大型沉箱鋼筋分段預制裝配安裝技術

駱千珺，任旭龍

(1.北部灣港股份有限公司，廣西 北海 536000；2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002)

1 工程概況

欽州港大欖坪港區大欖坪南作業區9#、10#泊位工程為2個新建10萬噸級自動化集裝箱泊位，為沉箱重力式結構，泊位長度783 m，工程共預制A1～A4型沉箱33座(圖1)，沉箱長23.92 m、寬15.8 m、高21 m，分5段預制(3.0 m+4×4.5 m)，沉箱底板鋼筋采用現場綁扎工藝，沉箱外墻和隔墻鋼筋采用預制裝配安裝工藝，沉箱施工參數見表1。

圖1 預制沉箱

表1 沉箱施工參數

2 鋼筋分段預制裝配安裝技術的優點

傳統沉箱預制鋼筋綁扎工藝采用鋼筋分片綁扎吊裝+高空穿筋綁扎工藝。外墻及縱向隔墻鋼筋網片分次吊裝，吊裝次數多；鋼筋安裝過程中起重設備全程作業，設備耗時長、利用率低；外墻、縱向隔墻鋼筋網片依次吊裝就位，網片安裝存在不同程度的豎直度和平面位置偏差，各鋼筋網片連接固定后形成的鋼筋骨架豎直度及骨架外輪廓尺寸[1]累計偏差較大。由于外墻及縱向隔墻安裝形成鋼筋骨架后，橫向隔墻無法安裝就位，只能通過現場綁扎形式完成，其豎向鋼筋在鋼筋綁扎內芯上完成作業，安全較有保障，但其水平鋼筋須采用吊車輔助鋼制作業平臺進行高空穿筋作業，受天氣情況、設備狀況、人為操作等因素影響，存在較大的安全風險。

深入剖析傳統鋼筋綁扎施工工藝，解決起重設備占用問題最有效的措施就是減少吊裝次數，減小鋼筋骨架外輪廓尺寸及鋼筋保護層厚度偏差最直接的措施是將分片組裝調整為整體裝配，消除起重設備吊人高空穿筋作業最根本的方式是地面整體綁扎[2]。綜合三方面因素，提出鋼筋分段預制裝配安裝工藝，其優點是：鋼筋骨架一次吊裝就位，大幅減少吊裝次數，縮短起重設備占用時間；定型定尺綁扎成型，骨架整體尺寸一致，鋼筋保護層厚度偏差控制水平大幅提升；在地面作業，消除高空吊人作業風險、提升本質安全。

3 鋼筋分段預制裝配安裝技術

3.1 智能加工技術

為確保每根豎向鋼筋準確搭接，須控制鋼筋骨架外輪廓尺寸。鋼筋下料成型偏差是鋼筋骨架偏差的一個重要因素，傳統鋼筋下料成型作業多采用半自動設備完成，受人工影響。選用智能鋼筋設備，通過設備組合形成鋼筋對焊剪切彎曲聯動生產線，由設備自行控制完成所需鋼筋的下料及彎曲成型，數控設備定尺、定型控制精準度高，保證了鋼筋半成品尺寸的加工精度。

3.2 鋼筋分段預制技術

為消除吊裝過程鋼筋變形，須控制鋼筋吊裝變形。鋼筋分段預制安裝將鋼筋骨架在地面預綁扎成型，通過一次吊裝就位措施消除鋼筋安裝的累計偏差。通過固定的定位工裝實現各次吊裝段骨架輪廓尺寸一致、骨架豎向鋼筋位置一致。

3.2.1鋼筋分段預制胎架設計

鋼筋分段預制胎架[3]為鋼結構整體綁扎架，所有的鋼筋僅需按預定位置擺放和綁扎固定，無須考慮定位和輪廓尺寸問題，按照使用功能分為內架、外架、調平層及鋼筋限位4部分。內架和外架是鋼筋整體綁扎施工操作平臺；調平層主要用來調整鋼筋底端位置，確保鋼筋處于同一水平面上；鋼筋限位包括了豎向鋼筋底端限位、豎向鋼筋頂端限位、水平鋼筋限位及鋼筋網片排距限位。

1)內架和外架。按沉箱分段高度，考慮人員操作空間，確定內架和外架平臺按2層設計，內架采用傳統鋼筋綁扎操作平臺、外架設計為門字形鋼架，采用3 mm厚鋼板及槽鋼加工制作。內架和外架尺寸根據沉箱尺度確定，與隔墻、外墻間預留200 mm寬的施工空間。內架和外架組裝效果見圖2。

圖2 內架、外架組裝效果

2)調平層。鋼筋預制胎架安裝在具有一定坡度的混凝土面層上，高程不統一。若豎向鋼筋直接以面層為承托面，則會出現骨架成型后豎向鋼筋高低不平的情況，同時會影響鋼筋骨架垂直度。為確保接茬鋼筋外漏長度統一，鋼筋垂直度控制盡可能基于同一平面，在預制胎架底部設置鋼結構調平層。調平層斷面結構見圖3。

圖3 調平層斷面結構

3.2.2鋼筋限位設計

1)豎向鋼筋底端限位設計。考慮上下層鋼筋綁扎錯位搭接，依托調平層在鋼筋綁扎架底部設置雙排8字形雙孔限位板，板間距為鋼筋網片設計排距、限位孔間距為豎向鋼筋間距。限位板采用4～6 mm厚鋼板激光切割加工，間斷點焊固定于調平層上，對鋼筋網片底部排距、豎向鋼筋間距進行精確控制。

