導(dǎo)向型機(jī)械化螺旋箍筋成型技術(shù)研究

劉 峰

（中鐵十六局集團(tuán)城市建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 100018）

1 引言

樁基礎(chǔ)施工中鋼筋籠的加工制作具有重大意義，鋼筋籠加工制作效率和質(zhì)量決定著樁基礎(chǔ)工程的形象進(jìn)度和樁基礎(chǔ)質(zhì)量。鋼筋籠是使用相應(yīng)直徑的鋼筋，根據(jù)一定的外形要求綁扎、焊接在一起形成的籠形鋼筋框架。廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑的鋼結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等工程設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)施工［1］，即以鋼筋籠為骨架，使用相應(yīng)標(biāo)號(hào)的混凝土按規(guī)定工藝進(jìn)行灌注，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，達(dá)到其設(shè)計(jì)承載力，以保證其上部結(jié)構(gòu)的全部荷載以及建筑物使用要求。作用主要有2個(gè)：一為固聚流質(zhì)，二為提升強(qiáng)度。采用螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架對(duì)螺旋箍筋進(jìn)行加工的方法，可以快速地解決鋼筋籠批量預(yù)制的工期問(wèn)題，提高工作效率，保證樁基礎(chǔ)質(zhì)量。螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋籠尺寸提前預(yù)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋籠質(zhì)量的控制，為樁基礎(chǔ)工程中鋼筋籠的加工制作提供了一個(gè)嶄新的途徑。

2 工程概況

燕翔飯店改擴(kuò)建項(xiàng)目工程位于北京市朝陽(yáng)區(qū)，總建筑面積約16.6萬(wàn)m2，地下共三層［2］?；A(chǔ)形式部分為群樁承臺(tái)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑600 mm。樁基礎(chǔ)施工占總體施工的11.7%，也是總體施工最重要節(jié)點(diǎn)。樁基具有摩擦樁與端承樁雙重要求［3］。由于施工場(chǎng)地為新近土石拋填形成，地質(zhì)特征遇水崩解軟化，構(gòu)造極不穩(wěn)定。如不保證鋼筋籠的加工制作，在鋼筋籠吊裝過(guò)程中，因螺旋箍筋形狀不規(guī)則導(dǎo)致鋼筋籠極易刮碰孔壁造成塌孔或?qū)Ч芸⊕熹摻罨\易發(fā)生堵管、斷樁等質(zhì)量事故［4］，且影響鋼筋籠保護(hù)層厚度，影響樁身質(zhì)量。在樁基礎(chǔ)施工階段鋼筋籠加工制作采用新穎的螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工套制綁扎或焊接螺旋箍筋的方式，此創(chuàng)新方式意義深遠(yuǎn)。

3 螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架使用原理

螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架為圓柱體，目的為易于鋼筋籠箍筋成型，骨架現(xiàn)場(chǎng)采用鋼筋焊接成型。根據(jù)鋼筋籠的尺寸，確定旋轉(zhuǎn)骨架的尺寸進(jìn)行加工制作。將制作好的旋轉(zhuǎn)骨架固定在可360°旋轉(zhuǎn)的鋼筋彎曲機(jī)同一直線上的中心銷(xiāo)軸和兩側(cè)壓彎銷(xiāo)軸上。通過(guò)鋼筋彎曲機(jī)工作圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行螺旋箍筋的加工。

4 施工操作關(guān)鍵技術(shù)

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，灌注樁主筋的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于35 mm，水下灌注樁的主筋混凝土保護(hù)層厚度不得小于50 mm［5］。根據(jù)地勘報(bào)告與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，符合水下混凝土施工。與設(shè)計(jì)圖紙對(duì)照見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)計(jì)圖紙樁身截面構(gòu)造

