沉管鋼筋加工及綁扎施工關(guān)鍵技術(shù)

吳卓 ，王聰

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430040；2.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；3.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；4.交通運輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040）

0 引言

傳統(tǒng)沉管預(yù)制一般采用“跳倉法”或“后澆帶法”[1-2]施工工藝，混凝土分段分層澆筑，鋼筋多采用分段分層綁扎，鋼筋接頭多，且施工中存在干擾情況，預(yù)制工期成倍加大。港珠澳大橋采用自動化設(shè)備加工鋼筋[3]，鋼筋流水施工技術(shù)預(yù)制沉管[4]，使得鋼筋下料尺寸準確、鋼筋施工干擾因素小。沈陽“772”項目利用BIM技術(shù)優(yōu)化鋼筋模型[5]，優(yōu)化鋼筋綁扎順序，智能化鋼筋數(shù)控設(shè)備[6]的投入使用，實現(xiàn)了鋼筋加工的全過程自動化，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了勞動強度，加強了鋼筋直螺紋套筒接頭的質(zhì)量控制[7]，提高了沉管鋼筋的施工質(zhì)量。

1 依托項目

1.1 項目沉管概況

襄陽東西軸線項目東汊沉管全長660 m，設(shè)置6個標準管節(jié)加1個短管節(jié)，分3條生產(chǎn)線施工，標準管節(jié)E1—E6管節(jié)采用120.5 m×4+86.5 m×2的長度組合，短管節(jié)ES長度為5 m。沉管隧道采用兩孔一管廊結(jié)構(gòu)，管節(jié)斷面總體外輪廓尺寸為：寬31.2 m×高 9.2 m，沉管管節(jié)斷面見圖1。

圖1 沉管斷面圖Fig.1 Cross section ofimmersed tube

1.2 沉管鋼筋施工難點

襄陽市東西軸線沉管鋼筋綁扎工序復(fù)雜，用到的鋼筋種類多，主要用到的鋼筋有φ40、φ36、φ32、φ28、φ25、φ22、φ20、φ14、φ12 共 9 種鋼筋，φ40、φ36、φ32、φ28、φ25、φ22 這 6 種鋼筋需要套絲，φ32、φ28、φ25、φ22、φ20、φ14、φ12這7種鋼筋需要彎曲。

鋼筋布置如圖2所示。

圖2 標準管節(jié)鋼筋構(gòu)造斷面圖Fig.2 Structuralsection ofsteelbar in standard pipe joint

襄陽市東西軸線沉管鋼筋施工難點如下：

1）鋼筋直徑大，最大主筋直徑為φ40，套絲質(zhì)量難以控制。

2）單個節(jié)段鋼筋用量最大2 931.16 t，3條流水線施工，平均每天要完成約100 t鋼筋加工與綁扎。

3）沉管管節(jié)為超大尺度空間結(jié)構(gòu)。

4）鋼筋綁扎精度要求高。

5）流水線施工，工序銜接緊密。

2 鋼筋加工技術(shù)

2.1 自動化加工設(shè)備

鋼筋加工采用智能彎曲鋸切機和智能套絲機，加工精度達到1 mm。加工的鋼筋約16 000 t，平均每天要完成約100 t鋼筋的鋸切與彎曲，為保證現(xiàn)場施工14 d的需求，加工車間由原材料待檢區(qū)、檢驗合格區(qū)、鋼筋加工區(qū)、半成品堆放區(qū)4個區(qū)域組成。

鋼筋原材進場后，先進行檢驗，將合格的鋼筋原材存放在鋼筋合格區(qū)，不合格的鋼筋清退出場，將合格的鋼筋根據(jù)料單所給尺寸進行下料，根據(jù)料單尺寸檢驗半成品，檢驗合格的半成品存放在半成品堆放區(qū)，并填寫相應(yīng)庫存標識，不合格的半成品重新加工。

2.2 鋼筋加工流程

鋼筋加工采用鋼筋下料單流程加工，加工流程如圖3。

圖3 鋼筋半成品加工流程圖Fig.3 Flow chartofsemi-finished steelbar processing

2.3 鋼筋鋸切彎曲

東西軸線沉管鋼筋種類復(fù)雜，需要進行彎曲的鋼筋型號多，彎曲鋼筋的彎弧內(nèi)直徑不應(yīng)小于鋼筋直徑的4倍，箍筋、拉筋彎折后平直段長度不應(yīng)小于箍筋直徑的5倍，彎折好的鋼筋做好標識標牌碼放整齊。

