大型裝配式混凝土蓋梁高精度安裝技術(shù)

莫 莉，黃厚軍，2

（1、廣州機(jī)施建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣州510725；2、廣州市建筑集團(tuán)有限公司 廣州510030）

1 裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，施工技術(shù)日益發(fā)展，各種新型橋梁建筑體系逐漸走進(jìn)施工技術(shù)領(lǐng)域。其中目前發(fā)展比較迅速，而且符合綠色施工和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的橋梁安裝形式是裝配式施工工藝，目前應(yīng)用最為廣泛的是裝配式預(yù)制構(gòu)件。

由裝配式部件在施工現(xiàn)場(chǎng)裝配而成的，稱為裝配式。由于該部件由工廠大規(guī)模生產(chǎn)，可以更好地控制生產(chǎn)質(zhì)量和減少材料損耗，具有綠色、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材以及減少資金投入的特點(diǎn)，受到建筑行業(yè)的青睞。

目前裝配式結(jié)構(gòu)的施工難點(diǎn)在于安裝部件的設(shè)計(jì)，特別是拼接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。一般常規(guī)做法是初步設(shè)計(jì)出大樣，然后制作大樣進(jìn)行試拼裝，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)嘗試和優(yōu)化后才能定版。這不僅延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，操作繁瑣，需要較多的人力、物力；往往需要現(xiàn)場(chǎng)自行調(diào)整，不利于整體安裝質(zhì)量控制。因此，根據(jù)裝配式建筑的特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行研究，以裝配式橋梁為例，對(duì)大型裝配式構(gòu)件如何實(shí)現(xiàn)高精度安裝進(jìn)行探討。

2 利用BIM的虛擬施工模擬技術(shù)優(yōu)化構(gòu)件圖紙

裝配式橋梁安裝施工前，需要對(duì)裝配式構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，深化設(shè)計(jì)已經(jīng)不局限于平面圖紙，可以應(yīng)用BIM 軟件進(jìn)行建模（見圖1）［1］，通過(guò)三維模擬施工中發(fā)現(xiàn)圖紙中無(wú)法發(fā)現(xiàn)的存在問(wèn)題［2］，從中找出施工困難點(diǎn)和錯(cuò)誤部位，從而進(jìn)行更細(xì)化的結(jié)構(gòu)調(diào)整［3］。

3 采用二次吊裝及分段預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)

二次吊裝及分段預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)是一種伴隨裝配式建筑發(fā)展而形成的安裝優(yōu)化技術(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于以無(wú)損安裝為原則，適合大型組合構(gòu)件安裝。

常規(guī)的構(gòu)件安裝是采用先坐漿然后吊裝的施工順序，但這種安裝方式容易因?yàn)闃?gòu)件校正造成連接面受損，不適合體積大且造型復(fù)雜的裝配式構(gòu)件。二次吊裝施工技術(shù)主要是利用千斤頂及限位墊塊組成若干個(gè)限位器，在第一次吊裝中利用千斤頂調(diào)節(jié)限位裝置，使構(gòu)件校正到位；然后再進(jìn)行構(gòu)件之間的連接處理措施，施工完成后再吊起構(gòu)件按照限位進(jìn)行精準(zhǔn)安裝，避免了吊裝校正的擾動(dòng)使連接加固措施受損而影響連接質(zhì)量。

分段預(yù)應(yīng)力張拉是一種對(duì)構(gòu)件進(jìn)行張拉補(bǔ)強(qiáng)的措施，主要措施是利用千斤頂、厚鋼板及臨時(shí)夾具實(shí)現(xiàn)臨時(shí)張拉效果。待上部結(jié)構(gòu)施工完成且穩(wěn)定后，利用千斤頂進(jìn)行二次張拉和灌漿作業(yè)，有效減少了張拉應(yīng)力的損耗。

圖1 模擬蓋梁吊裝施工Fig.1 Simulation of the Construction Process of Cover Beam Hoisting

4 施工實(shí)例介紹

廣州市某快捷化改造工程勘察設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目是省內(nèi)首個(gè)全裝配式市政橋梁項(xiàng)目，位于廣州市荔灣區(qū)西部，連接珠江大橋、珠江隧道、鶴洞大橋等主要出入口，走向?yàn)槲鞅敝翓|南，大致與珠江平行。全路分為西、中、東、南4段，全長(zhǎng)9.0 km。

