沉管鋼筋籠勁性骨架制作與安裝精度控制

張宇航，申昌洲

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

沉管鋼筋籠勁性骨架制作與安裝精度控制

張宇航，申昌洲

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

以港珠澳大橋沉管隧道管節(jié)預(yù)制工程為依托，為減小管節(jié)預(yù)制鋼筋籠在整個預(yù)制過程中的變形，采取在鋼筋籠內(nèi)部加入勁性骨架的措施。從角鋼下料、制作場所、骨架分段定位、焊接變形控制、原材料保護(hù)、骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計等6個方面論述了骨架制作精度控制方法以及底板、墻體、頂板骨架的安裝精度控制方法。骨架外形尺寸及安裝精度均滿足工程要求。

沉管；鋼筋籠；勁性骨架；精度控制

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道是迄今為止的世界上最大規(guī)模的海底深埋沉管隧道，其鋼筋的特點(diǎn)和難點(diǎn)有：

1）鋼筋強(qiáng)度等級高，所有鋼筋均采用HRB400，主筋最大直徑為箍筋最大直徑為

2）單個節(jié)段鋼筋用量大，約為1 000 t。

3）沉管斷面尺寸大，部分鋼筋綁扎時需要設(shè)置架立筋，鋼筋定位和綁扎難度大。

4）鋼筋籠整體高度高，體積龐大，采用分區(qū)綁扎頂推移動的流水工藝，要確保鋼筋籠在移動過程中的位置準(zhǔn)確及不變形等，難度大。

在足尺模型兩個試驗(yàn)段的鋼筋綁扎中，發(fā)現(xiàn)鋼筋籠最大撓度達(dá)到10 cm，不能滿足設(shè)計及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求[1-2]。

為減小鋼筋籠在整個預(yù)制過程中的變形，采取在鋼筋籠內(nèi)部加入勁性骨架的方法[3-4]。勁性骨架由75 mm×50 mm×6 mm的角鋼制作而成，安裝在鋼筋籠內(nèi)部，如圖1。

2 施工難點(diǎn)

在沉管預(yù)制過程中，鋼筋籠于底板綁扎區(qū)開始綁扎，完成后頂推至墻體綁扎區(qū)綁扎，完成后繼續(xù)頂推至頂板綁扎區(qū)，最終形成封閉鋼筋籠結(jié)構(gòu)，頂推至混凝土澆筑坑。在這種“動態(tài)”流水線施工中要控制鋼筋籠的整體變形，其難點(diǎn)有[2]：

圖1 勁性骨架總體布置Fig.1 Overall layout of rigid skeleton

1）鋼筋籠到達(dá)澆筑坑之前需要多次移動。

2）沉管預(yù)埋件種類多，重量大。

3）鋼筋籠頂推過程中可能出現(xiàn)一定幅度的擺動，極易導(dǎo)致鋼筋籠變形。

4）鋼筋籠體系轉(zhuǎn)換拖動胎架、內(nèi)模移入時，均可能有鋼筋頭卡在鋼筋籠上，造成鋼筋籠變形。

5）沉管橫截面尺寸較大，相對應(yīng)的骨架在頻繁的燒焊作業(yè)中很難保證骨架不產(chǎn)生燒焊變形。

6）勁性骨架從制作區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)至鋼筋綁扎區(qū)要經(jīng)過數(shù)次轉(zhuǎn)運(yùn)，為保證轉(zhuǎn)運(yùn)效率，一次疊放轉(zhuǎn)運(yùn)多個骨架，骨架重疊吊運(yùn)極易發(fā)生變形。

7）骨架安裝時，均從骨架一端焊接至另一端，這也會造成骨架變形。

3 精度控制

3.1 制作精度控制

骨架的制作精度，主要從以下6個方面進(jìn)行控制：

1）角鋼下料尺寸：每段角鋼下料均需進(jìn)行精確測量，做好標(biāo)記后方可下料。需注意保證切口平順，以利于角鋼焊接時有足夠的接觸面，滿足受力要求。下料時要使用小型切割機(jī)進(jìn)行，不可使用割槍。

2）制作場地：在原材料堆放場周邊選擇勁性骨架焊接場地，按30 cm間隔進(jìn)行標(biāo)高放點(diǎn)，用砂漿對原地面找平，其上用2 cm厚的鋼板制作骨架焊接平臺，按20 cm間隔測量標(biāo)高，對鋼板平整度精調(diào)。

3）骨架中分段角鋼焊接前的定位：①根據(jù)設(shè)計圖紙，進(jìn)行每榀分段骨架的板型制作，在板型周邊加焊角鋼限位，各分段角鋼對號入座后即可進(jìn)行焊接；②在焊接平臺上按骨架尺寸測量放點(diǎn)，燒焊75mm×50mm×6mm角鋼作為限位。