2.4 鋼筋套絲加工及檢驗技術(shù)

1）鋼筋套絲加工

因沉管施工工期緊，鋼筋主筋的連接方式主要為滾軋直螺紋套筒連接，滾扎直螺紋接頭是通過鋼筋端頭剝肋后滾扎制作的連接件螺紋咬合形成的接頭，不同鋼筋的套絲長度不同，見表1。

表1 滾軋直螺紋鋼筋加工絲扣數(shù)Table 1 Number ofscrew threads in steelbar with straight thread rolling

2）鋼筋套絲檢驗技術(shù)

加工場內(nèi)加工完畢的鋼筋絲頭半成品，抽取10%的數(shù)量，采用通止規(guī)來檢查絲頭的合格率，通規(guī)全部旋合，通過鋼筋絲頭，止規(guī)旋合進入不得超過3絲。

沉管主筋鋼筋在安裝接頭時，可用管鉗或扭力扳手擰緊，鋼筋絲頭應(yīng)在套筒中央位置相互頂緊，接頭安裝后的單側(cè)外露螺紋不宜超過2絲。

采用通止規(guī)檢查合格的絲頭，立即擰上塑料保護帽，另一端擰上套筒，并按規(guī)格分類下墊上蓋堆放整齊待用。

沉管鋼筋綁扎中，為保證接頭工藝的合格率，對已經(jīng)連接的鋼筋接頭扭矩值進行抽檢，不同直徑的接頭扭矩值如表2所示。

表2 滾軋直螺紋鋼筋接頭扭矩值Table 2 Torque value ofsteeljointwith straight thread rolling

2.5 鋼筋配料設(shè)計

根據(jù)鋼筋圖紙尺寸，結(jié)合鋼筋原材長度制作鋼筋下料委托單，并由相應(yīng)的技術(shù)負責(zé)人進行審核。鋼筋下料委托單繪制過程中，同規(guī)格的鋼筋長短搭配，減少余料。

在鋼筋加工過程中，根據(jù)審核完成的鋼筋委托單所給尺寸，先做出大樣圖，并由相應(yīng)負責(zé)人核實無誤后對鋼筋進行下料，遵循先斷長料，后斷短料，減少短頭的原則。

東西軸線東汊沉管N1環(huán)向鋼筋長度大，安裝精度要求高，施工現(xiàn)場通過BIM模擬分析，并結(jié)合現(xiàn)場12 m和9 m的鋼筋原材，以節(jié)約材料、滿足接頭錯開的規(guī)范要求和減少廢料為前提，做出如圖4所示的鋼筋連接配料單。

圖4 N1環(huán)向鋼筋連接Fig.4 N1 loop reinforcement connection

對加工完畢的N1鋼筋現(xiàn)場隨機抽取不同型號的鋼筋進行組合，最后完美閉合，組合精度高達20 mm，滿足了現(xiàn)場施工需求，達到了預(yù)期的施工效果。

3 鋼筋綁扎技術(shù)

3.1 BIM模型搭建

1）碰撞分析

通過BIM模型分析模擬，發(fā)現(xiàn)鋼端殼預(yù)埋錨筋與沉管主體鋼筋存在干擾（如圖5所示），影響現(xiàn)場施工，現(xiàn)將端鋼殼預(yù)埋勾筋優(yōu)化為預(yù)埋套筒，解決了鋼端殼鋼筋與沉管鋼筋干擾的問題，既防止了在鋼端殼施工中割斷鋼筋的情況，又縮短了端鋼殼的安裝時間。

圖5 BIM模型下的端鋼殼鋼筋與沉管鋼筋干擾圖Fig.5 Interference diagram ofend steelshell reinforcementand immersed tube reinforcementunder BIMmodel

2）優(yōu)化綁扎工序

東西軸線項目為節(jié)約沉管預(yù)制工期，首次在鋼筋綁扎中引入了BIM模擬技術(shù)，優(yōu)化了沉管鋼筋綁扎與端鋼殼錨筋安裝順序，優(yōu)化沉管N1環(huán)向鋼筋接頭錯開位置。

