趙穎超 寧英杰 龔世文 孫 淦 黃祎涵 李 程

（1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.紹興市城投建筑工業(yè)化制造有限公司，浙江 紹興 312000；3.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710000）

0 引言

為了減少建筑業(yè)對(duì)環(huán)境、資源的影響，將低碳、節(jié)能、綠色、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等理念廣泛應(yīng)用于建筑中。許多國(guó)家通過(guò)預(yù)制混凝土構(gòu)件的方式減少環(huán)境污染，并且該方式具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[1]。該建設(shè)模式不僅保證構(gòu)件質(zhì)量，而且有利于生產(chǎn)管理， 改善動(dòng)力資源短缺等問(wèn)題[2]。雖說(shuō)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)有助于建筑行業(yè)的發(fā)展，但在預(yù)制施工技術(shù)、預(yù)制施工設(shè)備等方面還存在很多不足。在傳統(tǒng)的橋梁預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)及加工中，胎架或模板往往只能對(duì)應(yīng)單一型號(hào)的立柱預(yù)制，這將導(dǎo)致不同型號(hào)的胎架或模板在閑置期間將會(huì)占用大面積場(chǎng)地，造成空間浪費(fèi)。因此為了提高生產(chǎn)效率，解決胎架和模板普適性不足所導(dǎo)致的空間資源浪費(fèi)問(wèn)題，該文提出一種預(yù)制構(gòu)件模塊化生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)適用于鋼筋骨架安裝、組合式鋼模板拼接、立柱澆筑平臺(tái)的設(shè)計(jì)及加工，可有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減少施工場(chǎng)地資源的占用。

1 預(yù)制構(gòu)件研究現(xiàn)狀

1.1 預(yù)制構(gòu)件裝配技術(shù)的發(fā)展

預(yù)制構(gòu)件裝配技術(shù)最早由法國(guó)提出，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用于預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的上/下部構(gòu)件中，如預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁、預(yù)制鋼-混組合梁以及預(yù)制下部結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)造。其中預(yù)制裝配技術(shù)有利于改善傳統(tǒng)分段現(xiàn)澆施工縫時(shí)可能出現(xiàn)的現(xiàn)澆條件受限、效率較低等施工問(wèn)題，從而替換為分段預(yù)制后連接的施工技術(shù)，保證施工效率。如今，預(yù)制裝配工法通常采取標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工以及信息化管理[3]。

1.2 預(yù)制構(gòu)件裝配技術(shù)的特點(diǎn)

預(yù)制裝配式橋梁具有標(biāo)準(zhǔn)化、重復(fù)性等特點(diǎn)，在預(yù)制期間內(nèi)不受氣候影響，具有質(zhì)量高、耐久性好等特點(diǎn)。此外工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配的施工裝配方式可大大減少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，提高施工效率，縮短工期，降低生產(chǎn)成本。

預(yù)制裝配工法的適用對(duì)象包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、路基等，預(yù)制橋梁裝配工法雖說(shuō)在單位造價(jià)上略高于傳統(tǒng)工法，但考慮到該施工方式可有效縮短中、小項(xiàng)目的施工工期，減少施工期間交通環(huán)境的壓力，而且標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，一定程度上避免了施工風(fēng)險(xiǎn)，保障工人施工安全[4]，實(shí)現(xiàn)整體造價(jià)的社會(huì)成本低于傳統(tǒng)工法，進(jìn)而凸顯了預(yù)制裝配工法的優(yōu)越性。

1.3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)的挑戰(zhàn)

由于橋梁預(yù)制裝配技術(shù)避免了支架混凝土現(xiàn)澆，縮短施工工期，減少施工占用場(chǎng)地面積，減輕交通影響，因此該技術(shù)已被逐步應(yīng)用于橋梁建設(shè)中[5-7]，保障了施工質(zhì)量及施工安全，有助于建設(shè)文明施工的社會(huì)形象。但該預(yù)制技術(shù)在施工精度上要求很高，若精度不滿(mǎn)足要求，將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)無(wú)法有效安裝，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。而在上海市嘉閔高架路的建設(shè)中，提出了一種對(duì)預(yù)制立柱制作的精度控制方法[8]，可有效控制預(yù)制立柱精度，解決了部分預(yù)制立柱精度問(wèn)題，就預(yù)制立柱而言具有的現(xiàn)實(shí)意義。