本高架橋梁的主要結(jié)構(gòu)采用雙柱墩接大懸臂蓋梁的形式，橋墩及蓋梁均為預(yù)應(yīng)力預(yù)制構(gòu)件，采用整體預(yù)制拼裝［4］。如今裝配式橋梁項(xiàng)目的構(gòu)件連接通常采用插銷式的連接工藝，但這種工藝存在整體性差、安裝精度低、連接不緊密的缺點(diǎn)。

裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土蓋梁高精度安裝施工技術(shù)通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種可調(diào)節(jié)的臨時(shí)支撐平臺(tái)［5］，同時(shí)采用二次吊裝技術(shù)確保了蓋梁安裝精度和坐漿質(zhì)量；利用灌漿套筒連接技術(shù)加強(qiáng)了整個(gè)裝配式橋梁的整體性；通過(guò)二次預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)使整個(gè)高架橋安裝施工更具安全性，而且也不會(huì)因?yàn)榘惭b過(guò)程的擾動(dòng)使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損耗［6］。該施工技術(shù)工藝簡(jiǎn)單完整，各工序質(zhì)量易于控制；大大節(jié)約施工成本，有效縮短施工工期和提高施工質(zhì)量。該技術(shù)成功應(yīng)用于該快捷化改造工程勘察設(shè)計(jì)施工總承包工程中，有效解決了裝配式橋梁項(xiàng)目蓋梁高精度安裝施工的重難點(diǎn)問(wèn)題，為日后同類工程施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

蓋梁施工工藝流程如圖2所示。

4.1 蓋梁安裝要點(diǎn)

⑴蓋梁安裝前須設(shè)置支撐平臺(tái)。根據(jù)預(yù)制蓋梁距路線中心線端距墩柱邊2.1 m，另外一端距墩柱邊7.3 m。根據(jù)計(jì)算遠(yuǎn)離路線中心線端較重，導(dǎo)致蓋梁拼裝后整體不平衡，需要搭設(shè)臨時(shí)支架。

⑵蓋梁臨時(shí)支架采用混凝土基礎(chǔ)，鋼柱作為支撐，H45型鋼橫梁，12工字鋼縱梁組成的梁柱式支架［7］。

⑶支撐平臺(tái)頂端設(shè)置三角形契塊，千斤頂、限位鋼槽及限位鋼墊用于蓋梁調(diào)整及限位（見圖3）；限位裝置中的千斤頂承載力不少于50 t。

圖2 工藝流程Fig.2 Process Flow

⑷蓋梁第一次吊裝應(yīng)緩慢下降至設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止下降，由千斤頂進(jìn)行校正及限位（見圖4）。蓋梁拼裝使用2 臺(tái)吊車用抬吊方式進(jìn)行拼裝，2 臺(tái)吊車就位后慢慢吊至墩柱中心上方，緩慢下放［8］。當(dāng)灌漿套筒接近墩柱頂部鋼筋時(shí)，穩(wěn)住2臺(tái)起重機(jī)，讓套筒沿著墩柱頂部鋼筋慢慢下放。

⑸蓋梁底部快接近墩柱頂面時(shí)，2臺(tái)起重機(jī)同時(shí)同步分級(jí)卸力，卸至200 kN 后，停止卸力，開始對(duì)蓋梁位置進(jìn)行初步調(diào)整。

⑹蓋梁拼裝空間位置調(diào)整：①蓋梁沿墩柱縱向偏差，即為蓋梁橫斷面偏差；②蓋梁沿墩柱橫向偏差，即為蓋梁縱斷面偏差；③蓋梁扭轉(zhuǎn)時(shí)，一端偏向蓋梁橫斷面左側(cè)，一端偏向蓋梁橫斷面右側(cè)；④對(duì)蓋梁縱橫斷面位置調(diào)整，通過(guò)起重機(jī)微轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整。

蓋梁位置調(diào)整后，鎖緊千斤頂，用楔形塊調(diào)整蓋梁水平標(biāo)高。

圖3 支撐體系限位裝置Fig.3 Limiting Device of Bracing System

圖4 構(gòu)件預(yù)吊矯正并設(shè)置限位Fig.4 Setting Limiting and Correction before Lifting

當(dāng)蓋梁試吊完成后，將蓋梁慢慢吊起，移至墩柱墩柱范圍外。然后將抱箍平面標(biāo)高調(diào)整后，檢查調(diào)整塊的位置及標(biāo)高。

