裝配化施工技術(shù)在廈門交通工程建設(shè)中的應(yīng)用

劉寶森

（廈門路橋工程投資發(fā)展有限公司,福建 廈門 361000）

0 引言

“十三五”規(guī)劃以來，廈門市綜合交通體系日臻完善。隨著廈門交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快推進，廈門臨近地市（廈漳泉金）“一小時生活圈”、廈門市域“半小時通勤圈”已然基本形成，其中包括廈門新機場、福廈高鐵有條不紊地建設(shè)，為周邊地市交通創(chuàng)造更多便利。海滄隧道、翔安大橋建成后，廈門市域形成“五橋兩隧”的交通新局面，“兩環(huán)八射”的快速路網(wǎng)逐漸形成，軌道交通逐步運營，陸續(xù)實現(xiàn)軌道交通廈門島內(nèi)外三向跨島聯(lián)系……這一系列交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，均有力地支撐著跨島發(fā)展[1]。當然，在這一系列“島內(nèi)大提升、島外大發(fā)展”的廈門市綜合交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，裝配式施工技術(shù)在各個項目中均起著關(guān)鍵性作用。

1 裝配式施工概念及優(yōu)劣勢

1.1 裝配式概念

作為建設(shè)工程中的重要組成部分，裝配式結(jié)構(gòu)在設(shè)計中應(yīng)注重概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析模型的建立以及預制構(gòu)件的連接設(shè)計。2017 年住建部頒布的《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準》（GB/T 51231—2016）和《裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標準》（GB/T 51232—2016）中明確給出了裝配式施工的定義，即指采用干式工法將工廠生產(chǎn)的構(gòu)件在現(xiàn)場進行組合安裝的施工方式。

裝配式建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，則是指通過可靠的連接方式，將用于承受或傳遞荷載作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，通過工廠預制、車輛運輸、現(xiàn)場組裝等環(huán)節(jié)，裝配而成的整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。裝配式施工是指將大量構(gòu)件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等）從施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)移到工廠，在工廠加工和制造，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，在現(xiàn)場通過可靠的連接、組裝、安裝完成的施工工藝。

一個工程施工是否規(guī)劃為裝配式施工，主要通過現(xiàn)場施工的“預制裝配率”來判斷。預制裝配率，即PC 率，是指建設(shè)工程主體結(jié)構(gòu)施工過程中，預制構(gòu)件采用的混凝土用量，與建設(shè)工程施工混凝土總量的體積比。

1.2 裝配式應(yīng)用場景

如今，建筑工程領(lǐng)域的裝配式產(chǎn)品應(yīng)用范圍已經(jīng)從局部應(yīng)用逐漸發(fā)展到全體系應(yīng)用，且有日益拓寬的趨勢。從建設(shè)性質(zhì)上講，新建工程的建設(shè)和既有建筑的改造，均在加大裝配式構(gòu)件的投入使用。從工程領(lǐng)域上看，建筑工程、交通工程等多個領(lǐng)域中，裝配式構(gòu)件也全面推廣使用。從結(jié)構(gòu)類型上看，混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等均因裝配式構(gòu)件具有傳統(tǒng)施工無法比擬的優(yōu)勢而逐漸被接受。

早期，在我國裝配式施工最常見用于混凝土建筑施工，其作為采用工廠進行預制和加工構(gòu)配件，然后在施工現(xiàn)場進行安裝的施工方式，不僅質(zhì)量可靠，而且在很大程度上保障了城市建設(shè)的綠色、節(jié)能發(fā)展。隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟的發(fā)展，為緩解城市交通擁堵，提高城市車輛通行率，越來越多的地區(qū)采用建設(shè)城市快速路，作為提高城市空間通行效率的解決方案，高架橋也因此成為城市快速路建設(shè)的主流設(shè)計方案。傳統(tǒng)高架橋梁施工主要分為下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)以及附屬結(jié)構(gòu)三個部分。其中，下部結(jié)構(gòu)施工一般采用現(xiàn)場支模和澆筑的方法。該方法在施工過程中會對城市周邊交通環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，且時間較長。因此，國內(nèi)外研究人員提出高架橋梁下部結(jié)構(gòu)采用裝配式施工的方法，如立柱和蓋梁主要采用工廠集中預制、現(xiàn)場拼裝、連接部位壓漿等，以實現(xiàn)縮短施工周期、降低施工成本，解決傳統(tǒng)高架橋梁下部現(xiàn)場施工帶來的諸多問題。