4）焊接變形控制：焊接作業(yè)時先將焊縫正面、背面點(diǎn)焊固定，將骨架固定在板型或者平臺上燒焊，燒焊時切勿電流過大導(dǎo)致角鋼燒穿。完成一道焊縫后使用小尖錐敲掉焊渣，觀察焊縫是否飽滿。焊接完成后若發(fā)現(xiàn)骨架變形，可用火工對其進(jìn)行校正。

5）原材料保護(hù)：角鋼原材料如表面出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，不但影響骨架的剛度，而且影響骨架的焊接質(zhì)量。原材料在轉(zhuǎn)運(yùn)中若發(fā)生嚴(yán)重的碰撞變形，亦將影響骨架的制作精度。為此在角鋼轉(zhuǎn)運(yùn)過程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，輕起輕放，選擇平整的場地堆放。角鋼存放時做到下墊上蓋。

6）骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計：骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理將直接影響骨架使用效果。骨架設(shè)計時應(yīng)考慮該榀骨架的受力狀況。底板的勁性骨架應(yīng)多設(shè)置豎撐，豎撐位置應(yīng)置于鋼筋籠受力點(diǎn)處，即滑移軌道上方，另設(shè)置斜撐以承受鋼筋籠頂推過程中產(chǎn)生的側(cè)向力。骨架的分段亦是設(shè)計的重點(diǎn)，分段過長不便于轉(zhuǎn)運(yùn)，制作安裝精度也難以控制，容易累積過大焊接變形而無法校正。

3.2 安裝精度控制

3.2.1 底板骨架安裝精度控制

1）每個節(jié)段的勁性骨架位置不盡相同，施工前需查看施工圖紙上交通工程孔洞及大型管道的位置，以便對勁性骨架位置進(jìn)行調(diào)整，避開孔洞及大型管道。此舉可避免為避開骨架而影響交通工程預(yù)埋設(shè)施安裝精度，還減少了為安裝孔洞模板及管道而切割勁性骨架，從而影響鋼筋籠整體穩(wěn)定性。

2）測量員將勁性骨架位置放樣到底板綁扎架上及底板綁扎區(qū)的地坪上，放樣時適當(dāng)加密參考點(diǎn)，以利于骨架初安裝時定位。

3）用橋吊、吊運(yùn)平臺將骨架轉(zhuǎn)運(yùn)至底板綁扎區(qū)。需要注意，為防止骨架在吊運(yùn)中發(fā)生變形，應(yīng)根據(jù)骨架分段的形狀，制作、使用專用的吊運(yùn)平臺。

4）利用綁扎架上所放的定位點(diǎn)進(jìn)行骨架初定位。需要注意，骨架安裝順序應(yīng)從兩邊到中間，因兩側(cè)骨架可以借助綁扎架固定，中間骨架初定位較困難；切不可從一側(cè)往另一側(cè)安裝，避免安裝誤差累積。初定位完成后，利用綁扎架上的定位點(diǎn)吊垂線進(jìn)行骨架垂直度調(diào)整，隨后將該榀骨架與縱向主筋的接觸面跳焊固定。

5）利用同一榀骨架在兩側(cè)綁扎架上的定位點(diǎn)拉直線調(diào)整骨架線形。該骨架的后續(xù)分段轉(zhuǎn)運(yùn)到位后，通過地坪上的定位點(diǎn)以及所拉的直線進(jìn)行垂直度及線形調(diào)整。

6）同一榀骨架相鄰分段用角鋼搭接燒焊。燒焊前注意調(diào)整骨架橫截面上的位置，使骨架的豎向支撐放在滑移軌道上方。

7）勁性骨架底部與縱向主筋接觸面滿焊加固。每隔3～4m，用通長角鋼將12榀勁性骨架的豎撐燒焊連接。每榀骨架側(cè)面，每隔2～3 m用1.5 m長的φ32mm鋼筋將骨架與底板主筋燒焊連接，作為斜撐加固。

8）完成底板頂上鋼筋鋪設(shè)綁扎后，將骨架頂部與縱向主筋跳焊連接。

3.2.2 墻體骨架安裝精度控制

1）將底板勁性骨架頂部角鋼一側(cè)的邊界點(diǎn)引至墻體綁扎架上，同時在墻體骨架的內(nèi)側(cè)面用5 cm長φ16mm鋼筋以12 cm間距燒焊，以此作為縱向主筋卡槽。

