊環(huán)境下，如海上作業(yè)、跨江河、峽谷作業(yè)的特大型橋梁高墩柱、索塔作業(yè)，模塊化鋼筋成套骨架安裝可以有效解決施工環(huán)境不利因素，提高施工質(zhì)量、解決安全隱患、提高施工進(jìn)度。（3）以本橋梁工程主索塔為例，采用模塊化鋼筋成套骨架施工技術(shù)，單節(jié)塔柱澆筑節(jié)可節(jié)約2 ～3 d 時間，整座橋預(yù)計提前竣工1 個月，具有較高的經(jīng)濟(jì)、社會效益。