工廠(chǎng)化智能流水作業(yè)技術(shù)在路橋工程施工中的研究與應(yīng)用

林 虎 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

1 研究背景

2020年7月3日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等13個(gè)部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》（建市〔2020〕60號(hào)文）明確指出“圍繞建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展總體目標(biāo)，以大力發(fā)展建筑工業(yè)化為載體，以數(shù)字化、智能化升級(jí)為動(dòng)力，創(chuàng)新突破相關(guān)核心技術(shù)，加大智能建造在工程建設(shè)各環(huán)節(jié)應(yīng)用，形成涵蓋科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、施工裝配、運(yùn)營(yíng)等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系，提升工程質(zhì)量安全、效益和品質(zhì)，有效拉動(dòng)內(nèi)需，培育國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和持續(xù)健康發(fā)展”。

2 目前現(xiàn)狀及發(fā)展方向

公路橋梁建造技術(shù)在近年來(lái)我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)快速時(shí)期已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，然而整體建造過(guò)程中，橋涵等裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制一般以小型、多點(diǎn)、臨時(shí)建造等情況出現(xiàn)，項(xiàng)目整體裝配化程度低，未能形成整體布局。部分項(xiàng)目工程設(shè)置了橋涵構(gòu)件預(yù)制標(biāo)進(jìn)行裝配化布局，施工全過(guò)程工藝流程數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化和建筑機(jī)器人應(yīng)用水平低，未能形成自動(dòng)化工藝智能生產(chǎn)流水線(xiàn)和工業(yè)化建造智能成套裝備，難以滿(mǎn)足“安全、高效、優(yōu)質(zhì)、智能”發(fā)展的要求。

工業(yè)化建造方向在提升交通建設(shè)工程質(zhì)量和品質(zhì)的實(shí)踐中，如何應(yīng)用預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理以及智能化應(yīng)用，真正推動(dòng)交通建設(shè)工程轉(zhuǎn)型升級(jí)與可持續(xù)發(fā)展，是需要進(jìn)行探索研究和實(shí)踐應(yīng)用的方向。

3 工藝原理

“工廠(chǎng)化智能流水作業(yè)技術(shù)”主要從各生產(chǎn)環(huán)節(jié)與整體工序流程出發(fā)，進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)流水線(xiàn)施工，形成裝配式T梁工廠(chǎng)化智能流水作業(yè)的成套技術(shù)。該技術(shù)主要包括智能機(jī)器人鋼筋加工技術(shù)、混凝土標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)運(yùn)、澆技術(shù)、構(gòu)件預(yù)制流水線(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)和智能控制數(shù)據(jù)化系統(tǒng)四個(gè)部分。

①智能機(jī)器人鋼筋加工技術(shù)：采用意大利MEP鋼筋設(shè)備及龍門(mén)式數(shù)控焊接機(jī)器人，完全自動(dòng)化的鋼筋切割和彎曲操作，構(gòu)思完整的生產(chǎn)周期實(shí)行全自動(dòng)化。

②混凝土標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)運(yùn)、澆技術(shù)：主要包括魚(yú)雷罐運(yùn)輸混凝土子系統(tǒng)、布料機(jī)澆筑混凝土子系統(tǒng)。整條線(xiàn)路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化軌道布設(shè)，拌合站完成攪拌混凝土后，以魚(yú)雷罐方式經(jīng)運(yùn)輸軌道將混凝土運(yùn)輸?shù)筋A(yù)制梁澆筑區(qū)上方的布料機(jī)中，然后通過(guò)布料機(jī)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行混凝土澆筑。

③構(gòu)件預(yù)制自動(dòng)化流水線(xiàn)技術(shù)：布設(shè)多個(gè)平行作業(yè)線(xiàn)，每個(gè)作業(yè)線(xiàn)設(shè)置多個(gè)工作位區(qū)，平行移動(dòng)臺(tái)車(chē)可對(duì)移動(dòng)臺(tái)座進(jìn)行平行作業(yè)線(xiàn)之間調(diào)節(jié)。單一作業(yè)線(xiàn)技術(shù)主要包括移動(dòng)鋼臺(tái)座、固定位液壓鋼側(cè)模、混凝土振搗器、恒溫蒸養(yǎng)室和自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)等技術(shù)。鋼筋加工完成后，用門(mén)式起吊機(jī)起吊至停留在1號(hào)位的移動(dòng)鋼臺(tái)座上后，然后鋼臺(tái)座移動(dòng)至2號(hào)位液壓鋼側(cè)模區(qū)域，鋼側(cè)模閉合及頂面鋼筋完成安裝后，由布料機(jī)進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑過(guò)程中附著于液壓鋼側(cè)模外側(cè)混凝土振搗器進(jìn)行振搗，梁板澆筑完成達(dá)到規(guī)定條件后，開(kāi)啟液壓鋼側(cè)模，移動(dòng)鋼臺(tái)座依次移動(dòng)至3號(hào)位恒溫蒸養(yǎng)室、4號(hào)位提梁橫移區(qū)，后續(xù)完成養(yǎng)護(hù)、張拉壓漿、存放等工作。