2）將骨架用吊運(yùn)平臺轉(zhuǎn)運(yùn)到位，進(jìn)行側(cè)墻骨架初定位。利用綁扎架上的定位點(diǎn)吊垂線調(diào)整骨架垂直度，在骨架頂部、中部及底部各選取一處與縱向主筋點(diǎn)焊固定，再從上往下跳焊固定。切不可按照從一端到另一端的順序燒焊，以免出現(xiàn)累積變形造成骨架歪扭難以校正。最后將骨架與縱向鋼筋的所有接觸面滿焊固定。

3）將墻體骨架與底板骨架的接觸面進(jìn)行滿焊處理，必要時輔以角鋼燒焊加固，確保骨架的穩(wěn)固性。

4）將側(cè)墻內(nèi)側(cè)縱向主筋置于骨架卡槽上并與骨架綁扎固定。

5）將綁扎架上的定位點(diǎn)引至側(cè)墻內(nèi)側(cè)，吊垂線對骨架垂直度校正，將頂部、中部及底部與三根縱向主筋點(diǎn)焊初步定位。燒焊時注意對骨架進(jìn)行變形校正。

6）對骨架從上到下跳焊固定，然后滿焊。

3.2.3 頂板骨架安裝精度控制

1）頂板鋼筋胎架標(biāo)高與位置調(diào)整到位后，在兩側(cè)行車道胎架上放樣頂板勁性骨架安裝點(diǎn)，利用頂板兩側(cè)勁性骨架放樣點(diǎn)及側(cè)墻骨架定位點(diǎn)進(jìn)行拉線，以備骨架線形調(diào)整。

2）用吊運(yùn)平臺將骨架轉(zhuǎn)運(yùn)到位，進(jìn)行骨架初定位，骨架的安裝順序?yàn)閺膬蛇厜w骨架往中間安裝。

3）依靠定位直線對骨架線形及垂直度進(jìn)行調(diào)整，用角鋼將相鄰骨架搭接燒焊成為整體。

4）進(jìn)行中墻位置的骨架線形調(diào)整時，必要時可適當(dāng)調(diào)整中墻斜倒角鋼筋及橫向主筋位置，以確保頂板骨架能夠與中墻骨架順利對接。另用3根7 cm長的角鋼對兩部分骨架燒焊固定。

5）對勁性骨架底部與縱向主筋跳焊，在中廊道位置進(jìn)行全點(diǎn)焊加固。與12榀勁性骨架豎撐的焊接及斜撐加固與底板骨架相同。

6）完成頂板頂上鋼筋鋪設(shè)綁扎后，將骨架頂部與縱向主筋跳焊連接，并將中廊道位置的接觸面均點(diǎn)焊加固。

4 結(jié)語

沉管預(yù)制廠開工至今已近3 a，從施工效果看，骨架外形尺寸及安裝精度均滿足工程要求，徹底解決了鋼筋籠變形大、撓度大、影響保護(hù)層厚度及模板支立困難等問題。沉管勁性骨架精度控制技術(shù)可為類似工程提供有益參考。

[1]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋主體工程隧道工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria for tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project[S].2013.

[2]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計：管節(jié)結(jié)構(gòu)施工圖[R].2012. CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:construction drawing of immersed tunnel structure[R]. 2012.

[3]中交股份聯(lián)合體港珠澳大橋島隧工程第Ⅲ工區(qū)一分區(qū)項(xiàng)目經(jīng)理部.港珠澳大橋沉管預(yù)制施工組織設(shè)計[R].2012. ProjectManagementDept.of the First SubareaofWork Area III for Island and Tunnel Project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Joint Venture of China Communications Construction Co.,Ltd.The construction organization design of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tubeprecasting[R].2012.

[4] 馮偉，戴書學(xué)，李凱凱.工廠法預(yù)制沉管鋼筋籠變形控制[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（7）：14-17. FENG Wei,DAI Shu-xue,LI Kai-kai.Deformation control for steel cage ofprefabricated factory immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):14-17.

M aufacturing and installation accuracy control of rigid skeleton for steel cage of immersed tube

ZHANGYu-hang,SHENChang-zhou
（No.Eng.Co.,Ltd.of CCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510300,China）

Based on the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tubeelementprefabrication project,in order to reduce the deformation of steel cage in the whole process of tube elementprefabrication,we took the rigid skeleton in the steel cage.From six aspects including the angel steel blanking,production sites,skeleton segment positioning,welding deformation control,raw material protection,and skeleton structure design,we discussed themanufacturing accuracy controlmethod of skeleton,and the installation accuracy controlmethod of the skeletons on floor,wall,and roof.The overall dimension and installation accuracy of skeleton can satisfy the requirementsofengineering.

immersed tube;steel cage;rigid skeleton;accuracy control

U655.4；U459.5

B

2095-7874（2015）11-0113-03

10.7640/zggw js201511030

2015-10-19

張宇航（1988— ），男，廣州市人，助理工程師，土木工程專業(yè)。E-mail：228218921@qq.com