1.3 裝配式建筑優(yōu)缺點

裝配式建筑優(yōu)點包括：

（1）量化生產(chǎn)。構(gòu)件可以標準化量產(chǎn)，不會受天氣等其他不確定因素影響。

（2）節(jié)能環(huán)保。裝配式建筑的配構(gòu)件由工程標準化生產(chǎn)，很大程度上節(jié)省了材料，減少了資源浪費，也減少了現(xiàn)場的建筑垃圾。

（3）減少人力。構(gòu)件是由生產(chǎn)車間完成后直接運到現(xiàn)場裝配，減少了人力需求。

（4）縮短工期。預制構(gòu)件加工完成后，直接拉到施工現(xiàn)場組裝，加快了施工進度。根據(jù)國外經(jīng)驗，裝配式施工模式與傳統(tǒng)現(xiàn)澆模式工期相比，工期可縮短30%以上。

（5）降低安全風險。裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)由工廠統(tǒng)一機械化生產(chǎn)，極大地降低了現(xiàn)場安全生產(chǎn)風險。

裝配式建筑的缺點如下：

（1）和普通建筑相比，裝配式建筑的構(gòu)造價格相對較高，特別是構(gòu)件從工廠運到施工現(xiàn)場，由于距離太遠，運輸費用明顯增加。

（2）由于生產(chǎn)設(shè)備的限制，尺寸較大的構(gòu)件在生產(chǎn)上有一定的困難，尚未能實現(xiàn)全面推廣。

2 裝配化施工技術(shù)在廈門翔安大橋項目建設(shè)中的應(yīng)用

隨著社會的快速發(fā)展，在交通工程建設(shè)方面，各單位大力推進綠色公路、品質(zhì)工程建設(shè)，在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進程中，工程行業(yè)“裝配化”施工也備受各單位推廣，特別是在涉海工程中，裝配化施工已逐漸常態(tài)化。廈門翔安大橋項目通過工藝技術(shù)的改進與優(yōu)化，不僅在海上墩臺安裝、鋼箱梁安裝方面采用預制安裝技術(shù)，而且在互通區(qū)墩柱及現(xiàn)澆箱梁施工中，也采用了裝配式支架和模塊化梯籠，既保證了施工精度，又提高了安全保障和施工進度。

2.1 跨海大橋裝配化施工技術(shù)攻關(guān)

翔安大橋全長12.371 km，全橋包括橋梁和隧道，其中隧道長2.8 km，跨海段橋梁長4.5 km，其余為陸域段現(xiàn)澆橋梁。海中段中有3.27 km 為全預制裝配式橋梁形式，其中包括210 根鋼管復合樁、83 件墩臺及墩身的預制安裝、36 榀大節(jié)段鋼箱梁標準工廠化加工。墩臺單件最大吊重近2 600 t，鋼箱梁吊裝單件最長108 m、最寬53 m、最大吊重約3 300 t。項目施工通過陸上預制后，再由半潛駁船運至橋位，經(jīng)4 000 t 起重船吊裝就位，整個過程就像“搭積木”一般[2]。為了達到毫米級安裝的精度要求，項目團隊積極開展了裝配化技術(shù)的研究，通過研發(fā)三層可伸縮抱樁臂船載式導向架沉樁、三維千斤頂高精度調(diào)位、梁頂臨時支撐調(diào)位系統(tǒng)等一系列新工藝，打造了毫米級精度的裝配化施工方法，并順利完成跨海段裝配化施工建造，主橋完成時間，比交通部批復合同工期整整提前了5 個月。

2.2 裝配化施工技術(shù)應(yīng)用

翔安大橋建設(shè)團隊，沿用裝配化的施工思路來對翔安大橋建設(shè)進行思考和挖掘，不僅在海中預制裝配區(qū)使用裝配化技術(shù)，而且在陸域現(xiàn)澆墩柱和箱梁施工上也對裝配化施工進行了推廣應(yīng)用。

（1）現(xiàn)澆墩柱鋼筋籠裝配化施工技術(shù)應(yīng)用。常規(guī)墩柱鋼筋籠采用現(xiàn)場散綁工藝，綁扎效率低，綁扎質(zhì)量不保證。采用墩柱鋼筋籠裝配化施工技術(shù)，將鋼筋籠由現(xiàn)場綁扎改為工廠內(nèi)加工，采用定型胎架進行鋼筋定位控制，綁扎完成后運輸?shù)浆F(xiàn)場，由起重設(shè)備整體吊裝。工廠化鋼筋籠加工，鋼筋間距合格率可達97%以上，現(xiàn)場安裝的墩柱鋼筋籠，通過精準定位胎架，可精準地控制鋼筋籠垂直度和平面位置，并提高墩柱施工效率近50%。