經(jīng)設(shè)計(jì)圖紙與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范對(duì)比，設(shè)計(jì)圖紙主筋混凝土保護(hù)層厚度與行業(yè)最低標(biāo)準(zhǔn)一致。為保證樁基質(zhì)量，節(jié)省施工周期，保證鋼筋籠自身質(zhì)量及其外觀質(zhì)量，采用外徑為500 mm的螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架進(jìn)行鋼筋籠的加工制作。

4.1 螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架的加工制作

（1）鋼筋檢測(cè)

鋼筋的品種、級(jí)別或規(guī)格必須符合設(shè)計(jì)要求［6］，有產(chǎn)品合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告和進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)報(bào)告，表面清潔無(wú)老銹和污漬［7］。材料進(jìn)場(chǎng)后，在監(jiān)理工程師見(jiàn)證下隨機(jī)抽取材料樣品，進(jìn)行相關(guān)的原材料試驗(yàn)工作并取得合格報(bào)告，監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后方可用于施工現(xiàn)場(chǎng)。

（2）頂部骨架制作（見(jiàn)圖2）

螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架均采用HRB400直徑20 mm熱軋帶肋鋼筋進(jìn)行加工焊接［8］。首先制作兩道鋼筋加勁箍，利用鋼筋彎曲機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)成型，外徑為500 mm，封閉處采用雙面搭接焊，搭接長(zhǎng)度100 mm（圖2上下環(huán)件①②）；上部加勁箍?jī)?nèi)置十字筋進(jìn)行焊接固定（圖2中⑤十字型加強(qiáng)筋）；再采用多根長(zhǎng)為300 mm的縱筋進(jìn)行兩兩滿(mǎn)焊（圖2中③支撐桿、圖2中⑥外側(cè)加強(qiáng)桿），已滿(mǎn)焊縱筋均勻分布焊接在加勁箍上，采用點(diǎn)焊方式焊接，焊縫高度5 mm。

圖2 螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架頂部加工制作詳圖

（3）底部連接處骨架制作

底部骨架根據(jù)鋼筋彎曲機(jī)中心銷(xiāo)軸和兩側(cè)壓彎銷(xiāo)軸間距與直徑，制作與360°旋轉(zhuǎn)的鋼筋彎曲機(jī)相配合的底座。取8根長(zhǎng)50 mm（圖3中⑨分隔桿）鋼筋兩兩滿(mǎn)焊與2根長(zhǎng)800mm（圖3中⑧搭接桿）、間距40 mm的底筋垂直焊接固定，下部還需焊接長(zhǎng)300 mm（圖2中④）、寬200 mm（圖3中⑦）底座為固定骨架，底部與頂部連接均采用焊接固定。螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架三維圖及實(shí)物圖見(jiàn)圖4、圖5。

圖3 螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架加工制作詳圖

圖4 旋轉(zhuǎn)骨架三維圖

圖5 旋轉(zhuǎn)骨架實(shí)物

4.2 螺旋箍筋計(jì)算與加工

本工程平均樁長(zhǎng)H＝15 m，樁徑D＝600 mm，縱筋凈保護(hù)層厚度d1＝50 mm，螺旋箍筋直徑8 mm，加密區(qū)3.7 m＠100 mm，非加密區(qū)11.3 m＠200 mm［9］。

螺旋箍筋長(zhǎng)度計(jì)算：

式中，l為每1 m鋼筋骨架長(zhǎng)的螺旋箍筋長(zhǎng)度；P為螺距（mm）；π為圓周率，取3.141 6；D為螺旋線的纏繞直徑；采用箍筋的中心距，即主筋外皮距離加上箍筋直徑（mm）；d為螺旋箍筋的直徑。

