錐套鎖緊接頭鋼筋骨架模塊化加工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

冉慧聰

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團有限公司，河北石家莊 050000）

1 工程概況

某橋梁工程所在地區(qū)的地形條件較為復(fù)雜，場地狹窄，對施工時的材料與機具設(shè)備進場有很大的影響，該橋梁為雙塔斜拉橋，共三跨，跨徑組合為95m+210m+95m，塔高約66m，上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為矩形實心墩。該橋梁的主索塔均采用H 型橋塔，其上、下塔柱及方形墩柱的高度分別為66m、13.7m 和6.5m，順橋向下塔柱底寬9m，逐步縮小至7m，直至塔頂，上、下塔柱結(jié)構(gòu)的壁厚分別為80cm 和120cm，并在底部設(shè)置高度為2m 的實心段。橫橋向?qū)?.5m，下塔柱由上至下橫橋向?qū)挾扔?.5m 漸變至6.0m，中部有2道橫梁，其中，下橫梁的尺寸為：長×寬×高=40.65m×6.60m×4.00m，上橫梁的尺寸為：長×寬×高=34.05m×6.80m×3.20m；上橫梁的頂、底板厚度均為0.8m，采用壁厚為1.0m 的腹板；下橫梁的頂、底板厚度均為0.7m，采用壁厚同樣為0.7m 的腹板。所有橫梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其中，下橫梁兩側(cè)與塔柱混凝土澆筑保持同步，而上橫梁兩側(cè)則借助爬模系統(tǒng)與塔柱混凝土澆筑施工保持同步，在混凝土澆筑結(jié)束后，開始預(yù)應(yīng)力張拉。施工機械設(shè)備配置為：1 臺50t M1000 型塔吊；1 臺16t C7030 型塔吊；2 臺AX3-300-1 型直流焊機；2臺BX3-300-1 型交流焊機；3 臺GB4028B 型臥式鋸床；1 臺10t 門式起重機；5 臺HGS40B 型施鋼筋直螺紋剝肋滾絲機；2 臺40 型鋼筋切斷機；2 臺40 型鋼筋彎曲機；1臺60型鋼筋彎曲機；1臺10t轉(zhuǎn)運車。

2 錐套鎖緊鋼筋接頭技術(shù)

該橋梁主索塔對應(yīng)的墩柱及塔柱所有鋼筋均在制定加工車間內(nèi)加工。其中，普通鋼筋主要采用HRB400型，直徑分為16mm、20mm、22mm 和32mm 四種，將直徑為32mm 的HRB400 型鋼筋作為主筋，在同一斷面上的鋼筋接頭必須錯開至少50%，且上、下兩個斷面之間的距離應(yīng)達到鋼筋直徑的45 倍以上。對于主筋的連接，其接頭形式為錐套鎖緊接頭[1]。

該接頭形式主要由三部分組成，分別為錐套、鎖片和保持架。先將鋼筋其中一端插入到接頭鎖片的兩端，直到與保持架頂緊，之后在鎖片兩端套上錐套，借助專門的工具沿軸向?qū)﹀F套進行擠壓，使其達到鎖緊狀態(tài)，至此即可完成連接。沿軸向?qū)﹀F套實施擠壓的過程中，鎖片會同時將鋼筋抱緊，由于鎖片帶有螺牙，能與鋼筋肋部緊緊咬合，以保證鋼筋連接質(zhì)量。另外，由于在同一個斷面當中不需要將接頭處錯開，因此能大幅提高鋼筋資源的實際利用率。該接頭形式主要具有以下幾點優(yōu)勢：可實現(xiàn)機械化施工，減少人力投入；能與模塊化構(gòu)件之間更好連接，降低連接難度，保證連接效果；完成施工后的質(zhì)量良好，且保持穩(wěn)定，不會過多地受到人為因素的影響，杜絕安全問題的發(fā)生[2]。

按照相關(guān)規(guī)程針對鋼筋接頭提出的要求，通過試驗確定該接頭形式的各項力學性能，試驗前分別選取3組樣品，首先對其母材的力學指標進行試驗，其試驗結(jié)果為：1#樣品，屈服強度450MPa，抗拉強度635MPa，基于最大作用力時的總伸長率為18.6%；2#樣品，屈服強度450MPa，抗拉強度635MPa，基于最大作用力時的總伸長率為17.7%；3#樣品，屈服強度445MPa，抗拉強度640MPa，基于最大作用力時的總伸長率為18.0%；以上三組樣品的屈服強度試驗結(jié)果平均值為448.3MPa，滿足標準提出的不低于400MPa 的要求；抗拉強度試驗結(jié)果平均值為636.7MPa，滿足標準提出的不低于540MPa 的要求；基于最大作用力時的總伸長率試驗結(jié)果平均值為18.1%，滿足標準提出的不低于9.0%的要求。