（2）裝配式現(xiàn)澆支架體系施工技術(shù)應(yīng)用。傳統(tǒng)現(xiàn)澆箱梁支架基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，不僅一次性投入大，而且支架鋼管樁之間、鋼管樁與平聯(lián)斜撐之間為焊接工藝，施工進度慢。采用裝配式現(xiàn)澆支架，將條形基礎(chǔ)改為預制混凝土塊基礎(chǔ)，一聯(lián)施工完成后周轉(zhuǎn)使用，周轉(zhuǎn)效率高，施工成本降低近20%。鋼管立柱采用模數(shù)式定尺下料加工，立柱之間連接采用法蘭盤連接，鋼管樁與平聯(lián)斜撐之間采用抱箍方式連接，減少了平聯(lián)斜撐的切割和焊接作業(yè)，提高了現(xiàn)澆支架施工作業(yè)效率，降低了材料損耗，提高了材料周轉(zhuǎn)效率[3]。

（3）現(xiàn)澆橫梁裝配化施工技術(shù)應(yīng)用。常規(guī)匝道橫梁鋼筋為現(xiàn)場綁扎，鋼筋綁扎效率低。采用現(xiàn)澆梁橫梁裝配化施工技術(shù)，將現(xiàn)場散綁的匝道橫梁鋼筋轉(zhuǎn)為工廠化生產(chǎn)，固定胎架綁扎，綁扎鋼筋質(zhì)量合格率高，流水線生產(chǎn)效率高。鋼筋綁扎完成運輸?shù)浆F(xiàn)場整體安裝，提高工效近30%。

3 裝配化施工技術(shù)在廈門的發(fā)展方向

廈門雖有一些橋梁部分采用裝配化施工工藝，如海滄大橋全漂浮鋼箱梁懸索橋施工、集美大橋在國內(nèi)首次采用“短線匹配法節(jié)段預制懸拼”海上箱梁施工，但整體建設(shè)中，裝配式施工的應(yīng)用比例還比較低，主要原因包括：①結(jié)構(gòu)自重大，尺寸大，受運輸和大型吊裝設(shè)備制約，裝配式施工受限于在大型橋梁應(yīng)用；②裝配化橋梁拼裝接頭是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，不易推廣。

近年來，大噸位的海上浮吊（半潛船、4 000 t 起吊船）、大噸位吊具、高精度三維千斤頂?shù)刃略O(shè)備的研發(fā)與投入使用，一定程度上解決了大噸位、高精度的裝配式施工難點。鋼管復合樁、高性能混凝土、高性能環(huán)氧鋼筋、長效防腐涂料等新材料的應(yīng)用，有效解決了復雜海域跨海橋梁耐久性、抗震及優(yōu)化受力體系等一系列問題[4]。同時，工廠化建造的大節(jié)段鋼箱梁的裝配式應(yīng)用，日益顯示出“重量輕、跨度大、施工快、耐久性好”等優(yōu)勢，裝配式施工越發(fā)受到國內(nèi)橋梁界所推廣使用。

3.1 注重設(shè)計源頭管理

作為裝配化施工產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，在設(shè)計階段就需對裝配化生產(chǎn)進行策劃，并貫穿整個設(shè)計和施工過程。裝配化設(shè)計時需充分考慮安全、適用、耐久、美觀、環(huán)保、經(jīng)濟、先進等相關(guān)因素，堅持大型化、標準化、工廠化、裝配化的設(shè)計理念，加強新材料、新工法、新技術(shù)的應(yīng)用，提高裝配化設(shè)計水平，為全過程裝配化施工創(chuàng)造條件。

3.2 不斷研究結(jié)構(gòu)之間的力學性能

廈門海域具有高鹽、高濕、高溫的特點，對橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性要求較高。除海工高性能混凝土提高其結(jié)構(gòu)耐久性以外，應(yīng)針對性采用新工藝、新材料以保障裝配式施工結(jié)構(gòu)間的力學性能，如采用高性能環(huán)氧鋼筋提高橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋耐腐蝕性能、采用硅烷浸漬防腐涂裝提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性等。裝配式施工，應(yīng)從設(shè)計使用年限方面進行考慮，明確涂層性能與質(zhì)量指標等要求，精細設(shè)計，采取準確的防腐措施。