（1）加密區(qū)每延米螺旋箍筋長(zhǎng)度

（2）非加密區(qū)每延米螺旋箍筋長(zhǎng)度

經(jīng)計(jì)算，單樁螺旋箍筋長(zhǎng)度為152.567 m。

4.3 箍筋調(diào)直

鋼筋應(yīng)平直，無(wú)局部曲折。盤(pán)條鋼筋在螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架使用前需進(jìn)行調(diào)直，調(diào)直使用鋼筋調(diào)直機(jī)操作，根據(jù)鋼筋的公稱(chēng)直徑選用符合要求的調(diào)直模和傳送壓輥，在調(diào)直過(guò)程中應(yīng)正確掌握調(diào)直模的偏移量和壓輥的壓緊程度［10］。調(diào)直模的偏移量根據(jù)其磨耗程度及鋼筋品種通過(guò)試驗(yàn)確定［11］；調(diào)直筒兩端的調(diào)直模一定要在調(diào)直前后導(dǎo)孔的軸心線上［12］。壓輥的槽寬一般在鋼筋穿入壓輥之后，在上下壓輥間宜有3 mm之內(nèi)的空隙。

斷料時(shí)，嚴(yán)禁用短尺丈量長(zhǎng)料，避免量料中產(chǎn)生累計(jì)誤差。宜在場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)出尺寸里程線并設(shè)置控制斷料尺寸用的設(shè)施［13］。

4.4 旋轉(zhuǎn)骨架安裝

將制作好的螺栓箍筋鋼筋骨架固定在可360°旋轉(zhuǎn)的鋼筋彎曲機(jī)同一直線上的中心銷(xiāo)軸和兩側(cè)壓彎銷(xiāo)軸上，使底部骨架的底座與彎筋機(jī)中心銷(xiāo)軸吻合，保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安全，彎筋機(jī)工作圓盤(pán)能夠自由旋轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生多余的摩阻力。如圖6、圖7所示。

圖6 旋轉(zhuǎn)骨架安裝示意

圖7 旋轉(zhuǎn)骨架使用效果

4.5 螺旋箍筋制作加工

（1）計(jì)算螺旋箍筋用料長(zhǎng)度、鋼筋調(diào)直后采用切割機(jī)成批下料。將支撐架按2.0～3.0 m的間距擺放在同一水平面上對(duì)準(zhǔn)中心線，然后將配好定長(zhǎng)的主筋平放在焊接支撐架上。工作臺(tái)上對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)線預(yù)先焊接固定一截DN45長(zhǎng)200 mm鋼管一根，以約束鋼筋送料方向。如圖8所示。

圖8 螺旋箍筋旋轉(zhuǎn)骨架工況示意

（2）箍筋起步端頭利用M8勾頭螺栓鎖定在旋轉(zhuǎn)骨架縱筋上，防止纏繞時(shí)松開(kāi)，對(duì)箍筋走向起引導(dǎo)作用。

（3）啟動(dòng)鋼筋彎曲機(jī)，利用減速機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，逐圈纏繞在旋轉(zhuǎn)骨架上，并保證每圈互相貼緊并與旋轉(zhuǎn)骨架密貼。

（4）利用旋轉(zhuǎn)骨架外側(cè)焊接的4根豎向鋼筋作為箍筋限位器，防止鋼筋在彎曲纏繞過(guò)程中因自身彈性應(yīng)力偏離旋轉(zhuǎn)軌道，發(fā)生安全事故。

（5）單根鋼筋完成制作后關(guān)閉彎筋機(jī)，利用倒鏈提起，墊在方木上存放。

4.6 鋼筋籠加工制作

（1）鋼筋籠主筋位于加勁箍外側(cè)，并保持相互垂直，先進(jìn)行點(diǎn)焊固定，再進(jìn)行統(tǒng)一焊接。

（2）待主筋與加勁箍筋焊接完成后，將已通過(guò)螺旋箍筋鋼筋骨架加工完成的螺旋箍筋套入鋼筋骨架，按照設(shè)計(jì)間距與主筋進(jìn)行綁扎連接。在主筋上用粉筆標(biāo)出箍筋螺距，然后將套好的箍筋向上移置，采用纏扣綁扎。箍筋與主筋交點(diǎn)均要綁扎，以防骨架歪斜。在有抗震要求的地區(qū)，箍筋端頭應(yīng)彎成135°，平直長(zhǎng)度不小于10d（d為箍筋直徑），箍筋間距應(yīng)按設(shè)計(jì)要求加密［14］。