④智能控制數(shù)據(jù)化系統(tǒng)：主要包括智能控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)化系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)指令統(tǒng)一，相互聯(lián)系。智能控制系統(tǒng)：根據(jù)工序流程按指令自動(dòng)化完成移動(dòng)鋼臺(tái)座就位、液壓模板安拆、移梁蒸養(yǎng)等工作，且過(guò)程中魚(yú)雷罐按指令將混凝土運(yùn)輸至布料機(jī)，布料機(jī)根據(jù)設(shè)定自動(dòng)按分層厚度澆筑混凝土，澆筑過(guò)程中振搗器同步按次序開(kāi)始振搗。數(shù)據(jù)化系統(tǒng)：對(duì)混凝土拌合量、施工配合比、運(yùn)輸澆筑時(shí)間、振搗頻率、蒸養(yǎng)時(shí)間、蒸養(yǎng)溫度、張拉壓漿時(shí)間等一系列過(guò)程數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，對(duì)施工中不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)予以預(yù)警，并全過(guò)程中與智能控制系統(tǒng)的指令相統(tǒng)一協(xié)作。

4 技術(shù)特點(diǎn)

①自動(dòng)化控制程度高。根據(jù)工序流程，自動(dòng)化控制完成移動(dòng)鋼臺(tái)座就位、液壓模板安拆、移梁蒸養(yǎng)、魚(yú)雷罐運(yùn)輸、布料機(jī)澆筑、智能振搗器振動(dòng)等混凝土構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)施工周期。無(wú)需投入混凝土罐車(chē)、泵車(chē)設(shè)備，無(wú)需起重吊進(jìn)行模板安拆。

②全程數(shù)據(jù)信息化智慧管控。對(duì)混凝土拌合量、施工配合比、運(yùn)輸澆筑時(shí)間、振搗頻率、蒸養(yǎng)時(shí)間、蒸養(yǎng)溫度、張拉壓漿時(shí)間等一系列過(guò)程數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，施工中不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)予以預(yù)警。操作人員及管理人員可通過(guò)智能控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息化系統(tǒng)進(jìn)行施工過(guò)程管控。

③技術(shù)先進(jìn)，可復(fù)制、易推廣。改變了罐車(chē)澆筑混凝土、固定臺(tái)座上預(yù)制梁板、龍門(mén)吊起吊安拆模板等傳統(tǒng)施工設(shè)備和預(yù)制工藝，形成自動(dòng)化智能控制流水生產(chǎn)線(xiàn)，整體質(zhì)量安全易管控。

④整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程“流水化作業(yè)、智能化控制、裝配化施工”，滿(mǎn)足“安全、高效、優(yōu)質(zhì)、智能”管控目標(biāo)和未來(lái)行業(yè)發(fā)展需要，推廣應(yīng)用價(jià)值極大，適應(yīng)性范圍廣，尤其適合大規(guī)模生產(chǎn)的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地和園區(qū)，社會(huì)效益明顯。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

場(chǎng)站布設(shè)→鋼筋加工、綁扎及吊裝（移動(dòng)鋼臺(tái)座就位1號(hào)位）→鋼側(cè)模及頂面鋼筋安裝（移動(dòng)鋼臺(tái)座就位2號(hào)位）→（移動(dòng)鋼臺(tái)座持續(xù)2號(hào)位）混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑→（移動(dòng)鋼臺(tái)座就位2號(hào)位）混凝土振搗→預(yù)制構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)（移動(dòng)鋼臺(tái)座就位3號(hào)位）→（移動(dòng)鋼臺(tái)座就位4號(hào)位）張拉壓漿→（移動(dòng)鋼臺(tái)座返回1號(hào)位）預(yù)制構(gòu)件提梁橫移、噴淋養(yǎng)護(hù)、存梁。

5.2 操作要點(diǎn)

5.2.1 場(chǎng)站布設(shè)