各組接頭樣品的單向拉伸試驗結(jié)果為：4#樣品，殘余變形0.05mm，基于最大作用力的總伸長率為12.9%，抗拉強度618MPa，鋼筋被拉斷；5#樣品，殘余變形0.06mm，基于最大作用力的總伸長率為14.1%，抗拉強度624MPa，鋼筋被拉斷；6#樣品，殘余變形0.06mm，基于最大作用力的總伸長率為13.6%，抗拉強度618MPa，鋼筋被拉斷；以上三組樣品的殘余變形試驗結(jié)果平均值為0.057mm，符合標準提出的不超過0.10mm 的要求；基于最大作用力時的總伸長率試驗結(jié)果平均值為13.5%，符合標準提出的不低于6.0%的要求；抗拉強度試驗結(jié)果平均值為620MPa，符合標準要求；破壞形態(tài)均為鋼筋被拉斷，同樣符合標準要求。各組接頭樣品的基于高應(yīng)力條件的反復(fù)拉壓試驗結(jié)果為：7#樣品，殘余變形0.14mm，抗拉強度621MPa，鋼筋被拉斷；8#樣品，殘余變形0.10mm，抗拉強度622MPa，鋼筋被拉斷；9#樣品，殘余變形0.13mm，抗拉強度616MPa；以上三組樣品的殘余變形試驗結(jié)果平均值為0.12MPa，符合標準提出的不超過0.3mm 的要求；抗拉強度試驗結(jié)果平均值為620MPa，符合標準要求；且鋼筋形態(tài)均為被拉斷，也能符合標準的要求。各組接頭樣品的大變形反復(fù)拉壓試驗結(jié)果為：10#樣品，殘余變形0.06mm，抗拉強度614MPa，鋼筋被拉斷；11#樣品，殘余變形0.06mm，抗拉強度617MPa，鋼筋被拉斷；12#樣品，殘余變形0.06mm，抗拉強度616MPa，鋼筋被拉斷；以上三組樣品的殘余變形試驗結(jié)果平均值為0.06mm，符合標準提出的不超過0.3mm的要求；抗拉強度試驗結(jié)果平均值為616MPa，且鋼筋形態(tài)均為被拉斷，可見該鋼筋接頭各項技術(shù)性能均能達到標準的要求[3]。

3 模塊化施工

在該橋梁主索塔結(jié)構(gòu)施工中，對鋼筋的安裝主要借助機械進行連接接長。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類型及特點，對不同位置與類型的構(gòu)件均進行模塊化處理，并對其加工場地的設(shè)計規(guī)劃及鋼筋骨架綁扎進行優(yōu)化，以提高整個鋼筋工程施工的作業(yè)效率，減少各類資源的投入，降低安全風險。該橋梁的塔柱與墩柱均采用該模塊化方式進行鋼筋骨架施工，并根據(jù)相關(guān)工藝要求和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)之間實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)[4]。

結(jié)合主索塔具體結(jié)構(gòu)形式，施工需按照以下順序進行：先施工墩柱與下塔柱，然后施工橫梁與上塔柱，最后施工塔冠?？紤]到墩柱與塔柱均屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、橫梁屬于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，而塔冠采用的是鋼結(jié)構(gòu)，故對墩柱與塔柱進行施工時引入以上模塊化技術(shù)，在指定場地范圍內(nèi)對主筋和箍筋進行拼裝，然后借助大型吊機將運輸?shù)轿徊⑼瓿砂惭b。為實現(xiàn)以上施工目標，需提前做好機具設(shè)備配置，本次共配置以下各類機具設(shè)備：配備4 套PM1500/400 型液壓爬模系統(tǒng)，主要用于索塔施工；配備4 臺QZT400 型塔吊，用于施工材料及各類設(shè)備的垂直提升；配備4部組合式爬梯，用于為施工人員提供上下通道；配備2 臺50t 履帶吊，用于對橫梁支架材料進行垂直吊裝；配備2 臺50#裝載機和2臺8～12m3混凝土罐車，用于混凝土運輸。

對鋼筋骨架進行模塊化加工時，需嚴格遵循以下順序：先對主筋進行安裝與接長，然后將環(huán)向分布的水平筋設(shè)置到位，再對拉鉤鋼筋進行安裝。在相鄰的主筋之間采用以上接頭形式相連，連接操作必須嚴格按照圖紙要求完成，以保證接頭質(zhì)量達到設(shè)計和相關(guān)規(guī)范提出的要求。待整個骨架成型之后，采用塔吊將骨架整體吊起，然后和下部鋼筋相連，最后以主筋設(shè)計要求的位置為依據(jù)對其進行固定[5]。

上塔柱由于橫梁的設(shè)置被分成兩個部分，因此，在鋼筋加工過程中，對處在不同位置的塔柱也應(yīng)引入模塊化技術(shù)，其具體加工順序與下塔柱基本相同，相鄰兩根主筋之間同樣采用以上接頭形式相連，上塔柱的施工可借助爬模系統(tǒng)進行，在此過程中，應(yīng)及時安裝和接高塔柱上的水平方向支撐，為后續(xù)的混凝土施工創(chuàng)造良好條件，保證最終的施工質(zhì)量。上塔柱具體施工流程為：測量放樣→勁性骨架安裝→鋼筋下料加工→連接接頭安裝→鋼筋骨架及管道安裝→爬模板支立→測量驗收→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護、拆模。

