大型結(jié)構(gòu)實驗室反力墻及反力臺座施工關(guān)鍵技術(shù)

黃躍，楊炎華，荀東亮

（長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北武漢430040）

大型結(jié)構(gòu)實驗室反力墻及反力臺座施工關(guān)鍵技術(shù)

黃躍，楊炎華，荀東亮

（長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北武漢430040）

反力墻及反力臺座是進(jìn)行各種材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的擬靜力或擬動力試驗的重要設(shè)施，中交二航局實驗基地結(jié)構(gòu)實驗室布置反力墻及反力臺座，其內(nèi)部布置560個加載孔、76個抗剪鍵、128套預(yù)埋螺栓等大量預(yù)埋件。預(yù)埋件安裝定位精度要求高，安裝精度為毫米級。為保證反力墻及反力臺座施工質(zhì)量達(dá)到實驗室試驗要求，且不影響14個月總工期，在建設(shè)過程中關(guān)于預(yù)埋件施工提出了工廠模塊化精加工、現(xiàn)場整體模塊裝配化施工工藝，研發(fā)了同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)、整體模塊精加工定位系統(tǒng)，確保預(yù)埋件施工精確。同時采用BIM技術(shù)、清水混凝土施工工藝，確保施工質(zhì)量。最終在8個月內(nèi)完成施工，經(jīng)檢驗，各項指標(biāo)均滿足實驗室試驗要求。

反力墻；反力臺座；模塊；BIM技術(shù)

實驗基地位于二航局武漢新港陽邏生產(chǎn)基地，總建筑面積17 218 m2，含結(jié)構(gòu)實驗樓、機(jī)電實驗樓、綜合實驗樓、模型加工區(qū)及配套附屬設(shè)施。實驗基地于2014年11月開工建設(shè)，2015年12月竣工，歷時14個月。

反力墻及反力臺座位于結(jié)構(gòu)實驗樓試驗大廳。反力墻高9 m，寬3.2 m，長8.1 m，壁厚70 cm，單側(cè)布置216個內(nèi)徑88 mm加載孔，加載孔中心間距50 cm。反力臺座長16.5 m，寬10.1 m，頂板厚80 cm，底板厚60 cm。反力臺座頂板布置344個內(nèi)徑88 mm加載孔、76個抗剪鍵、128套預(yù)埋螺栓，加載孔中心間距50 cm[1]。為滿足受力要求，反力墻及反力臺座采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)，混凝土等級為C50。反力墻及反力臺座如圖1所示。

圖1 反力墻及反力臺座三維示意圖Fig.13D sketch of reaction wall and reaction test-bed

1 施工方案選擇

1.1 工程重點難點

反力墻及反力臺座是實驗基地結(jié)構(gòu)實驗樓進(jìn)行各種材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的擬靜力或擬動力試驗的重要設(shè)施。為保證試驗測試精度，實驗室對其自身變形、預(yù)埋件安裝定位精度提出了嚴(yán)格要求。因此對施工質(zhì)量、預(yù)埋件定位精度要求極高。結(jié)合本項目特點，其施工面臨以下問題[2]：

1）工期緊

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，反力墻及反力臺座施工工期基本在14～18個月，而整個實驗基地從開工到竣工總工期為14個月，工期緊，任務(wù)重。

2）預(yù)埋件定位精度要求高，控制難度大

布置加載孔560個、抗剪鍵76個、預(yù)埋螺栓128套，預(yù)埋件數(shù)量多，定位精度高（見表1），預(yù)埋件現(xiàn)場調(diào)位、質(zhì)量控制難度大。

表1 預(yù)埋件精度控制Table 1The precision control of embedded parts

3）內(nèi)部預(yù)埋件、勁性骨架、鋼筋布置縱橫交錯，施工難度大

反力墻及反力臺座內(nèi)部加載孔、抗剪鍵、預(yù)埋螺栓數(shù)量眾多，且布置了大量的用于定位的型鋼勁性骨架，同時還布置有普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋。因此預(yù)埋件、勁性骨架與鋼筋極易出現(xiàn)交叉碰撞，為鋼筋穿束、預(yù)應(yīng)力管道施工帶來極大難度，且耗費時間長。

1.2 方案比選

調(diào)研發(fā)現(xiàn)：加載孔、抗剪鍵及預(yù)埋螺栓等預(yù)埋件現(xiàn)場調(diào)位安裝是制約反力墻及反力臺座施工工期的重要環(huán)節(jié)。預(yù)埋件現(xiàn)場施工工藝不當(dāng)，將導(dǎo)致現(xiàn)場調(diào)位困難，安裝精度無法滿足設(shè)計要求，出現(xiàn)返工現(xiàn)象，嚴(yán)重制約施工工期。因此預(yù)埋件現(xiàn)場定位施工是反力墻及反力臺座施工的重點。