2)水平鋼筋限位。綜合考慮整體鋼筋骨架脫胎的平順性及水平鋼筋限位安裝的便捷性，設計旋轉立柱式水平限位裝置，由杯式軸承、鋼管、圓鋼3部分焊接加工。軸承作為旋轉主體，實現立柱原位轉動；鋼管作為限位載體，確保各水平限位桿可靠連接；圓鋼為水平限位桿，按水平鋼筋間距焊接在鋼管上。鋼筋限位裝置見圖4。

圖4 鋼筋限位裝置

3)豎向鋼筋頂端限位。豎向鋼筋頂端限位原理同底端限位，將8字形雙孔限位裝置調整為3字形雙孔限位裝置。鋼筋網片排距依靠吊裝架主梁進行控制，主梁寬度按照鋼筋網片內側凈距加工，保證鋼筋綁扎后網片間距符合設計及規范要求。

4)鋼筋網片排距控制。應用傳統勁性骨架工藝提高鋼筋網片剛度，減小鋼筋中段變形。

3.3 分段鋼筋裝配安裝技術

為實現鋼筋整體精準就位，須控制鋼筋定位安裝。為消除大尺寸鋼筋骨架吊裝施工變形影響，擯棄傳統鋼絲繩柔性連接吊裝形式，采用吊裝架與鋼筋連接設計形式。

3.3.1整體吊裝架設計

整體吊裝架按功能分為支腿、框架梁、吊點和連接系4部分，支腿主要起支持作用，保證框架梁不依靠任何承托能獨立站立且始終保持在同一高度上；框架梁為吊裝架的關鍵結構，起到控制鋼筋骨架頂口輪廓尺寸和抵抗吊裝變形的作用；吊點則作為起重設備吊裝架及鋼筋骨架整體吊運的連接點；連接系為保證鋼筋同框架梁連接的關鍵部分，實現了鋼筋骨架同吊裝架的鋼筋連接。

1)吊裝架設計。吊裝架為網狀框架結構，由縱橫主梁構成，各主梁間距為沉箱外墻及縱向、橫向隔墻的中心距離；各主梁采用矩形鋼截面，截面寬度為對應墻體鋼筋網片內側凈距，按沉箱豎向分段高度，單段鋼筋質量為39.2 t；整體吊裝架質量為19 t，模擬施工工況，采用MIDAS/Civil軟件進行吊裝架強度、撓度及穩定性驗算，主梁建立梁單元模型、鋼絲繩建立索單元模型。經計算，主梁采用δ=12 mm和δ=14 mm厚Q235鋼板加工焊接，梁高度為350 mm；配置16個吊點，由8根φ38 mm鋼絲繩進行吊裝作業，吊點由20 mm厚鋼板加工而成，可靠焊接在框架梁上。

在框架梁底部布置了16根方管支腿，可以單獨立在鋼筋預制臺座上且具備細定位功能，吊裝架平面布置見圖5。

圖5 整體吊裝架平面布置

2)整體吊裝架連接設計。傳統鋼筋網片通過鋼絲繩同吊裝架連接，吊裝過程中在網片的吊點位置易出現較大變形。整體吊裝架在框架梁上增加連接系，采用夾具式鎖緊裝置，利用螺栓鎖緊力將豎向鋼筋夾緊在吊裝架主梁上，使得全部豎向鋼筋參與吊裝受力，將起吊集中力轉化為均布荷載，消除鋼筋吊裝局部變形。

3.3.2鋼筋骨架裝配安裝設計

鋼筋骨架裝配采用三級定位安裝工藝，在已澆筑沉箱四角安裝倉格內芯模板進行吊裝實現一級粗定位；在已澆筑沉箱外墻上側利用吊裝架上的定位立柱，進行二級細定位；利用縱橫墻24個交叉點，使下段豎向外露榫狀鋼筋與上段豎向鋼筋實現三級被動約束精準定位，見圖6。

圖6 鋼筋安裝定位

4 鋼筋分段預制裝配安裝技術應用

4.1 施工工藝流程

鋼筋整體綁扎吊裝工藝流程見圖7。

圖7 鋼筋整體綁扎吊裝工藝流程

4.2 工序控制要點

4.2.1鋼筋制作

1)鋼筋彎曲作業時要定期進行智能彎曲設備歸零設置，消除設備控制誤差，確保下料精準。

2)鋼筋對焊連接后及時刮除焊瘤，便于安裝圓形保護層墊塊。

4.2.2鋼筋預綁扎

1)在鋼筋預制胎架上綁扎時，底端8字形限位及頂端3字形限位必須正確應用，保證上下對位統一。

2)沉箱上下段豎向鋼筋分兩種高度錯開，水平位置應按限位孔錯位設置，確保鋼筋連接及偏差控制精度。

3)吊裝架必須按照固定在地面的限位工裝精準就位，避免鋼筋骨架頂口出現尺寸偏差。

4.2.3鋼筋吊裝

1)鋼筋起吊前，夾具式自鎖裝置必須緊固到位，螺栓扭矩符合要求，保證吊裝過程安全施工。

2)已施工段上預留鋼筋在不發生塑性變形的情況下內合成榫狀，防止同正在就位的鋼筋骨架發生頂碰沖突。

5 結論

1)大型沉箱鋼筋分段預制裝配安裝技術以機械化、智能化、裝配化作業提升了施工本質安全、作業效率、成品質量，利用夾具式吊裝工裝、鋼筋骨架預制胎架、8字形和3字形雙孔限位及旋轉式立柱限位裝置等，有效解決了傳統鋼筋綁扎工藝占用起重設備時間長、高空作業安全風險高及鋼筋保護層控制難度大的問題。

2)該安裝技術與傳統工藝相比，鋼筋保護層厚度合格率提升5%以上、鋼筋綁扎作業效率提升6.8倍、成本節省約20%以上，同時消除了高空作業安全風險，安全控制效果明顯，具有較高的借鑒意義和推廣價值。