該橋梁墩柱與塔柱所用鋼筋的直徑均相對較大，使鋼筋及其骨架都有很大的剛度，如采用以往設(shè)置墊塊的方法難以保證鋼筋保護層實際厚度達到要求。對此，將整個骨架安裝到位后，還需進行定位筋的布設(shè)來保證保護層厚度。另外，施工中還應(yīng)經(jīng)常檢查骨架尺寸、主筋與箍筋之間的距離、混凝土施工完成后的強度及保護層厚度等，以保證工程施工安全穩(wěn)定完成。

4 質(zhì)量控制

主塔主要采用直徑和剛度都較大的鋼筋，若只使用簡單的鋼筋墊塊，則難以使保護層厚度達到預(yù)期要求?；诖耍柙诠羌馨惭b結(jié)束后通過定位筋的安裝保證保護層厚度。具體方法為：先在墩柱倒角進行測量定位板的可靠設(shè)置，用于準確放樣，同時在定位點上使用魚線相連，用于確定下層定位筋具體安裝位置；然后以主塔的實際傾斜度為依據(jù)在定位板上準確放出上層定位筋的具體位置，接著采用垂球裝置使定位點轉(zhuǎn)移，保證定位筋所在具體位置達到準確無誤，主筋的安裝精準；將鋼筋模塊安裝結(jié)束后，需在其外側(cè)以4個/m2的間隔設(shè)置強度等級達到C50 以上的墊塊，為保證該墊塊的安裝精度，還需要在鋼筋的兩端均焊接角鋼，然后在角鋼上對墊塊進行固定。完成以上施工后，可借助定位板、下層定位筋、垂球、上層定位筋與墊塊相結(jié)合的形式來保證保護層厚度達到要求。

5 信息化管理

鋼筋骨架在建設(shè)期間的周期為：圖紙翻樣→原材料檢查→下料加工→儲存運輸→預(yù)制構(gòu)件→建筑。其中，在圖紙翻樣過程中需根據(jù)構(gòu)件數(shù)據(jù)實施特征建模，形成特征模型，包括設(shè)計數(shù)據(jù)、成型加工數(shù)據(jù)與裝配數(shù)據(jù)。為滿足上述要求，在施工中必須引入以BIM為核心的信息化管理技術(shù)。

借助BIM軟件，以項目的施工圖紙為依據(jù)進行鋼筋骨架模型創(chuàng)建，完成建模后，采用專門的信息處理軟件通過數(shù)據(jù)接口和BIM進行數(shù)據(jù)的對接與共享，該方式的出現(xiàn)與應(yīng)用，能從根本上解決以往圖紙翻樣時效率低下和工作量過大、容易出錯等問題，在軟件的支持下，將鋼筋骨架的各項信息進行數(shù)據(jù)的實時傳輸與共享，進而對鋼筋加工信息開展動態(tài)管理。鋼筋的具體規(guī)格、長度和數(shù)量等基本數(shù)據(jù)也可通過專門的軟件實現(xiàn)統(tǒng)計分析，進而形成最優(yōu)的任務(wù)單。在鋼筋加工中使用的管理軟件可根據(jù)任務(wù)單包含的各項數(shù)據(jù)，按照鋼筋的級別與尺寸，對鋼筋圖形尺寸等方面的數(shù)據(jù)予以歸并，進而結(jié)合鋼筋圖形尺寸方面的特征，對鋼筋加工期間的工藝與工序?qū)嵤﹥?yōu)化匹配，確定規(guī)劃布置及成本等所有方面都能達到最佳的工藝，最終使加工資源達到優(yōu)化配置目標。

成品加工結(jié)束后，需進行嚴格的檢驗，以確定能否達到相關(guān)驗收規(guī)范。經(jīng)檢驗確認合格后，將鋼筋制品存貯到庫內(nèi)，此時可借助工位機自動進行入庫反饋，在條件允許的情況下也可采用PDA+QR 的方式實現(xiàn)質(zhì)量檢驗及自動入庫。

6 結(jié)語

綜上所述，采用錐套鎖緊接頭鋼筋骨架模塊化加工技術(shù)，并引入信息化管理技術(shù)，能夠從根本上解決橋梁工程建設(shè)中的鋼筋施工問題，使鋼筋骨架的加工真正實現(xiàn)模塊化與工廠化，切實提高橋梁工程鋼筋骨架的加工技術(shù)水平，突破鋼筋連接及骨架加工等瓶頸，使橋梁適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境條件，在保證質(zhì)量的同時，降低風險和投資，并加快工程施工進度。目前，該橋梁施工已順利完成，由于以上技術(shù)的應(yīng)用，其單個塔柱的施工時間縮短了2～3d，表現(xiàn)出良好的綜合效益。