2 預(yù)制立柱鋼筋骨架模塊化安裝方法

目前預(yù)制混凝土立柱生產(chǎn)還存在許多缺陷，針對(duì)目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，該文提出一種預(yù)制立柱鋼筋骨架模塊化[9]安裝方法，用以提高混凝土立柱的生產(chǎn)效率。

該方法主要采用模塊化立柱鋼筋骨架安裝技術(shù)，在定位板上設(shè)置鋼套頭，利用可調(diào)節(jié)胎架，可快速完成立柱鋼筋骨架的安裝，同時(shí)結(jié)合BIM軟件將傳統(tǒng)二維視圖轉(zhuǎn)化為三維，有效預(yù)防內(nèi)部構(gòu)件碰撞，精確收集鋼套頭箍筋數(shù)據(jù)，提高鋼筋尺寸精度，減少原材料浪費(fèi)，達(dá)到預(yù)制立柱鋼筋骨架的工廠化、產(chǎn)品化的定位。

2.1 定位板的設(shè)計(jì)

一個(gè)定位板用于套筒底端定位，另一個(gè)定位板用于蓋梁預(yù)制套筒底端定位；每個(gè)定位板與套筒對(duì)應(yīng)位置設(shè)置一個(gè)橡膠圓柱底塞，其大小和套筒內(nèi)徑一致，用螺栓穿過(guò)圓柱中心和定位板預(yù)留孔，把圓柱底塞固定在定位板上。底板三維圖和現(xiàn)場(chǎng)存放圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 底板三維圖

圖2 底板現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 胎架的普適性設(shè)計(jì)

立柱的鋼筋籠胎架由定位板支架、主筋掛片架立支架、定位板支架組成，后續(xù)將連接套筒的定位板安裝在定位板支架上（如圖3），其中套筒定位板主要是用于確定灌漿套筒位置，同時(shí)也可用于確定立柱縱筋的空間位置。此外，可在主筋掛片架立支架上安裝上下緣主筋掛片、左右緣主筋掛片以及下緣箍筋掛片，其中掛片主要用于主筋以及箍筋定位安裝，掛片具體如圖4和圖5所示。

圖3 鋼筋籠胎架三維立體圖

圖4 掛片示意圖

圖5 掛片示意圖

鋼筋籠胎架支架與底座的連接采用滑輪可移動(dòng)式組合，支架通過(guò)在底座前后滑動(dòng)調(diào)整距離，來(lái)固定要預(yù)制的鋼筋籠，支架也可以左右調(diào)節(jié)尺寸，根據(jù)預(yù)制立柱的截面尺寸來(lái)匹配。臺(tái)架可根據(jù)當(dāng)天的生產(chǎn)型號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)安裝，相比固定尺寸的胎架大大節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，也減少場(chǎng)地的占用，提高了生產(chǎn)效率。臺(tái)架現(xiàn)場(chǎng)圖和三維圖分別見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 胎架現(xiàn)場(chǎng)圖

圖7 胎架三維圖

3 組合式鋼模板的模塊化設(shè)計(jì)

3.1 鋼模板的組成

立柱模板由側(cè)模、底模（定位板）、操作平臺(tái)等部分組成。模板三維圖和模板現(xiàn)場(chǎng)圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 模板三維圖

圖9 模板現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 鋼模板的制作

面板采用8mm厚鋼板，豎向和橫向龍骨鋼楞采用200mm×100mm×8mm方管（面板尺寸根據(jù)立柱截面尺寸確定）。為了確保鋼模板的靈活調(diào)配使用，每節(jié)鋼模板都要進(jìn)行精加工，確保任意一節(jié)鋼模板能完全對(duì)接密封。