目前國內(nèi)反力墻及反力臺座加載孔等預(yù)埋件施工多以預(yù)埋件單體現(xiàn)場調(diào)位安裝工藝為主。個別新建結(jié)構(gòu)實驗室反力墻及臺座施工也有采用將若干個加載孔在工廠組拼成小模塊再進(jìn)行現(xiàn)場安裝的施工方法[3-5]。針對工期要求，結(jié)合反力墻及反力臺座施工重點，對預(yù)埋件的施工制定了3種施工方案：1）預(yù)埋件單體現(xiàn)場定位安裝；2）預(yù)埋件單體安裝，定位模具糾偏定位；3）預(yù)埋件模塊工廠精加工，現(xiàn)場整體裝配定位安裝。

上述3種方案各具優(yōu)缺點，通過比選（如表2所示），在保證施工工期的前提下，預(yù)埋件現(xiàn)場施工選用方案三。

表2 方案比選Table 2Scheme comparison

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 預(yù)埋件工廠模塊化精加工、現(xiàn)場整體裝配定位安裝技術(shù)

反力墻及反力臺座預(yù)埋件數(shù)量眾多，且單體現(xiàn)場調(diào)位時間長，無法滿足實驗室建設(shè)工期要求。因此針對施工現(xiàn)狀，預(yù)埋件采用工廠模塊化預(yù)制，現(xiàn)場整體定位安裝施工工藝。反力墻加載孔預(yù)埋件分9個模塊加工，每個模塊有24個加載孔；反力臺座加載孔預(yù)埋件分9個模塊加工，每個模塊有40個加載孔。加載孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 加載孔示意圖Fig.2Structural sketch of loading hole

2.1.1 加載孔單體加工制作

加載孔是試驗構(gòu)件與反力墻或反力臺座的連接通道，也是受力傳遞的主要部位，對自身垂直度、端頭板平整度要求極高。其高度誤差控制在±0.50 mm內(nèi)；端頭鋼板平整度誤差≤1.5 mm；加載孔中心與兩端頭鋼板垂直度誤差均應(yīng)＜±1 mm。為保證加載孔的制作精度，研發(fā)了同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)（見圖3），該系統(tǒng)由活動定位裝置、支撐裝置、固定定位裝置組成，且三套裝置同軸。加載孔構(gòu)件通過精加工處理，滿足設(shè)計要求后，放入該系統(tǒng)進(jìn)行固定。首先通過調(diào)節(jié)活動定位裝置，使加載孔構(gòu)件1、構(gòu)件2、構(gòu)件3密切貼合頂緊；其次調(diào)節(jié)各構(gòu)件，使其同軸；然后在端頭對稱點焊，通過檢測后，各構(gòu)件間相對位置滿足設(shè)計要求后，再對稱施焊完成加載孔加工制作。通過該套系統(tǒng)進(jìn)行560個加載孔單體加工，不合格產(chǎn)品僅出現(xiàn)5件，合格率達(dá)99.1%。

圖3 同軸鋼構(gòu)件精加工系統(tǒng)Fig.3The machining system of coaxial steel structure

2.1.2 模塊加工制作

加載孔單體完成后，在工廠內(nèi)進(jìn)行模塊組拼。為保證模塊組拼的精度，研發(fā)了整體模塊精加工定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由定位裝置（同時作為模板使用）、糾偏裝置和緊固裝置組成，其中定位裝置和糾偏裝置的面板平整度0～2 mm，且其平面上高精度鋼定位柄上下一一對應(yīng)，相對誤差＜1 mm。每個模塊由整體模塊精加工定位系統(tǒng)、加載孔和用于加載孔連成整體的勁性骨架組成。

模塊組拼過程中采用整體匹配制作理念，即搭建一個長20 m，寬16 m的工裝平臺，在工裝平臺上同時對反力墻或反力臺座上的9個模塊進(jìn)行匹配定位，經(jīng)驗收合格后，將模塊精加工定位系統(tǒng)中的定位裝置固結(jié)形成整體，通過精密測量放樣，放出加載孔所在平面位置；然后進(jìn)行組拼初調(diào)位，通過糾偏裝置對加載孔平面位置、垂直度微調(diào)；最后進(jìn)行勁性骨架安裝，將加載孔連成整體，完成一個模塊施工。關(guān)鍵步驟施工見圖4。

9個模塊加工完成后，所有加載孔平面位置和平整度滿足設(shè)計要求，然后在每個模塊上設(shè)置4個控制點，在工廠內(nèi)的測量控制系統(tǒng)下，測出9個模塊的控制點坐標(biāo)，通過工廠內(nèi)測量控制點的坐標(biāo)推算現(xiàn)場安裝坐標(biāo)，用于指導(dǎo)現(xiàn)場安裝。