施工開(kāi)工前，在后場(chǎng)分別布設(shè)拌合站、鋼筋加工區(qū)、構(gòu)件預(yù)制區(qū)及存梁區(qū)。拌合站出料口與構(gòu)件預(yù)制區(qū)魚(yú)雷罐軌道相連，鋼筋加工區(qū)與構(gòu)件預(yù)制區(qū)采用鋼軌道布設(shè)以及鋼筋半成品。構(gòu)件預(yù)制區(qū)內(nèi)分設(shè)鋼筋綁扎區(qū)、混凝土澆筑區(qū)、蒸汽養(yǎng)護(hù)區(qū)及張拉壓漿區(qū)。采用流水線(xiàn)施工布局，分設(shè)多條生產(chǎn)線(xiàn)，中間根據(jù)情況設(shè)置閉合循環(huán)回路，每條生產(chǎn)線(xiàn)配置4個(gè)鋼臺(tái)座，臺(tái)座長(zhǎng)度根據(jù)預(yù)制構(gòu)件梁板長(zhǎng)度設(shè)定，制動(dòng)采用電機(jī)制動(dòng)，每條生產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)上設(shè)置鋼軌道供臺(tái)座移動(dòng)。

5.2.2 鋼筋加工、綁扎及吊裝

①鋼筋按照施工圖設(shè)計(jì)對(duì)各編號(hào)鋼筋采用智能數(shù)控機(jī)器人下料和加工，并充分考慮鋼筋的搭接方式和搭接長(zhǎng)度。

②鋼筋胎模制作，分為肋板、翼板、波紋管、吊裝支架。肋板部分分為肋板部支架、水平縱向分布支架。按照箍筋設(shè)置間距設(shè)置卡槽口，在角鋼上設(shè)置明顯記號(hào)，標(biāo)示波紋管定位鋼筋的位置。水平縱向鋼筋支架的制作，采用角鋼制作，高度為梁高。

③鋼筋安裝分為肋板和翼板兩個(gè)部分。按照波紋管定位鋼筋→縱向水平筋→馬蹄筋→梁餒箍筋→底部縱向主鋼筋→橫隔板鋼筋→穿入固定波紋管→翼板水平橫向筋→翼板縱向鋼筋→預(yù)埋鋼筋。按照梅花形布置C50混凝土保護(hù)層墊塊。

④移動(dòng)鋼臺(tái)座就位1號(hào)位鋼筋施工區(qū)域。半成品鋼筋通過(guò)電動(dòng)平車(chē)運(yùn)輸至鋼筋綁扎胎具處進(jìn)行綁扎，安裝預(yù)應(yīng)力管道、各類(lèi)預(yù)埋件。鋼筋骨架綁扎完成后，由龍門(mén)吊吊裝專(zhuān)用吊具，將T梁鋼筋骨架吊裝至臺(tái)座上。

5.2.3 鋼側(cè)模及頂面鋼筋安裝

①鋼側(cè)模采用液壓模板，自動(dòng)化控制。主要包括側(cè)板及翼緣底板，側(cè)模附著在支架上，支架起到穩(wěn)定側(cè)模和加勁側(cè)模的作用。側(cè)模先編號(hào)，再試拼，后使用，側(cè)模按照不同長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成。

②移動(dòng)鋼臺(tái)座就位2號(hào)位。鋼筋工程結(jié)束后，啟動(dòng)臺(tái)座移至液壓模板區(qū)域。模板液壓閉合。固定后，采用門(mén)吊安裝加工成型的頂面鋼筋骨架。

5.2.4 混凝土拌合、運(yùn)輸、澆筑、振搗

①混凝土拌和在標(biāo)準(zhǔn)配合比完成批復(fù)的基礎(chǔ)上，每批次混凝土拌和前測(cè)定集料含水量等指標(biāo)，確定本批次混凝土施工配合比，設(shè)定系統(tǒng)并嚴(yán)格按照施工配合比實(shí)施。

②采用標(biāo)準(zhǔn)化軌道布設(shè)，混凝土從拌合站出料口直接出料至魚(yú)雷罐，運(yùn)輸至每條生產(chǎn)線(xiàn)上方布料器。

③布料器沿預(yù)制梁板長(zhǎng)度方向布設(shè)軌道，根據(jù)每次澆筑量設(shè)定相關(guān)參數(shù)，以控制布料器行走速度、來(lái)回頻率完成分層分段澆筑目的。自動(dòng)化分層澆筑，每層澆筑厚度不大于30cm，在倒角和配筋較密處（特別是在側(cè)板的側(cè)墻和底座交界處）為方便引氣分兩層澆筑，連續(xù)澆筑。如因故中斷，間隔時(shí)間不得大于150min。

