江鵬飛,梁 建
(宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,上海市 200235)
象山縣高灣特大橋?qū)儆谑指咚俟沸聵蜻B接線的一部分,其包含一座主線橋及兩條匝道橋。
主線橋長1 683 m,橋面寬26~49 m,基本跨徑35 m,共布設(shè)48跨;采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),設(shè)重力式橋臺及工字型承臺,墩柱采用微彎型雙柱式橋墩上接蓋梁,梁跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,左右分幅設(shè)置。
兩條匝道橋長均為250 m,橋面寬10 m,基本跨徑35 m,各布設(shè)7跨;采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),設(shè)樁柱式橋臺及矩形承臺,墩柱采用獨(dú)柱花瓶墩,梁跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,單幅設(shè)置。
高灣特大橋工程中樁基、承臺、墩柱、蓋梁等結(jié)構(gòu),均采用了“鋼筋模塊化”施工技術(shù)。各構(gòu)件鋼筋模塊最大尺寸分別為:樁基1.8 m×13 m、蓋梁19.6 m×2.6 m×2.4 m、立柱11.4 m×2 m×2.2 m、承臺9 m×7.5 m×3.5 m。單個鋼筋模塊最大重量約24 t。
“鋼筋模塊化”施工技術(shù),是“建筑業(yè)10項新技術(shù)”中“建筑用成型鋼筋制品加工及配運(yùn)技術(shù)”的提升。即先在鋼筋加工廠內(nèi)定尺下料加工,并用定型胎架將分散的鋼筋制作成一個個獨(dú)立成型的構(gòu)件模塊,再逐個運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組拼安裝,實現(xiàn)“集中化、工廠化、裝配化”的鋼筋施工工藝。
鋼筋模塊生產(chǎn)中,采用了“鋼筋籠滾焊機(jī)、數(shù)控鋼筋加工設(shè)備、定型胎架”等一系列專業(yè)設(shè)備及工藝,保證了“模塊化”的生產(chǎn)需要,并通過吊車、平板車進(jìn)行運(yùn)輸安裝,整個過程機(jī)械化程度高。
“鋼筋模塊化”技術(shù),相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場綁扎工藝,不僅改善了作業(yè)環(huán)境,減輕了勞動強(qiáng)度,降低了安全風(fēng)險;還提高了鋼筋加工的質(zhì)量,縮短了現(xiàn)場施工周期,提高了施工效率;使得施工管理更加集中高效。
但由于橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋布設(shè)較為復(fù)雜,且鋼筋直徑較大,按照以往的鋼筋設(shè)計圖紙直接生產(chǎn)出來的鋼筋模塊,經(jīng)常在其安裝過程中存在“鋼筋碰撞”的現(xiàn)象,見圖1。若在安裝現(xiàn)場再進(jìn)行鋼筋調(diào)整,難度較大且影響作業(yè)效率和施工質(zhì)量。
圖1 鋼筋碰撞示意圖
因此,需要在“鋼筋模塊”生產(chǎn)階段,就對各構(gòu)件之間可能出現(xiàn)“鋼筋碰撞”預(yù)先進(jìn)行處理,以降低現(xiàn)場模塊安裝的難度,從而才能讓“鋼筋模塊化”施工技術(shù)發(fā)揮出“高質(zhì)、高效、安全”的優(yōu)點(diǎn)。
高灣特大橋工程“鋼筋模塊化”施工中,就應(yīng)用BIM技術(shù),先在計算機(jī)上模擬鋼筋模塊的內(nèi)部構(gòu)造以及各模塊之間的空間位置,并進(jìn)行鋼筋碰撞校核,事先發(fā)現(xiàn)鋼筋模塊制作安裝過程中可能存在的問題。
同時通過BIM技術(shù)的三維建模,這種直觀的形式,能更加方便地與監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主等參建各方進(jìn)行溝通討論,有利于鋼筋局部設(shè)計變更的決策和鋼筋定尺加工細(xì)節(jié)的事前控制。
三維建模優(yōu)化調(diào)整的主要對象為“各模塊間相互關(guān)聯(lián)鋼筋的位置”,以及“模塊內(nèi)鋼筋的布設(shè)”;調(diào)整的內(nèi)容主要是鋼筋間距,此外還可能涉及個別鋼筋的增減和彎制。