2.1.3 預(yù)埋件模塊現(xiàn)場調(diào)位安裝

圖4 模塊加工關(guān)鍵步驟施工圖Fig.4The key steps construction of modules

模塊工廠加工完成后，將加載孔模塊（含定位裝置、糾偏裝置、加載孔及勁性骨架）整體運至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，現(xiàn)場安裝如圖5所示?，F(xiàn)場安裝過程中，僅需要對模塊與模塊間的相對位置進(jìn)行調(diào)位，減少現(xiàn)場調(diào)位次數(shù)，縮短現(xiàn)場調(diào)位時間。模塊與模塊完成調(diào)位后，將連接形成整體，確保模板在后續(xù)施工過程中不出現(xiàn)變位情況。

圖5 現(xiàn)場模塊定位安裝Fig.5Positioning and Installation of modules in situ

預(yù)埋件安裝完成后，經(jīng)第三方檢測，預(yù)埋件平面位置偏差控制在±1.5 mm范圍內(nèi)，平整度控制在2 mm內(nèi)，滿足設(shè)計要求。

2.2 基于BIM技術(shù)指導(dǎo)施工

在項目開展初期，結(jié)合設(shè)計圖紙，使用廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件，對整個基地建立BIM模型，開展動態(tài)施工管理。為反力墻及反力臺座施工提供了如下技術(shù)支撐：

1）虛擬動畫模擬施工，實施精細(xì)化施工管理

將進(jìn)度計劃與BIM模型結(jié)合起來，通過施工過程的動態(tài)模擬，預(yù)演項目的施工全過程，評測施工組織方案的合理性及交付的里程碑等指標(biāo)是否符合項目目標(biāo)要求，不斷調(diào)整優(yōu)化，直至動態(tài)施工模擬的預(yù)演與結(jié)果符合項目要求為止。通過BIM模型與實際進(jìn)度關(guān)聯(lián)顯示，將整個項目的進(jìn)度完成情況形象展示給項目參與各方，減少人力和材料的浪費，提升項目整體效率，有效地降低項目成本。

2）解決碰撞難題，優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)的二維設(shè)計圖紙中，很難反映碰撞情況，按圖施工極易碰撞，引起構(gòu)件拆裝、返工和浪費等現(xiàn)象發(fā)生。浪費人力、物力等資源，嚴(yán)重影響工期。而采用BIM技術(shù)，將反力墻及反力臺座模型導(dǎo)入碰撞檢查工具（navisworks），進(jìn)行碰撞檢查分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化預(yù)埋件布置，同時指導(dǎo)現(xiàn)場鋼筋穿束，有效地提高了現(xiàn)場施工功效，節(jié)約了工期。

2.3 清水混凝土施工技術(shù)

反力墻及反力臺座混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級為C50，采用清水混凝土施工技術(shù)，確保外觀質(zhì)量。因強(qiáng)度等級高，用量大，水泥水化熱高，施工過程中易產(chǎn)生溫度裂縫，影響外觀質(zhì)量。因此對混凝土原材料的選擇、澆筑工藝都提出了嚴(yán)格要求。

2.3.1 混凝土原材料

1）配合比優(yōu)化。混凝土施工前，對配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，選擇低熱或中熱水泥，控制混凝土的坍落度，減少水泥用量，降低水化熱。

2）骨料粒徑5～20 mm，選用級配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.5～3.2，通過0.315 mm篩孔的砂不少于15%。水灰比控制在0.32～0.38，初凝時間4～6 h，終凝時間8～12 h，砂率為38%～45%，坍落度為160～200 mm，最小水泥用量為300 kg/m3。嚴(yán)禁使用含氯化物的外加劑[6]。

3）反力墻及反力臺座預(yù)埋件、勁性骨架、鋼筋布置縱橫交錯，混凝土澆筑過程極易出現(xiàn)不密實情況，因此采用雙摻技術(shù)，即在混凝土內(nèi)摻入一定量的粉煤灰和減水劑，進(jìn)一步改善混凝土的坍落度和黏塑性，滿足泵送要求，同時減少水泥用量降低水化熱。

4）使用減水劑和緩凝劑?？紤]商混運距，可適當(dāng)加入緩凝劑，以滿足施工要求，不留施工冷縫。減水劑對水泥有較好的分散作用，可改善其和易性和流動性，更加便于泵送，同時可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級，減少泌水率，提高抗裂性能。

