自動滾焊機(jī)在軌道交通工程中的應(yīng)用

竇從越，劉 城

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266000）

1 工程背景

隨著城市現(xiàn)代化不斷發(fā)展，在城市軌道交通工程施工中，受城市規(guī)劃、發(fā)展、作業(yè)空間等影響，鉆孔灌注樁廣泛應(yīng)用于工程樁、圍護(hù)樁等基礎(chǔ)工程中，且灌注樁鋼筋籠需求量愈來愈大、質(zhì)量要求愈來愈高，鋼筋籠制作成為灌注樁施工質(zhì)量管控的重要環(huán)節(jié)之一。目前國內(nèi)鉆孔灌注樁鋼筋籠制作多采用胎具制作、人工綁扎傳統(tǒng)施工工藝，該施工工藝生產(chǎn)效率低，且易受到胎具制作質(zhì)量、作業(yè)人員操作水平等影響，往往導(dǎo)致鋼筋籠制作質(zhì)量穩(wěn)定性差，特別是主、箍筋的間距、保護(hù)層厚度、焊接質(zhì)量等容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，最終影響工程施工質(zhì)量[1]。

采用何種鉆孔灌注樁鋼筋籠制作工藝，使之既滿足質(zhì)量要求，又提高生產(chǎn)效率且節(jié)約成本，是擺在每一個工程建設(shè)者面前的一道難題。為改進(jìn)鋼筋籠傳統(tǒng)制作工藝，提高工程質(zhì)量，經(jīng)項目部對國內(nèi)科技成果、技術(shù)裝備等進(jìn)行市場調(diào)研，并進(jìn)一步結(jié)合多年施工經(jīng)驗，在青島地鐵13號線二期工程建設(shè)中引進(jìn)了自動滾焊機(jī)與CO2氣體保護(hù)焊，并加以升級改造，實現(xiàn)自動化、械化作業(yè)、工廠化生產(chǎn)，不僅提高了鋼筋籠制作質(zhì)量、生產(chǎn)工效，還節(jié)約了施工成本。

2 工藝原理

2.1 傳統(tǒng)人工綁扎工藝

傳統(tǒng)人工綁扎采用胎具制作、人工綁扎工藝。利用槽鋼、角鋼和鋼板焊等組合成綁扎胎具，每組胎具由底梁、底梁端部大樣板、加強筋位置弧板等3個部分構(gòu)成。在大樣板上用定位凹槽確定加強箍外輪廓及主筋位置；在底梁上按每節(jié)鋼筋骨架加強箍數(shù)量和設(shè)立弧形板胎具，弧形胎具上對應(yīng)大樣板主筋位置設(shè)置定位凹槽。將加勁箍筋就位于每道弧板胎具的同側(cè)，按弧形胎模的凹槽擺焊主筋和箍筋，弧形胎模上的主筋全部焊完后，滾動鋼筋骨架至下一段1/3弧，如此往復(fù)，直至全部焊完。然后吊起骨架擱于支架上，按設(shè)計位置布置好螺旋筋并將其綁扎或焊接于主筋上。

2.2 自動滾焊機(jī)工藝

根據(jù)設(shè)計樁長確定鋼筋籠制作尺寸，首先將鋼筋籠主筋通過人工穿過固定旋轉(zhuǎn)盤相應(yīng)模具孔至移動旋轉(zhuǎn)盤的相應(yīng)模具孔進(jìn)行固定，把箍筋端頭先焊接在一根主筋上，然后通過固定旋轉(zhuǎn)盤及移動旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動把箍筋纏繞在主筋上（其中，移動盤是一邊旋轉(zhuǎn)一邊后移），同時利用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，從而形成產(chǎn)品鋼筋籠——這就是鉆孔灌注樁鋼筋籠滾焊機(jī)，即“鋼筋籠成型機(jī)”的工作原理。

自動滾焊機(jī)構(gòu)造：移動滾筒（右滾筒）、固定滾筒（左滾筒）、移動小車、移動滾筒伺服電機(jī)、移動滾筒減速機(jī)、移動小車伺服電機(jī)、移動小車減速機(jī)、鏈條、鏈輪。

3 工藝流程

該工程鋼筋籠制作采用的是長線法施工工藝，根據(jù)鋼筋籠設(shè)計長度進(jìn)行分節(jié)制作，基本節(jié)長度一般為9m或12m，最后一節(jié)為調(diào)整節(jié)，鋼筋籠主筋連接方式采用滾軋直螺紋套筒連接。自動滾焊機(jī)工藝流程如下所述：

（1）下料、上料：根據(jù)設(shè)計樁長先將主筋進(jìn)行下料，并將主筋放在主筋料架、箍筋放在箍筋料架上。

（2）穿筋、固定：將主筋通過分料盤穿過固定盤到移動盤，并將其通過螺栓固定在固定盤、移動盤上。

（3）起始焊接：將箍筋和主筋交叉焊接固定，箍筋并排連續(xù)繞兩圈，并與主筋焊接牢固。

（4）正常焊接：兩個盤同步旋轉(zhuǎn)，使箍筋連續(xù)在主筋上纏繞，并進(jìn)行焊接，焊接方式可設(shè)置為人工或自動模式。

（5）終止焊接：根據(jù)設(shè)定參數(shù)，箍筋纏繞至設(shè)計位置后，將其并排纏繞在主筋上兩圈并進(jìn)行焊接。

（6）切斷箍筋。

（7）分離固定：移動鋼筋籠，使鋼筋籠和固定盤分離。

（8）松筋：松開固定主筋和移動盤的螺栓。

（9）分離移動：移動鋼筋籠，使鋼筋籠和移動盤分離。

（10）卸籠：把加工好的鋼筋籠移離支撐架。

（11）降下支撐：支撐架降下歸位。

（12）移動盤歸：移動盤歸位，準(zhǔn)備生產(chǎn)下一個鋼筋籠。

4 質(zhì)量控制要點

4.1 自動滾焊機(jī)安裝與調(diào)試

（1）安裝前首先檢查各接線端在運輸過程中是否存在松動或脫落等問題，特別要查看控制器系統(tǒng)和各接插件有無脫落。

（2）設(shè)備安裝的環(huán)境條件、安裝位置、工作場地不僅要符合使用說明書中的有關(guān)規(guī)定及要求，還要滿足生產(chǎn)的需要，方便制作加工，確保施工人員的人身安全。