優(yōu)化調(diào)整前可先列出存在關(guān)聯(lián)的鋼筋對象,然后由可調(diào)度最少的構(gòu)件開始,依次根據(jù)相鄰構(gòu)件的鋼筋布置情況,逐個進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
此外,鋼筋優(yōu)化調(diào)整還應(yīng)做到三個“盡量”:(1)盡量控制鋼筋間距基本均勻;(2)盡量保持原設(shè)計的鋼筋數(shù)量;(3)盡量減少對受力主筋的調(diào)整。
針對高灣特大橋工程下部結(jié)構(gòu)的鋼筋布設(shè),鋼筋模塊安裝過程中,需要調(diào)整的交界面及構(gòu)件對象為:樁基主筋與承臺底面鋼筋;承臺頂面鋼筋與墩柱主筋;墩柱主筋與蓋梁骨架、箍筋及預(yù)應(yīng)力束之間。
(1)樁基主筋與承臺底面鋼筋
為了便于樁基鋼筋籠的節(jié)段對接以及滾焊機(jī)的加工,先按原設(shè)計圖確定樁基主筋為均勻等間距布置,再依據(jù)其作為基準(zhǔn)參照,用以調(diào)整承臺的底面鋼筋的布設(shè)。
承臺底面鋼筋調(diào)整情況見表1、圖2。
表1 承臺底面鋼筋調(diào)整匯總表
(2)承臺頂面鋼筋與墩柱主筋
考慮到墩柱主筋下接承臺,上承蓋梁,且承臺頂面鋼筋與底面鋼筋之間無直接對應(yīng)關(guān)系,為了減少調(diào)整量,因此先按原設(shè)計圖確定墩柱主筋為均勻等間距布置,用其作為主要基準(zhǔn)參照(調(diào)整后的承臺底面鋼筋作為次要參照),用以調(diào)整承臺頂面的鋼筋位置。
圖2 承臺底面鋼筋平面布設(shè)圖(調(diào)整后)
承臺頂面鋼筋調(diào)整情況見表2、圖3。
表2 承臺頂面鋼筋調(diào)整匯總表
圖3 承臺頂面鋼筋平面布設(shè)圖(調(diào)整后)
(3)墩柱主筋與蓋梁鋼筋及預(yù)應(yīng)力束
由于蓋梁設(shè)有成片的骨架鋼筋以及預(yù)應(yīng)力束,因此先按照原設(shè)計圖確定預(yù)應(yīng)力束的位置,再接合考慮墩柱主筋,去調(diào)整蓋梁骨架鋼筋以及其箍筋的位置。
蓋梁鋼筋調(diào)整情況見表3、圖4、圖5。
由于墩柱個別主筋與蓋梁預(yù)應(yīng)力束之間存在位置上的沖突,因此需要對其進(jìn)行截短,調(diào)整情況見圖6。
通過BIM技術(shù)三維建模,對鋼筋模塊進(jìn)行優(yōu)化布筋,從理論層面上保證了鋼筋模塊組拼時的匹配性,基本能避免模塊安裝時鋼筋的沖突碰撞。
圖4 蓋梁骨架立面布設(shè)圖(調(diào)整后)
圖5 蓋梁箍筋立面布設(shè)圖(調(diào)整后)
圖6 墩柱主筋與蓋梁預(yù)應(yīng)力束沖突調(diào)整
但要真正實現(xiàn)BIM技術(shù)優(yōu)化布筋的效果,更重要的是通過保證鋼筋制作及安裝的精度。
本工程通過采用專業(yè)的機(jī)具設(shè)備和嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn),保證了鋼筋模塊,從加工制作,到吊裝運(yùn)輸,再到安裝到位,全過程的施工精度,基本實現(xiàn)“三維模型”的具象化,達(dá)到優(yōu)化布筋的實際效果。
本工程鋼筋模塊在專門的鋼筋加工廠內(nèi)集中制作,通過采用數(shù)控鋼筋彎曲中心和數(shù)控彎弧機(jī),確保了鋼筋原材下料、彎制的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性,并利用鋼筋籠滾焊機(jī)(適用于圓柱體模塊)和定尺胎架(適用于立方體模塊),滿足了鋼筋布設(shè)、固定的要求,實現(xiàn)了鋼筋模塊的批量化生產(chǎn),見圖7。
圖7 承臺鋼筋模塊
為了控制鋼筋模塊從加工廠內(nèi)吊裝運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場的過程中的變形,實現(xiàn)“減少彈性變形,不產(chǎn)生塑性變形”的目的,需要根據(jù)鋼筋模塊后期的受力形態(tài)和受力點(diǎn),進(jìn)行吊點(diǎn)布設(shè)和構(gòu)造強(qiáng)化。