3.2 模型試驗

根據(jù)BIM技術(shù)的數(shù)值模擬，選取邊墻倒角模型和中隔墻倒角模型進行足尺模型試驗。

模型鋼筋綁扎順序：箍筋下半肢綁扎→鋼筋定位綁扎→底板縱向鋼筋定位綁扎→勁性骨架安裝定位→中隔墻鋼筋定位綁扎→底板橫向鋼筋定位綁扎→底板縱向鋼筋上部分定位綁扎→底板上部橫向鋼筋定位綁扎→箍筋上半肢綁扎焊接→中隔墻縱向鋼筋定位綁扎→中隔墻倒角處綁扎→中隔墻斜向主筋綁扎。

通過現(xiàn)場實際驗證，結(jié)合BIM模擬技術(shù)，因為端鋼殼的錨筋與模型鋼筋存在干擾，最終將端鋼殼錨筋優(yōu)化為預(yù)埋套筒直鋼筋的形式，為沉管施工減少困難。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用

沉管鋼筋綁扎采取鋼筋綁扎臺車分區(qū)流水綁扎工藝[8]。鋼筋統(tǒng)一在加工車間下料加工，然后裝車運至沉管預(yù)制區(qū)域。

1）底板鋼筋綁扎

底板鋼筋的擺放和綁扎順序（橫斷面方向從中心向兩邊擺放和綁扎、縱向從一端向另一端擺放和綁扎）：底板箍筋下半肢→底板橫向鋼筋→縱向鋼筋（中部分層綁扎）→安裝架立筋→分層擺放頂層橫向鋼筋→縱向鋼筋→面層橫向鋼筋→箍筋上半肢和拉鉤筋。

底板鋼筋綁扎過程中，主筋定位的精度直接影響到后續(xù)鋼筋的綁扎和鋼筋籠成型的外觀，同時考慮大批量鋼筋定位的便利，利用勁性骨架進行定位。

2）側(cè)墻鋼筋綁扎

側(cè)墻鋼筋綁扎前，安裝簡易支架平臺，利用其上的鋼筋綁扎平臺進行綁扎定位。外側(cè)墻鋼筋利用鋼筋綁扎支架進行鋼筋定位和綁扎。中隔墻鋼筋利用內(nèi)部支架進行定位和綁扎，待鋼筋綁扎完成后，吊運簡易支架平臺至下一管節(jié)。

鋼筋綁扎時，先進行封閉箍區(qū)域箍筋和縱向主筋交替綁扎，形成整體。再依次按從下到上的順序進行豎向鋼筋和縱向鋼筋的綁扎；最后依次綁扎箍筋另半肢和拉鉤筋。

在側(cè)墻、中隔墻箍筋綁扎時，需預(yù)先按順橋向2.5 m的間距預(yù)留混凝土串筒的安放位置，并根據(jù)施工實際需要預(yù)留混凝土工振搗通道，混凝土澆筑過程中進行復(fù)位綁扎。

3）頂板鋼筋

頂板鋼筋的綁扎步驟：外墻倒角→頂板箍筋→橫向鋼筋→縱向鋼筋→架立筋安裝→底層橫向鋼筋分層鋪設(shè)→架立筋安裝→頂層橫向鋼筋分層鋪設(shè)→頂層縱向鋼筋→頂層橫向鋼筋→箍筋。

頂板鋼筋綁扎完成后，移動外模臺車，通過其上的桁架梁吊點懸吊頂板鋼筋籠，然后把鋼筋綁扎滑車向前移動，進入下一道工序。

4 結(jié)語

襄陽市東西軸線項目東汊沉管已全部預(yù)制完成，達到了預(yù)期使用效果。

1）應(yīng)用智能套絲技術(shù)，保證了套筒接頭施工質(zhì)量。

2）通過優(yōu)化鋼筋配料設(shè)計，減少了鋼筋接頭，降低了鋼筋廢料率，節(jié)約了施工成本。

3）通過BIM模擬了鋼筋碰撞問題，優(yōu)化了鋼筋綁扎工序。工序優(yōu)化后，底板鋼筋綁扎3 d、側(cè)墻鋼筋綁扎2 d、頂板鋼筋綁扎3 d，提高了現(xiàn)場綁扎工效，縮短了工期。