（3）滾焊機(jī)安裝時距墻壁應(yīng)≥800mm，留有足夠的工作場地和運輸通道。

（4）設(shè)備機(jī)座必須保證水平，以防引起振動，導(dǎo)致運行不穩(wěn)，主機(jī)座、主驅(qū)動電機(jī)座、變壓器座與基礎(chǔ)可靠緊固。

4.2 滾軋直螺紋套筒連接

（1）絲頭加工。鋼筋絲頭螺紋滾軋加工工藝流程：鋼筋端面平頭→滾軋螺紋加工→絲頭質(zhì)量檢查→帶帽保護(hù)→存放→絲頭質(zhì)量抽檢。鋼筋下料前，應(yīng)檢查鋼筋待加工的端部是否有彎曲，出現(xiàn)彎曲時應(yīng)調(diào)直。鋼筋下料時，宜采用砂輪機(jī)切平，嚴(yán)禁采用氣割或熱加工方法。鋼筋端面應(yīng)平整并與鋼筋軸線準(zhǔn)直，不得有馬蹄形或扭曲。絲頭尺寸采用專用的螺紋環(huán)規(guī)檢驗，應(yīng)能順利地旋入并達(dá)到要求的擰入長度，環(huán)止規(guī)旋入長度不得超過3P。

（2）套筒連接。鋼筋籠接頭采用套筒連接，連接工藝流程：鋼筋就位→擰下絲頭保護(hù)帽→接頭擰緊→做標(biāo)記→檢查驗收。將檢驗合格的絲頭鋼筋放置于待連接處，按規(guī)定位置就位，擰下鋼筋絲頭保護(hù)帽和套筒保護(hù)蓋，使用管鉗等工作扳手將連接接頭擰緊并用扭矩扳手校核扭矩值，最小扭矩值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，如表1所示。

表1 直螺紋接頭安裝時的最小扭矩值

5 實施效果

5.1 成品質(zhì)量

該工程采用自動滾焊機(jī)+CO2保護(hù)焊加工制作鉆孔灌注樁鋼筋籠，實現(xiàn)了自動化、工廠化生產(chǎn)，由于采用機(jī)械化作業(yè)，鋼筋籠主筋、箍筋間距較傳統(tǒng)人工綁扎均勻，加工制作質(zhì)量穩(wěn)定可靠；采用自動旋轉(zhuǎn)的方式，螺旋筋與主筋纏繞緊密，受力體系更為合理[2]；采用CO2氣體保護(hù)焊較普通電弧焊焊接引弧性能好，能量集中，引弧容易，抗裂性能好，受熱變形小。

5.2 效益評估

自動滾焊機(jī)與傳統(tǒng)人工綁扎制作在工效、人工費用以及加工制作費用等方面的效益分析分別如表2、表3、表4所示。

青島地鐵13號線二期工程運用自動滾焊機(jī)進(jìn)行鉆孔灌注樁鋼筋籠加工制作，實現(xiàn)了機(jī)械化、自動化、工廠化生產(chǎn)，同時與傳統(tǒng)人工成型方式相比，提高了工效，節(jié)約了成本，成型鋼筋籠剛度好、精度高，現(xiàn)場易于連接。由于螺旋箍筋不需搭接，較之手工作業(yè)節(jié)省材料1%，進(jìn)一步降低了施工成本。

經(jīng)進(jìn)一步測算，該工程灌注樁總計鋼筋用量約4000t，按照配備1套自動滾焊機(jī)設(shè)備計算，總計可節(jié)約成本約113.5萬。

表2 工效分析表

表3 人工費用分析表

表4 加工制作費用分析表

6 升級與改造

根據(jù)設(shè)計圖紙可知，該工程鉆孔灌注樁設(shè)計樁徑均為1.2m，項目部采購數(shù)控式自動滾焊機(jī)鋼筋籠制作最大樁徑為1.2m。項目實施后設(shè)計部門將高架車站、連續(xù)梁鉆孔灌注樁設(shè)計樁徑變更為1.5m。

為確保鋼筋籠制作質(zhì)量且充分利用現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，經(jīng)項目部多次研究，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行升級、改造。在自動滾焊機(jī)固定盤、移動盤上分別安裝了1套設(shè)計樁徑1.5m模具，如此一來，既能滿足設(shè)計樁徑為1.2m鋼筋籠，又能滿足設(shè)計樁徑為1.5m鋼筋籠，而且可以不差別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提高了工作效率。

7 結(jié)束語

就該工程而言，在質(zhì)量要求高、工期壓力大的情況下，采用了自動滾焊機(jī)結(jié)合CO2氣體保護(hù)焊的施工工藝進(jìn)行鉆孔灌注樁鋼筋制作，不僅滿足了工期、質(zhì)量要求，而且進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時也提升了該項目在同行中的技術(shù)核心競爭力。通過自動滾焊機(jī)在青島地鐵13號線二期工程的成功應(yīng)用，為其他類似工程實施提供一定的參考價值。