對于承臺、蓋梁等不需要翻轉(zhuǎn)的鋼筋模塊,按構(gòu)造支撐點(diǎn)布設(shè)吊耳,并保證起吊合力作用于模塊重心;對于樁基、墩柱等需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的鋼筋模塊,除了優(yōu)化吊點(diǎn)外,還通過增設(shè)環(huán)向加強(qiáng)箍,以滿足模塊吊運(yùn)過程中的剛度要求。
同時在運(yùn)輸過程中,保證支點(diǎn)與吊點(diǎn)的對應(yīng),并通過臨時固定(捆綁、點(diǎn)焊等)、控制運(yùn)輸車速等措施,減少顛簸和振動,降低對鋼筋模塊的影響,見圖8。
為了實現(xiàn)“三維模型”模擬的工況,鋼筋模塊安裝時,需要從樁基開始,依據(jù)不同構(gòu)件的特點(diǎn)進(jìn)行精確的定位和臨時固定,而其中最關(guān)鍵的就是樁基鋼筋籠的定位和固定。
圖8 墩柱鋼筋模塊吊運(yùn)
首先在樁基開鉆前,就應(yīng)做好護(hù)筒的固定,成孔過程中注意垂直度的控制,在最后一節(jié)鋼筋籠下放時,于擱置梁上測放出四個鋼筋籠吊筋的點(diǎn)位后(注意相對轉(zhuǎn)角),再采用直螺紋套筒接頭的吊筋,固定好鋼筋籠。灌樁時控制澆筑速度,并做好鋼筋籠后續(xù)的定位保護(hù)。
保證樁基鋼筋籠定位后,隨后的承臺、墩柱、蓋梁的鋼筋模塊安裝,方可按計劃落位。每個部位的鋼筋籠落位后,均進(jìn)行測量復(fù)合,并采用焊接、纜索、支撐等方式進(jìn)行臨時固定。
此外,本工程承臺、墩柱、蓋梁等構(gòu)件均采用定型鋼模板,除了保證構(gòu)件澆筑外觀質(zhì)量外,還能通過保護(hù)層墊塊,利用鋼模板的自身剛度,起到臨時固定鋼筋籠的作用,見圖9。
圖9 蓋梁鋼筋模塊安裝
根據(jù)BIM技術(shù)在高灣特大橋工程“鋼筋模塊化”中的實踐經(jīng)驗,主要?dú)w納出以下幾個建議:
(1)根據(jù)鋼筋模塊制作及安裝的實際情況,其施工精度基本在±5 m m的級別,因此在BIM建模優(yōu)化布筋時,可按1 cm為數(shù)量級進(jìn)行調(diào)整定位。
(2)建模優(yōu)化布筋時,應(yīng)與參建各方進(jìn)行充分的溝通,對于需要進(jìn)行較大調(diào)整的,或調(diào)整難度較大的,可直接通過設(shè)計變更的形式進(jìn)行簡化。
(3)對于優(yōu)化調(diào)整后的布筋情況,應(yīng)進(jìn)行全面地交底,讓質(zhì)檢員、班組長、作業(yè)工人均清楚鋼筋模塊的布筋要求,保證技術(shù)方案的落實。
(4)要實現(xiàn)BIM技術(shù)模擬的效果,最關(guān)鍵的還是實際制作安裝精度的控制,因此要重視“定尺胎架、滾焊機(jī)、數(shù)控機(jī)具”等設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng),以及操作人員的技藝水平。
(5)若前一構(gòu)件的鋼筋模塊安裝存在偏差,應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行回調(diào),下一鋼筋模塊可采用預(yù)留出個別鋼筋不進(jìn)行固定,在安裝過程中再靈活調(diào)整的方式,以保證整體安裝的順利。
高灣特大橋工程采用BIM技術(shù)輔助“鋼筋模塊化”工藝,加工了近10 000 t鋼筋,生產(chǎn)了樁基鋼筋籠1 500節(jié)、承臺鋼筋籠128個、墩柱鋼筋籠128個、蓋梁鋼筋籠48個。橋梁結(jié)構(gòu)施工基本順利,工程質(zhì)量良好。
“建筑工業(yè)化”是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向,今后將它通過“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能應(yīng)用”的方式,改變傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)方式。
“建筑用成型鋼筋制品加工及配運(yùn)技術(shù)”以及“鋼筋模塊化”作為體現(xiàn)“建筑工業(yè)化”的一方面,也將成為今后的發(fā)展趨勢。本工程通過靈活利用BIM技術(shù),優(yōu)化布筋,保證的施工現(xiàn)場鋼筋模塊安裝的便利性,真正地發(fā)揮“鋼筋模塊化”的優(yōu)點(diǎn),為工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度,提供了有力的保障。