①先將墩柱頂面清理干凈，再將墩柱頂面潤(rùn)濕。

②將拌好的漿液鋪設(shè)在墩柱頂面，并將鋪好的漿液扒平，且與調(diào)節(jié)塊頂面平齊（見圖5）。

圖5 構(gòu)件吊起進(jìn)行坐漿施工Fig.5 Mortar Construction after Lifting Cover Beam

坐漿完成后，必須在30 min 內(nèi)完成蓋梁與墩柱的拼裝（見圖6）。2臺(tái)吊車將蓋梁吊至墩柱上方，進(jìn)行拼裝，方法與蓋梁試吊相同。拼裝完成后，用水清理墩柱四周溢出的漿液。

蓋梁拼裝完成12 h后，拆除抱箍，對(duì)蓋梁內(nèi)的灌漿套筒進(jìn)行灌漿［9］。預(yù)制蓋梁節(jié)段1和預(yù)制蓋梁節(jié)段2之間有1 m 的現(xiàn)澆段，當(dāng)同一軸線預(yù)制蓋梁兩節(jié)段拼裝及灌漿完成后，方可進(jìn)行現(xiàn)澆段施工［9］。

圖6 坐漿完成后直接按照限位裝置進(jìn)行構(gòu)件安裝Fig.6 Component Installation according to the Limit Device after Mortar Construction

4.2 二次預(yù)應(yīng)力張拉施工要點(diǎn)

裝配式蓋梁的預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)機(jī)關(guān)系到整個(gè)裝配式橋梁工程的施工質(zhì)量，經(jīng)過(guò)我們不同施工順序的實(shí)踐試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)［10］：采用二次預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝有利于使蓋梁的預(yù)應(yīng)力張拉施工達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。具體主要程序和要點(diǎn)如下：預(yù)制蓋梁吊裝→鋼絞線穿管→第一次張拉至設(shè)計(jì)值的70%→設(shè)置臨時(shí)夾具→預(yù)制箱梁安裝→第二次張拉至設(shè)計(jì)值的100%→注漿以及設(shè)置夾具→完成張拉。

此外，二次預(yù)應(yīng)力張拉是裝配式橋梁的一個(gè)重要控制點(diǎn)，其主要施工要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

⑴蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束第一階段張拉時(shí)蓋梁現(xiàn)澆段混凝土實(shí)際強(qiáng)度及彈性模量不下于設(shè)計(jì)值的90%，且混凝土齡期不下于7 d。

⑵預(yù)應(yīng)力鋼束張拉時(shí)應(yīng)用張拉力，引伸量雙控。實(shí)測(cè)引伸量不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)值的±6%。

⑶所有鋼束采用兩端對(duì)稱張拉，張拉控制預(yù)應(yīng)力1 302 MPa，每根鋼絞線的張拉程序?yàn)椋?→初始應(yīng)力（σcon的10%）→σcon，持荷時(shí)間2 min，錨固。

⑷張拉完成后，用真空壓漿工藝作孔道壓漿，壓漿料為M50水泥漿，壓漿必須飽滿充實(shí)。

⑸ 等預(yù)應(yīng)力第二階段張拉、壓漿結(jié)束后再用C50 混凝土對(duì)其封錨，該封錨混凝土宜添加適量微膨脹劑宜減少水泥漿的收縮。

現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力張拉如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力張拉Fig.7 On-site Prestressed Tension Construction

5 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑是預(yù)制構(gòu)件工程的發(fā)展和技術(shù)飛躍，其施工速度和質(zhì)量控制都有了不少的提高，可見裝配式施工是日后鋼筋混凝土建造的發(fā)展趨勢(shì)。但是每項(xiàng)新技術(shù)的誕生都缺乏相關(guān)的操作經(jīng)驗(yàn)和配套工藝而導(dǎo)致大量問(wèn)題需要解決，例如在安裝精度控制、構(gòu)件連接處的處理等技術(shù)問(wèn)題需不斷努力嘗試和創(chuàng)新。

廣州某快捷化改造工程作為省內(nèi)首個(gè)全裝配式市政橋梁項(xiàng)目，針對(duì)上述問(wèn)題開展研究，利用BIM 技術(shù)模擬性強(qiáng)的特點(diǎn)，融入裝配式橋梁的吊裝模擬，對(duì)吊裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，在深化設(shè)計(jì)中立即調(diào)整，提前解決問(wèn)題。同時(shí)創(chuàng)新采用二次吊裝及二次預(yù)應(yīng)力張拉工藝，有利于解決預(yù)制構(gòu)件的安裝問(wèn)題，特別是吊裝過(guò)程中采用的預(yù)吊裝定位和設(shè)置限位校準(zhǔn)器等措施，都能適用于裝配式構(gòu)件的安裝，為日后同類型施工提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。