5.2.5 混凝土振搗

①混凝土采用附著式振搗器為主，其他振搗為輔，振搗器按照一字形上下布置兩層，腹板及馬蹄處各布置一排，縱向間距1.5m。混凝土在馬蹄處氣體不易排出，要分層澆筑，并及時(shí)振搗。

②混凝土澆筑完成后收漿前，應(yīng)對(duì)外露面混凝土進(jìn)行收光或拉毛。鑿毛面采用水沖洗法鑿毛，混凝土拆模后，立即組織鑿毛。

5.2.6 預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)

①混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后，開(kāi)啟液壓模板脫模，將移動(dòng)鋼臺(tái)座移至3號(hào)位，并做好密封措施，利用恒溫恒濕的蒸汽養(yǎng)生設(shè)備對(duì)梁體進(jìn)行蒸汽養(yǎng)生，直至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%。

②棚內(nèi)預(yù)先布設(shè)管道和接口以及溫度計(jì)，到達(dá)指定養(yǎng)生構(gòu)件處與預(yù)先埋設(shè)接口連接，逐步加溫，升溫速率保持在10℃/h，最高溫度不得大于80℃，恒溫養(yǎng)生2h～6h，然后逐步降溫，降溫速率保持在5℃/h，同時(shí)做好混凝土構(gòu)件養(yǎng)生溫度記錄30min/次。蒸汽養(yǎng)護(hù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)上傳至數(shù)據(jù)化系統(tǒng)中，以便監(jiān)控。

5.2.7 預(yù)制構(gòu)件張拉、壓漿

①預(yù)制構(gòu)件達(dá)到強(qiáng)度90%后，移動(dòng)鋼臺(tái)座移至4號(hào)位張拉壓漿臺(tái)位。

②預(yù)應(yīng)力張拉采用智能設(shè)備張拉，嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖的要求，按編號(hào)和橋軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)張拉。鋼絞線(xiàn)在控制張拉應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定后進(jìn)行錨固。

③預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束并經(jīng)檢查合格后，在48h內(nèi)完成真空智能壓漿。孔道壓漿采用普通硅酸鹽水泥，摻入復(fù)合壓漿劑，采用潔凈的飲用水，水泥漿強(qiáng)度不低于50MPa，水泥漿的水灰比控制在0.26-0.28，泌水率在 2%以?xún)?nèi)，拌和后3h泌水率不得超過(guò)0%，泌水應(yīng)在24h內(nèi)全部被漿吸回。水泥漿稠度宜控制在14s～18s之間，拌和時(shí)間在2min以上。

④張拉壓漿完成后及時(shí)封錨，然后移至橫向移梁區(qū)，通過(guò)門(mén)吊移至噴淋區(qū)，噴淋頻率及時(shí)間由智能控制系統(tǒng)指令下達(dá)。空臺(tái)座通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)之間設(shè)置的循環(huán)閉合回路回到初始位置。

5.2.8 噴淋養(yǎng)護(hù)、存梁

構(gòu)件吊裝至臨時(shí)存放區(qū)，繼續(xù)保持養(yǎng)生，在構(gòu)件存放區(qū)布設(shè)旋轉(zhuǎn)式噴淋管道和噴頭，每個(gè)排構(gòu)件上部邊側(cè)和底部中側(cè)各布一道，做到無(wú)死角養(yǎng)生；待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后，吊裝至梁板固定存放區(qū)。

6 結(jié)論

工廠(chǎng)化智能流水作業(yè)技術(shù)在路橋工程施工中的研究成功及應(yīng)用，改變了罐車(chē)澆筑混凝土、固定臺(tái)座上預(yù)制梁板、龍門(mén)吊起吊安拆模板等傳統(tǒng)施工設(shè)備和預(yù)制工藝，解決了傳統(tǒng)工藝施工過(guò)程人工投入大、施工效率慢、質(zhì)量安全管控難度大等問(wèn)題，該技術(shù)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程“流水化作業(yè)、智能化控制、裝配化施工”，滿(mǎn)足“安全、高效、優(yōu)質(zhì)、智能”管控目標(biāo)和未來(lái)行業(yè)發(fā)展需要，推廣應(yīng)用價(jià)值極大，適應(yīng)性范圍廣，尤其適合大規(guī)模生產(chǎn)的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地和園區(qū)，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益明顯。