3.3 建立區(qū)域預制廠

建立區(qū)域預制廠，可以在預制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)“海中施工轉(zhuǎn)移到陸上施工，陸上施工轉(zhuǎn)移到工廠施工”。同時，為了提升廈門地區(qū)預制裝配化集中生產(chǎn)的優(yōu)勢，未來應(yīng)持續(xù)提高裝配式施工專業(yè)化水平、質(zhì)量管理和監(jiān)督的可控性，使預制構(gòu)件的生產(chǎn)進度、質(zhì)量和安全得到保障，進而提高工程質(zhì)量的耐久性，減少后期運營、維護費用[5]。

3.4 建設(shè)管養(yǎng)一體化

從建設(shè)、運營、養(yǎng)護管理角度，通過科學、合理地規(guī)劃與分析，實現(xiàn)全壽命周期內(nèi)項目營運的高品質(zhì)功能定位。構(gòu)建交通工程建養(yǎng)一體化平臺，通過“橋隧結(jié)構(gòu)按單元、附屬設(shè)施按段、設(shè)備按件”三個維度建立施工和檢測信息檔案，將施工過程中的結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)形成完整信息納入一體化平臺，有效指導交通工程運營維護管理。

4 廈門交通工程建設(shè)綠色發(fā)展方向

4.1 加強新技術(shù)推廣應(yīng)用

以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展為引領(lǐng)，從施工技術(shù)難點和質(zhì)量安全控制難點著手，開展科研課題攻關(guān)，開展課題成果創(chuàng)新，組織質(zhì)量控制小組進行設(shè)備微改造、工法微改良、工藝微改進的二次創(chuàng)新。注重成果轉(zhuǎn)化的同時，堅持將總結(jié)成果與推廣應(yīng)用并重、開發(fā)與引進消化并舉作為技術(shù)創(chuàng)新推廣。在積極申請知識產(chǎn)權(quán)成果保護的同時，用新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，把技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

4.2 構(gòu)件生產(chǎn)工廠化

借鑒港珠澳大橋、翔安大橋裝配化設(shè)計、施工的成功經(jīng)驗，結(jié)合工程建設(shè)條件，以《福建省高速公路橋梁設(shè)計標準化指南》為基礎(chǔ)，深化標準化設(shè)計的同時，積極推行橋梁裝配化設(shè)計。

4.3 施工指導數(shù)字化

結(jié)合當下大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)一套具有先進工程管理理念、信息化頂層建設(shè)思路、技術(shù)卓越、功能強大的工程管理一體化平臺。采用BIM+GIS 技術(shù)實現(xiàn)從設(shè)計到施工的模型信息管理，將項目管理模式從傳統(tǒng)人工粗放型向現(xiàn)代信息化精確型轉(zhuǎn)變，將橋梁建造從傳統(tǒng)的作業(yè)方式向現(xiàn)代化施工模式提升，減輕橋梁在建造、使用、拆除的全生命周期內(nèi)對環(huán)境資源的壓力，提高交通工程的現(xiàn)代化建設(shè)管理水平[6]。

4.4 施工裝備智能化

施工實現(xiàn)設(shè)備配置GPS 定位精調(diào)系統(tǒng)，精準定位；鋼箱梁的原材切割采用數(shù)控下料，合理規(guī)劃材料的匹配和使用，鋼箱梁板單元的切割、機器人自動化噴涂和熱軋變厚度U 肋機器人焊接檢測，鋼橋面澆筑式瀝青采用北斗無人駕駛自動攤鋪和碾壓，實現(xiàn)下料、焊接、噴涂、瀝青混凝土、焊縫的均質(zhì)化，全面提升施工過程質(zhì)量管理水平。

5 結(jié)語

裝配化施工技術(shù)在廈門翔安大橋的成功應(yīng)用，充分驗證了裝配化施工技術(shù)的先進性和適用性，為翔安大橋順利完成奠定了堅實的基礎(chǔ)。裝配化施工技術(shù)不僅縮短施工周期，提高施工效率，降低施工成本，而且減少現(xiàn)場作業(yè)工序和作業(yè)人員數(shù)量，大幅度降低施工過程中的安全風險，減少了對海洋生態(tài)環(huán)境的影響。翔安大橋采用了大量的新技術(shù)、新材料并全面推進裝配化施工技術(shù)的落地生根，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，對類似項目的實施推廣具有借鑒意義。