2.3.2 混凝土澆筑施工

混凝土采用1臺汽車泵分段分層澆筑。混凝土澆筑時，考慮鋼筋密集，盡可能避免碰撞預(yù)埋件及預(yù)應(yīng)力筋，因此，在混凝土澆筑時將插入式振動棒插入鋼筋稀疏的位置進(jìn)行振搗，并且掌握振搗時間，避免過振和漏振。不便于振搗的部位，采用附著式振搗器貼在模板外側(cè)振搗模板。

混凝土澆筑完后12 h內(nèi)采取養(yǎng)護(hù)措施，在混凝土表面蓋一層土工毛毯，設(shè)置專人及時灑水養(yǎng)護(hù)，保持表面常有水珠不干燥。養(yǎng)護(hù)時間不得少于14 d。反力墻施工完成成品如圖6所示。

3 結(jié)語

圖6 反力墻及反力臺座成品Fig.6The finished products of reaction wall and reaction test-bed

反力墻及反力臺座從基礎(chǔ)施工開始到反力墻混凝土澆筑完成歷時8個月，創(chuàng)下同類項目施工工期最短的記錄。預(yù)埋件調(diào)位安裝完成經(jīng)第三方檢測，平面位置偏差控制在±1.5 mm范圍內(nèi)，平整度控制在2 mm內(nèi)，滿足設(shè)計要求。在規(guī)定的時間內(nèi)，保質(zhì)保量地完成了反力墻及反力臺座施工，這與預(yù)埋件模塊化工廠精加工、現(xiàn)場整體定位安裝工藝，BIM技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用密不可分。對同類項目施工也具有借鑒意義。

[1]中交二航局實驗基地項目施工圖[R].武漢：中交武漢港灣工程設(shè)計研究院有限公司，2014.

Construction plans of CCCC Second Harbor Engineering Laboratory [R].Wuhan:CCCC Wuhan Harbour Engineering Design and Research Co.,Ltd.,2014.

[2]中交二航局實驗基地項目施工組織設(shè)計[R].武漢：中交二航局建筑工程有限公司，2015.

Construction organization design of CCCC Second Harbor Engineering Laboratory[R].Wuhan:CCCC Wuhan Harbour Engineering Design and Research Co.,Ltd.,2015.

[3]蘇云鵬，蔣炳麗，陳宗明.某結(jié)構(gòu)試驗室的反力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].特種結(jié)構(gòu)，2012，29（6）：19-22，107.

SU Yun-peng,JIANG Bing-li,CHEN Zong-ming.Design of reaction-Wall in a structural laboratory[J].Special Structures, 2012,29(6):19-22,107.

[4]陳加才，陳其林，陳旗.反力墻與反力臺座施工技術(shù)[C]//第十七屆華東六省一市建筑施工技術(shù)交流會論文集.2008：305-310.

CHEN Jia-cai,CHEN Qi-lin,CHEN Qi.Construction technology of reaction wall and reaction test-bed[C]//The 17th East China six provinces and one city building construction technology exchange conference,2008:305-310.

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WANG Gang,WANG Qiong-mei,ZHANG Xing-hu.Discussion on the construction of structure laboratory[J].Structural Engineers, 2011(S1):242-244.

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WANGFeng-qi.The constructiontechnology of fair-faced concrete[J].China Concrete and Cement Products,2006(1):16-18.

Key construction technology for reaction wall and reaction test-bed of large structure laboratory

HUANG Yue,YANG Yan-hua,XUN Dong-liang
（Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology of Ministry of Communication,Wuhan,Hubei 430040,China）

The reaction wall and reaction test-bed are important facilities for the quasi-static or pseudo dynamic tests of various materials,components and structural systems.The structure laboratory of CCCC Second Harbor Engineering Laboratory has arranged the reaction wall and reaction test-bed,which was arranged a large number of embedded parts,including 560 loading holes,76 shear keys and 128 sets of embedded bolts.The positioning accuracy requirements of embedded parts are very strict with the installation accuracy of millimeter level.In order to ensure the reaction wall and reaction test-bed construction quality to achieve the requirements of the laboratory,and does not affect the overall duration of 14 months,we put forward the factory modular machining,on-site whole module assembly construction technology for embedded parts construction in the construction process,and developed the machining system of coaxial steel components and the processing and positioning system of integral module precision to ensure accurate construction of embedded parts.And we adopted the BIM technology, and fair faced concrete construction technology to ensure the construction quality.Final construction within 8 months,the indicators meet laboratory requirements after inspection.

reaction wall;reaction test-bed;modular;BIM technology

TU741；TU317

B

2095-7874（2017）06-0095-05

10.7640/zggwjs201706021

2016-10-28

2016-12-14

黃躍（1982—），男，湖北武漢人，碩士，高級工程師，橋梁與隧道工程專業(yè)。E-mail：76074920@qq.com