（3）鋼筋籠主筋外側(cè)設(shè)60 mm×356 mm×4mm定位鋼片，豎向間距為2 m，每截面沿周長(zhǎng)均勻布置且不少于3個(gè)，以保證樁主筋保護(hù)層厚度。

5 螺旋箍筋鋼筋骨架優(yōu)點(diǎn)

在鋼筋籠螺旋箍筋的施工中，國(guó)內(nèi)鋼筋籠加工制作通常采用手工套制綁扎或焊接螺旋箍筋，采用螺旋箍筋鋼筋骨架代替國(guó)內(nèi)通常做法的優(yōu)點(diǎn)：一是在工人施工過(guò)程中保證了螺旋箍筋的規(guī)格尺寸，使鋼筋籠加工制作更加便捷，給工人施工帶來(lái)極大的便利，人工消耗極??；二是在后期樁基礎(chǔ)成孔后下籠時(shí)，避免了因螺旋箍筋形狀不規(guī)則導(dǎo)致極易刮碰孔壁造成塌孔，保證了樁基質(zhì)量；三是有效保證混凝土保護(hù)層厚度及螺距；四是鋼筋籠外觀質(zhì)量得到很大提高。

6 經(jīng)濟(jì)效益

以本工程施工難度最大的工期為例，采用螺旋箍筋鋼筋骨架運(yùn)用在樁基礎(chǔ)施工之中，鋼筋籠質(zhì)量與其外觀質(zhì)量均滿(mǎn)足施工及設(shè)計(jì)要求，一來(lái)縮短了施工工期，二來(lái)減少了鋼筋籠加工制作的人工投入，三來(lái)遏制了因螺旋箍筋不規(guī)則導(dǎo)致下籠時(shí)刮碰孔壁致使塌孔的概率；經(jīng)過(guò)對(duì)本項(xiàng)目樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益分析，在使用螺旋箍筋鋼筋骨架下的施工將比未使用此項(xiàng)發(fā)明指導(dǎo)下的施工節(jié)省8 d工期，人工投入減少96人，因螺旋箍筋不規(guī)則導(dǎo)致下籠時(shí)刮碰孔壁致使塌孔的概率由常規(guī)概率17.8%下降至3.5%。

綜合測(cè)算：按每個(gè)人工220元／d，塌孔后混凝土護(hù)壁、鉆機(jī)空鉆，混凝土280元／m3，旋挖鉆機(jī)200元／m進(jìn)行測(cè)算，本工程累計(jì)可節(jié)約成本約6～8萬(wàn)元。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程通過(guò)對(duì)鋼筋籠加工制作的綜合研究，于安全保障、人工消耗、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、外部觀感等方面為切入點(diǎn)，通過(guò)前期的優(yōu)化與調(diào)整，減少了樁基礎(chǔ)質(zhì)量問(wèn)題及因螺旋箍筋的問(wèn)題所產(chǎn)生的二次處理費(fèi)用，縮短了工期同時(shí)節(jié)約了人工的投入［15］，創(chuàng)造了相當(dāng)可觀的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該技術(shù)在項(xiàng)目上的研發(fā)和應(yīng)用獲得“一種加工螺旋箍筋的旋轉(zhuǎn)骨架”國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào) ZL 201721243764.9）［16］。此項(xiàng)創(chuàng)新解決了樁基礎(chǔ)工程施工中的重要難點(diǎn)問(wèn)題，在我國(guó)樁基礎(chǔ)鋼筋籠加工制作中具有很強(qiáng)的實(shí)效性和推廣性。