3.3 鋼模板的連接

相鄰之間的鋼模板采用精軋螺紋鋼連接。精軋螺紋鋼連接相較于普通的螺桿連接，具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，剛度比普通螺桿大，不容易斷裂；第二，連接方便，普通螺桿為確保連接剛性，采用短的雙螺帽。施工時(shí)，容易漏裝1個(gè)螺帽，造成鋼模板爆模。而精軋螺紋鋼螺帽具有固定的長(zhǎng)度，比普通雙螺帽長(zhǎng)，能確保連接剛度。

4 立柱澆筑平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)

該文提出一種預(yù)制立柱鋼筋骨架模塊化澆筑設(shè)計(jì)方法，用以提高混凝土立柱的生產(chǎn)效率。該方法采用組合式鋼模板，減少模板浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)胎架技術(shù)及可調(diào)節(jié)澆筑平臺(tái)，增加澆筑設(shè)計(jì)的普適性，節(jié)約工程成本，減少施工場(chǎng)地資源的占用。

4.1 翻轉(zhuǎn)臺(tái)座的設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)平臺(tái)采用滑輪式軌道設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)制立柱的高度、翻轉(zhuǎn)承臺(tái)在軌道進(jìn)行滑動(dòng)調(diào)節(jié)匹配。縱向移動(dòng)模板，將底模推入翻轉(zhuǎn)架，底模與翻轉(zhuǎn)架采用螺栓連接。

4.2 可調(diào)節(jié)式澆筑平臺(tái)設(shè)計(jì)

澆筑操作平臺(tái)采用[10和[6槽鋼作為骨架，通道寬0.6m，四周設(shè)置1.2m高欄。平臺(tái)支撐在立柱模板頂層橫肋上。

澆筑平臺(tái)具有優(yōu)越性及先進(jìn)性，可根據(jù)預(yù)制立柱型號(hào)尺寸前后左右調(diào)節(jié)尺寸，匹配放置到合模后的立柱頂端。跟傳統(tǒng)的澆筑平臺(tái)相比，解決了不同型號(hào)尺寸立柱需要對(duì)應(yīng)不同的澆筑平臺(tái)的問(wèn)題。在施工效率上節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)也減少了場(chǎng)地的占用。

4.3 澆筑臺(tái)座的設(shè)計(jì)

澆筑臺(tái)座采用定制的工字鋼，并排放置間距4cm，長(zhǎng)度40m，單條生產(chǎn)線(xiàn)雙排共24個(gè)澆筑位置，其具有通用性即適用任何型號(hào)底板，底板以卡扣的形式固定于工字鋼槽內(nèi)，做到4個(gè)截面有效且穩(wěn)固地安裝在澆筑臺(tái)座之上。

5 結(jié)論

裝配式橋梁建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆橋梁建筑相比，主要體現(xiàn)在“四節(jié)”，即節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地和節(jié)材4個(gè)方面所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益以及通過(guò)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、縮短建設(shè)工期所產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工通常是露天施工，受到天氣、交通等客觀條件的約束，難以把控施工的質(zhì)量，給建筑驗(yàn)收帶來(lái)困難，而工廠預(yù)制立柱具有作業(yè)環(huán)境良好、預(yù)制工序自動(dòng)化、構(gòu)件生產(chǎn)高效等特點(diǎn)。同時(shí)構(gòu)件預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，較傳統(tǒng)施工模式而言，節(jié)省了大量的人力資源和生產(chǎn)原料，并保證預(yù)制產(chǎn)品的質(zhì)量[9]。此外，預(yù)制構(gòu)件的良好環(huán)境可加快支模、拆模流程，縮短混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，提升施工速度，增加經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)預(yù)制廠的立柱工藝生產(chǎn)創(chuàng)新點(diǎn)及臺(tái)架的設(shè)計(jì)、鋼模板的設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)以及澆筑平臺(tái)的設(shè)計(jì)，都提高了生產(chǎn)效率，加快施工的進(jìn)度，每個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)都合理有效地解決了廠區(qū)場(chǎng)地的占地資源浪費(fèi)等問(wèn)題。